Petrografi Hidrolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Sempozyumu T.C ENERJ İ VE TAB İİ KAYNAKLAR BAKANLI ĞI DEVLET SU İŞLER İ GENEL MÜDÜRLÜ ĞÜ Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğı H İDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN KULLANILMASI SEMPOZYUMU Daire Başkanı: Orhan UZUN Daire Ba şkan Yrd.: Müfit AL İŞAN Düzenleme Kurulu İzotop Laboratuarı Şube Müdürlü ğü Şube Müdürü: Mesut SAYIN Candan ÇİFTER Sabahat ÖZCAN EYÜPOĞLU Alime TEMEL D İLAVER İhsan YALÇIN 21-25 EK İM 2002 ADANA ii ÖNSÖZ Nükleer teknikler yıllardır hidroloji alanında kullanılmaktadır. DS İ TAKK Dairesi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü 1960’lı yılların ba şında faaliyete geçmi ş ve 1970’li yılların ortalarına kadar nükleer tekniklerin kullanımını ba şarı ile gerçekle ştirmi ştir. Bu dönemde İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü UNESCO tarafından desteklenmi ştir. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlemiş ve nükleer teknikleri Türkiye’de çe şitli çalı şmalara uygulamı ştır. DS İ TAKK Dairesi Ba şkanlı ğı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü dünyadaki ileri ülkelerde uygulanan nükleer teknikleri ülkemizde ilk uygulayan kurulu ştur. Çevresel izotopların hidrolojik ve hidrojeolojik amaçlı kullanımı geli şen cihaz teknolojileri ile özellikle 1970’li yıllar sonrasında hızla geli şme göstermi ştir. Hem cihaz teknolojisindeki geli şmeler hem de radyoaktif maddelerin kullanılmasında kar şıla şılan zorluklar nedeni ile tüm dünyada oldu ğu gibi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü de çevresel izotopları kullanarak DSİ’ nin problemlerine katkıda bulunmaya yönlenmi ştir. Kuruldu ğu ve çalı şmalarını sürdürdüğü 1960’lı y ıllardan beri birçok ulusal ve uluslararası proje yapan İzotop Laboratuvarı aynı zamanda ulusal anlamda DS İ’ nin dı şında Kamu Kurulu şlarına, Üniversitelere ve özel sektöre gerek e ğitici anlamda gerek analiz bazında destek vererek ve uygulamalı çalı şmalara katkıda bulunarak ülke ekonomisine katkıda bulunmu ştur. Ülkemizde bu alanda çalı şan tek laboratuvar olmamız bu çalı şmaların önemini artırmaktadır. Kurulduğu günden beri Ülkemizde hem DS İ’ ye hizmet veren hem de ulusal laboratuvar anlamında çalı şmalar yapan İzotop Laboratuvarı zaman zaman düzenlemi ş olduğu seminerler, vermi ş oldu ğu konferanslar ve çe şitli platformlarda sundu ğu bilimsel makaleler ile bu yöntemin hidroloji ve hidrojeolojiye destek vermesinin yanı s ıra e ğitici rolünü sürdürmüştür. Bu konu ile ilgili olarak düzenlenen ilk seminer Kasım 1987 yılında Hidrolojide İzotoplar ve Nükleer Teknikler adı altında Adana’da yapılmı ş ve DS İ, Kamu kurulu şları ve üniversitelerin katılımı ile gerçekle ştirilmi ştir. İzotop tekniklerinin hidrolojik çalı şmalara uygulanması doğrultusunda düzenlenecek bir sempozyumun birçok açıdan yararlı olacağı düşünülerek bu sempozyum düzenlenmi ştir. Sempozyumun amacı kamu kurum ve kurulu şları ile üniversitelerin birbirilerinin yapmı ş oldukları çalı şmalardan haberdar olmalarıdır. Sempozyum esnasında yapılacak görüş alı şveri şleri Türkiye’de yapılabilecek genel çalı şmalar hakkında bilgi verecektir. Çe şitli kamu kurum ve kurulu şları ile üniversitelerden sempozyuma bildirileri ile katkıda bulunan katılımcılara, tüm imkanlarını sunan Adana VI. Bölge Müdürlü ğü’ne ve sempozyumun düzenlenmesindeki katkılarından dolayı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü elemanlarına ve mesai arkada şlarıma te şekkürü bir borç bilirim. Sempozyum esnasında sunulan bildirileri içeren bu kitabın izotop tekniklerinin hidroloji ve hidrojeoloji alanındaki uygulamaları hakkında bir kaynak kitap olaca ğını umarım. Orhan UZUN Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanı iii İÇ İNDEK İLER İZOTOPLARIN H İDROLOJ İDE KULLANILMASI Candan Ç İFTER, Mesut SAYIN 1 H İDROLOJİK ÇALI ŞMALARDA KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI Levent TEZCAN 15 H İDROLOJİDE İZOTOPLAR UNESCO ULUSLARARASI PROGRAMI Hamza ÖZGÜLER 25 TÜRK İYE’DEK İ İÇME VE KULLANMA SULARININ RADYOAKT İV İTE YÖNÜNDEN KAL İTES İN İN BEL İRLENMES İ Alime TEMEL D İLAVER, Candan Ç İFTER, Tanju ALTAY 35 YERALTISUYUNDA ATMOSFER İK GAZ İZLEY İC İLER: KURAM, ÖRNEKLEME, ÖLÇÜM VE YORUM C. Serdar BAYARI 47 KUZEY ANADOLU FAY ZONU İLE İL İŞK İL İ JEOTERMAL SAHALARDAK İ SULARIN İZOTOP B İLEŞİMLER İ Halim MUTLU, Nilgün GÜLEÇ, David R. HILTON, Selin SÜER, Tanju ALTAY 57 ANKARA, BEYPAZARI DO ĞAL SODA (TRONA) SAHASI İZOTOP H İDROLOJİS İ ÇALI ŞMALARI Cahit ÖZGÜR, Osman GÖKMENO ĞLU, Barbaros ERDURAN 65 BÜYÜK MENDERES GRABEN İN İN DO ĞUSUNDA YERALAN JEOTERMAL SAHALARDA BULUNAN SULARIN İZOTOP İK VE H İDROJEOKİMYASAL ÖZELL İKLERİ Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner 79 JEOTERMAL S İSTEMLERDE YAPILAN İZOTOP H İDROLOJİS İ ÇALI ŞMALARI:AFYON ÖMER-GECEK JEOTERMAL SİSTEM İ Berrin AKAN 99 N İĞDE M İSL İ OVASINDA İZOTOP TEKN İKLERİ KULLANILARAK YERALTISUYU KARAKTER İST İKLERİN İN BEL İRLENMES İ Nihal BA ŞARAN , U ğur SÜRAL 109 SU BÜTÇES İ ELEMANLARININ BULUNMASINDA İZOTOP YÖNTEM İ Vehbi ÖZAYDIN 125 iv AKIM H İDROGRAFLARININ B İLEŞENLER İNE AYIRIMINDA KARARLI İZOTOPLARIN KULLANILMASI ÇALI ŞMA ALANI:ANKARA-GÜVENÇ HAVZASI Y. İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın 137 HAVA AKIMI HAREKETLERİ VE METEOROLOJİK FAKTÖRLER KULLANILARAK ATMOSFER İK SU BUHARI VE YA ĞI ŞLARIN KARARLI İZOTOP İÇERİKLER İNDEK İ DE ĞİŞİMLERİN İNCELENMES İ Abdullah D İR İCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR , Mesut DEM İRCAN 153 YERALTISUYU GEÇ İŞ SÜRES İ DAĞILIMI İÇ İN DENGEL İ VE DENGES İZ TÜMSEL MODELLER N. Nur ÖZYURT 161 ORHANGAZ İ OVASI (BURSA) DOLAYINDAK İ SU KAYNAKLARININ H İDROJEOKİMYASAL YÖNDEN İNCELENMESİ Baki CAN İK, Suzan PASVANO ĞLU 173 BEYPAZARI TRONA (DO ĞAL SODA) SAHASI AK İFERLER İN İN BESLENME KO ŞULLARININ ARA ŞTIRILMASINDA İZOTOP H İDROLOJİS İ ÇALI ŞMALARI Ahmet APAYDIN 189 SAKARBA ŞI KARST İK KAYNAKLARININ (Ç İFTELER-ESKİŞEH İR) H İDROJEOLOJ İS İN İN H İDROK İMYA VE ÇEVRESEL İZOTOP YÖNTEMLER İ KULLANILARAK BEL İRLENMES İ Füsun (GÜVEN) GÜNER, İsmail Noyan GÜNER 207 DELİCE IRMA ĞI (YERKÖY) VE KOM ŞU AK İFERLER ARASINDAK İ İL İŞK İN İN H İDROK İMYASAL VE İZOTOP İK YÖNTEMLERLE İNCELENMES İ Mehmet ÇEL İK 229 BEŞPARMAK DAĞLARI (KKTC) KARST AK İFERLERİN İN H İDROJEOLOJ İS İ Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENO ĞLU, Erkan KESK İN 241 İZOTOP TEKN İKLER İ KULLANILARAK ANTALYA TRAVERTEN PLATOSU YERALTISUYU KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI A. Özlem AT İLLA 255 v ZONGULDAK VE ÇEVRES İNDEK İ YERALTISULARININ İZOTOP H İDROLOJİS İ İNCELEMES İ Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ 269 OVACIK OVASINDA (S İL İFKE- İÇEL) DÜ ŞEY ELEKTRİK SONDAJ YÖNTEM İYLE TATLI SU VE OLASI TUZLU SU G İR İŞİM İN İN İNCELENMES İ Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ 281 KARI ŞIM SULARINDA KÖKENSEL KATKILARIN BEL İRLENMES İ Türker KURTTA Ş 297 ESK İ KADIN GÖLET İNDEK İ KAÇAKLARIN ÇEVRESEL İZOTOPLARLA İNCELENMES İ Müfit ALİŞAN 313 vi CONTENTS USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY Candan Ç İFTER, 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 D İLAVER, Candan Ç İFTER, 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 GÖKMENO ĞLU, Barbaros ERDURAN 65 ISOTOPIC AND HYDROGEOCHEMICAL PROPERTIES OF WATERS ENCOUNTERED IN THE GEOTHERMAL AREA, EASTERN MENDERES GRABEN Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner 79 ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES IN GEOTHERMAL SYSTEMS: AFYON-ÖMER-GECEK GEOTHERMAL SYSTEM Berrin AKAN 99 DETERMINATION OF GROUNWATER CHARACTERISTICS BY USING ISOTOPE TECHNIQUES IN THE N İĞDE M İSL İ PLAIN Nihal BA ŞARAN , U ğur SÜRAL 109 ISOTOPE METHODS IN DETERMINING THE WATER BUDGET ELEMENTS Vehbi ÖZAYDIN 125 vii THE USE OF ISOTOPE TECHNIQUES TO SEPERATE OF HYDROGRAPHY COMPONENTS. CASE STUDY: ANKARA-YENİMAHALLE-GÜVENÇ BASIN Y. İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın 137 THE INVESTIGATION OF ISOTOPIC COMPOSITION OF PRECIPITATION AND WATER VAPOUR BY USING AIR MASS TRAJECTORIES AND METEOROLOGICAL PARAMETERS Abdullah D İR İCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR , Mesut DEM İRCAN 153 STEADY AND UNSTEADY LUMPED-PARAMETER MODELS FOR DETERMINATION OF GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION N. Nur ÖZYURT 161 HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZ İ PLAIN AND ITS ENVIRONS Baki CAN İK, Suzan PASVANO ĞLU 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 DEL İCE RIVER (YERKÖY) AND SURROUNDING AQUIFERS BY HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC TECHNIQUES Mehmet ÇEL İK 229 HYDROGEOLOGY OF THE BESPARMAK (PENTADACTILOS) MOUNTAINS (TRNC) KARSTIC AQUIFER Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENO ĞLU, Erkan KESK İN 241 CLASSIFICATION OF THE GROUNDWATERS OF THE ANTALYA TRAVERTINE PLATEAU BY ISOTOPE TECHNIQUES A. Özlem AT İLLA 255 viii ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK AND PROVINCE GROUNDWATER Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ 269 INVESTIGATION OF FRESH WATER AND PROBABLE SALTY WATER INTERFERENCE BY USING VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING AROUND OVACIK PLAIN (S İL İFKE- İÇEL) Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ 281 ESTIMATION OF THE CONTRIBUTION OF THE WATER SOURCES IN THE MIXED WATERS Türker KURTTA Ş 297 INVESTIGATION OF LEAKAGES FROM ESK İ KADIN RESERVOIR BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES Müfit ALİŞAN 313 1 İZOTOPLARIN H İDROLOJ İDE KULLANILMASI USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY Candan Ç İFTER 1 , Mesut SAYIN 2 1 Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müdürlü ğü,TAKK Dairesi Ba şkanlı ğı, candan.cifter@dsi.gov.tr 2 Fizik Yük. Müh. DS İ Genel Müdürlü ğü, TAKK Dairesi Ba şkanlı ğı, mesutsayin@dsi.gov.tr ÖZET: Dünya hidrosferinde yer alan yenilenebilen ancak kısıtlı bir kaynak olan suyun miktarı 1 400 000 km 3 olarak tahmin edilmektedir. Dünyanın üçte ikisi sularla kaplı olmasına ra ğmen, tuzlu sular %97,5, tatlı sular ise toplam su miktarının ancak % 2.5 oranındadır. 2025 yılında dünya nüfusunun 2 milyar daha artarak 8 milyara ula şaca ğı öngörüldüğü günümüzde bazı bölgeler için zaten yetersiz olan su kaynaklarının zamanla tüm bölgelerde de yetersiz kalaca ğı açıktır. Ülkemiz ise su kaynakları açısından dünya çapında yapılan de ğerlendirmeler ı şı ğında, su kıtlılı ğı çeken ülkeler arasında gösterilmemesine ra ğmen artan nüfus artı şı, kentle şme ve sanayile şme olgularına ba ğlı olarak artan su tüketimi de ğerleri dikkate alındı ğında nicelik açısından yenilenebilir tatlı su kaynaklarında gün geçtikçe bir azalma ile kar şı kar şıya kalmaktadır. Bunun yanı s ıra su kaynaklarında a şırı çekim sonucu yeraltısuyu tuzlanması, tarımsal faaliyetlerde kullanılan kimyasallar ile evsel ve endüstriyel atıklar nedeniyle kirlenme ya şanmakta ve su kaynaklarının nitelik açısından korunması gereği ortaya çıkmı ş bulunmaktadır. Bu çerçevede, sürekli artan endüstriyel gelişim ve artan nüfus baskısı altında kalan su kaynaklarının geli ştirilerek verimli ve sürdürülebilir olarak kullanılabilmesi için pek çok projenin etüdünün gereklili ği ve bu etütlerde de klasik incelemelerin dı şında ileri tekniklerin kullanılması zorunlu hale gelmeye ba şlamı ştır. İzotop hidrolojisi çalı şmaları bu tekniklerin başında gelmektedir. Dünya’da İzotop hidrolojisinin kullanılmaya ba şlanmasına paralel olarak DS İ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğı İzotop Laboratuvarında da bu yöntemler kullanılmaya ba şlanmı ştır. Bu bildiride, su kaynaklarının geli ştirilmesi çalı şmalarında izotop hidrolojisinin kullanılması, izotop tekniklerinin uygulama alanları laboratuvarımızda yapılan çalı şmalar paralelinde anlatılmı ştır. Anahtar Sözcükler: Hidroloji, izotop hidrolojisi, çevresel izotoplar ABSTRACT Current estimates are that the Earth’s hydrosphere contains a huge amount of water about 1400 million cubic kilometers. However, 97.5% of this amount are saline waters and only 2.5 % is fresh water. By 2025, world population is expected to be 8 billion. Quantity of the renewable water resources in Turkey has decreased due to urbanization, ındustrialization and population with each 2 passing day . However quality of water resources in Turkey is affected by land use practice such as cultivation with accompanying application of large quantities of fertilizers and pesticides, ground water salinitaion, waste water. In this respect, new research methods were eagerly sought by researcher for developing water resources due to the rising industrial developing and growing of population. Isotope techniques provide invaluable information on the sources, movement and quantitiy of water in different environments. DSI Technical Research and Quality Control Department has used isotope techniques together with begining ısotope study over the world. Key Words : Hydrology, isotope hydrology, environmental isotopes 1.G İR İŞ Günümüzde mevcut olan ve yapılan ara ştırmalarla XXI.yüzyılda hızla artan bir sorun haline gelecek olan su sorunlarının çözümlenmesinin ancak su kaynaklarının geli ştirilmesi ile giderilebilece ğinin gereklili ği ara ştırmacılar tarafından uzun yıllardan beri vurgulanmaktadır. Suyun miktarının azalması ve suyun kalitesindeki de ği şimler uygulamada kar şıla şılan ve kullanıcıyı doğrudan etkileyen iki temel sorun olarak kar şımıza çıkmaktadır. Miktar ve kalite sorunlarının yanında suyun verimli ve sürdürülebilir bir biçimde kullanılmasını amaçlayan çalı şmalarda gösterdi ği ba şarılar 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 de ğerlendirme yapılır. Çevresel izotop hidrolojisinde ise sularda do ğal olarak olu şan izotopik deği şmeler kullanılır. De ği şmeler tarafımızdan kontrol edilemez ve de ği ştirilemez. Ancak do ğal olarak ortaya çıkan de ği şmeler izlenir ve de ğerlendirilir [5]. 2. İZOTOP VE İZOTOPLARIN H İDROLOJİDE 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 de ği şiklik olmaz. Radyoaktif izotopların çekirdekleri ise kararsız bir yapıya sahiptir ve zamanla parçalanarak ba şka elementlerin izotoplarına dönü şürler. 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 çalı şmalarda etkin olarak kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisinde kullanılan elementlerin kararlı izotopları, sembolleri ve do ğada bulunma oranlarıyla beraber TABLO 1’ de verilmektedir. 3 TABLO 1. İzotop hidrolojisinde kullanılan bazı elementlerin kararlı izotopları Element Doğada bulunma oranı % Sembol 99,985 1 H Hidrojen 0,015 2 H;D 99,759 16 O 0,037 17 O Oksijen 0,204 18 O 98,892 12 C Karbon 1,108 13 C 99,635 14 N Azot 0,365 15 N 95 32 S 0,75 33 S 4,21 34 S Kükürt 0,02 36 S 75,7 35 Cl Klorür 24,3 37 Cl Tablodan da görülece ği gibi hidrojen elementinin kütle numarası 1 olan 1 H-hidrojen izotopu %99.985 ile do ğada en fazla bulunma oranına sahiptir. Hidrojen elementinin kütle numarası 2 olan a ğır izotopu 2 H-döteryum ise daha az bulunmaktadır. Oksijen elementinin üç adet kararlı izotopu ( 16 O, 17 O, 18 O) mevcuttur. De ği şik hidrojen ve oksijen izotoplarına sahip olan su moleküllerinin ancak üç tanesi do ğada ölçülebilir konsantrasyonlarda bulunur. Bunlar H 2 16 O, H 2 18 O ve 1 H 2 H 16 O dur [4]. Oksijen ve hidrojenin karalı izotopları hidrolojik çalı şmalarda genellikle izleyici olarak kullanılmaktadır. Su numunesi içerisindeki izotopların bollu ğu onların 2 H/ 1 H veya 18 O/ 16 O gibi izotopik bolluk oranlarıyla verilebilir. Oranlardaki bu de ği şimler ancak kütle spektrometreleriyle saptanabilir. Kütle spektrometresi, iyonla ştırılmı ş ölçüm gazının hız süzgecinden geçtikten sonra manyetik alan uygulanması esnasında farklı iyonların farklı dairesel yörüngeler çizerek kolektörlerde toplanması ve yükselteç ve di ğer elektronik sistemler aracıyla ölçülmesi prensibi ile çalı şır (Şekil 1). Şekil 1. Kütle spektrometresinin çalı şma prensibi İzotopik içerikler a şa ğıdaki ? notasyonu ile verilir. 1000 ) / ( tan tan × ? ? ? ? ? ? - = dart s dart s numune R R R oo o ? ? de ğeri ba ğıl bir de ğerdir. Yani ? de ğeri, numunenin 18 O/ 16 O veya 2 H/ 1 H oranı bir standardın 18 O/ 16 O veya 2 H/ 1 H oranından farklılı ğıdır. Su analizlerinde izotoplar için kabul edilen standart SMOW (Standart Mean Ocean Water) dur. İzotopik içerikleri analiz sonucu olarak verilirken döteryum için 2 ? , ? 2 H veya ? D, oksijen-18 izotopu için ? 18 O veya 18 ? ifadeleri kullanılır. B.RADYOAKT İF İZOTOPLAR İzotop hidrolojisi çalı şmalarında kullanılan radyoaktif izotopların ba şında hidrojen elementinin kütle numarası 3 olan Trityum ( 3 H) ve karbon elementinin kütle numarası 14 olan Karbon-14 ( 14 C) izotopları gelmektedir. Yarı ömrü 12.32 yıl (4500±8 gün) olan ve beta bozunması veren trityum, atmosferin üst tabakalarındaki azot atomlarıyla kozmik nötronların etkile şmesinden do ğal olarak olu ştu ğu gibi, termonükleer denemeler sonucunda da olu şmaktadır. Trityum atomları doğada 1.10 -15 oranında bulunur. Su içerisindeki trityum konsantrasyonu trityum birimi ( TU ) olarak verilmektedir. Yani 10 18 hidrojen atomuna karşı bir trityum atomunun bulunması ‘’1 Trityum Birimi (TU)‘’ olarak tanımlanır. Radyoaktif olmasından dolayı u ğradı ğı zamansal de ği şim nedeniyle yeraltısularının ba ğıl yaşının (eskilik derecesi) belirlenmesi çalı şmalarında kullanılmaktadır. Ayrıca yeraltısularının rezervuarda yenilenme sürelerinin tahmini yapılmaktadır. Yenilenme süresinin tahmini yeraltısuyu hareket hızının belirlenmesinde rol oynamaktadır. Radyoaktif izotopların bir ba şkası ise karbon-14’ dür. Karbon -14 , 5730 yıl yarı ömre sahiptir ve 156 keV maksimum beta enerjisi verir. Do ğada 1.10 -12 bollu ğunda bulunan bu izotop da trityum 4izotopu gibi atmosferde do ğal olarak ve nükleer denemelerle olu şarak hidrolojik çevrime girer. Karbon-14 genelde yeraltısuyu ya şının belirlenmesi amacıyla kullanılır. Do ğada bu kadar az bulunan bu atomların analiz edilebilmesi için geli şmi ş 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 hazırlananmı ş sintilatör ilaveli numunenin sayma sisteminde sayılması prensibine dayanır. Numune içindeki beta parçacıkları atom çekirdeklerinden yayınlanır, sintilatör atomları uyararak fotonları olu şturur ve bu fotonlar fotoço ğaltıcı tüp aracılı ğıyla elektriksel darbelere dönü ştürülerek çıkı ş sinyali olarak dedekte edilirler. Şekil 2. Sıvı sintilasyon sayma sisteminin çalı şma prensibi [1] Hidrolojik çevrim sürecinde, suyu olu şturan hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının izotopik içeriklerinde ba şta sıcaklık olmak üzere yersel ve zamansal faktörlere ba ğlı olarak birtakım de ği şiklikler olu şur. Hidrolojik çevrim sürecinde, suyun içeri ğindeki kararlı izotoplarda meydana gelen izotopik de ği şimler, su kütlelerine de ği şik mesajlar verir. Söz konusu bu mesajların de şifre edilmesi su kütlelerinin hareketlerinin izlenmesini mümkün kılar. Radyoaktif izotoplar ise yarılanma ömürleri nedeniyle suların eskilik derecelerinin belirlenmesi, suların akiferde kalı ş ve yenilenme süresinin belirlenmesinde izleyici olarak kullanılırlar. Yerüstü ve yeraltı suları, nehirler, sıcak ve mineralli sular, ya şlı sular ve göllerde yapılan çalı şmalarda kullanılan izotop teknikleri - nin uygulama alanları a şa ğıda özetlenmi ştir. -Yeraltısularının beslenme alanlarının belirlenmesi; -Baraj ve göl kaçaklarının etüdü; -Çe şitli su kütlelerinin birbirleriyle ili şkilerinin saptanması; -Akiferlerin su ta şıma özelliklerinin belirlenmesi; 5-Kar-su e şde ğerinin belirlenmesi; -Nehir ve deniz tabanındaki sürüntü maddesinin ölçülmesi; -Yeraltısuyu eskilik derecelerinin belirlenmesi; -Yeraltısuyunun akiferde kalı ş ve yenilenme sürelerinin belirlenmesi; -Farklı su kütlelerinin karı şım oranlarının belirlenmesi; çalı şmalarında kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisindeki hızlı geli şim, farklı izotoplar kullanılarak yukarıda özetlenen kullanım alanlarına yeni uygulama alanları eklenmesine olanak vermi ştir. Örne ğin, bor izotopları yeraltısuyu içerisindeki pissu atıklarının belirlenmesinde izleyici olarak, klorür izotopları yava ş hareket eden yeraltısuyu sistemlerinde, tuzlulu ğun kaynağı hakkında bilgi vermesi açısından kullanılmaktadır. Kripton-85 ve Helyum-3 akı şkanların kayna ğının ve genç suların ya şının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Suyun içerisindeki kararlı izotoplar çe şitleri (? 2 H-H 2 O, ? 18 O-H 2 O, ? 34 S-SO 4 2- , ? 18 O-SO 4 2- , ? 15 N-NO 3 - v.b) hidrokimyasal ve hidrodinamik görü şlere açıklık getirebilmek için de kullanılmaktadır [3]. Ülkemizde de izotop tekniklerinin Dünya’da uygulanan en yeni izotop teknikleriyle paralel olarak kullanılmasının sa ğlanması yeraltısularının ülke içinde maksimum düzeyde değerlendirilebilmesine olanak sa ğlayacaktır. 3. İZOTOP LABORATUVARI İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü’nde ba şlıca 3 laboratuvar mevcuttur. 1.Kararlı İzotop Laboratuvarı : 1979 yılında Uluslararası Atom Enerji Ajansı’nın deste ğiyle alınan kütle spektrometresi ile çalı şmalarını sürdüren bu laboratuvarda hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının analizleri (döteryum ve oksijen-18) IAEA’nın belirledi ği 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 62. Trityum ve Karbon-14 Laboratuvarı: Sulardaki trityum konsantrasyonunun belirlenmesi amacıyla kurulan bu laboratuvarda 1970’li yıllardan 1990’lı yılların ba şına kadar gaz sayma sistemi ile çalı şılmı ştır. Daha sonra sıvı sintilasyon sayaçlarında daha önceki yıllarda aşa ğı çekilemeyen dedeksiyon limitinin, elektronik teknolojisindeki geli şmeler sayesinde çok küçük de ğerlere indirilmesiyle sıvı sintilasyon sayma tekni ği trityum analizleri için kullanılmaya ba şlanmı ştır. Laboratuvarımızda 1992 yılından itibaren sıvı sintilasyon sayma sistemiyle çalı şmalar devam etmektedir. Karbon-14 laboratuvarında ise benzen sentezi temeline dayanan karbon-14 numune hazırlama sistemi kurulmu ştur. Sulardaki Karbon–14 ölçüm çalı şmalarına önümüzdeki yıllarda a ğırlık verilmesi planlanmaktadır. Trityum ve karbon-14 numunelerinin sayım i şlemlerinin yapıldı ğı sıvı sintilasyon sayma cihazı Şekil 4’ de verilmektedir. Şekil 4. Sıvı sintilasyon sayma cihazı Bu laboratuvar, trityum analiz sonuçlarının güvenirlili ğinin test edilmesi için yapılan kar şıla ştırma (intercomparison) programlarına sürekli olarak katılmaktadır. En son IAEA’nın düzenlemi ş olduğu TRIC-2000 intercomparison programında bu analizi yapan Dünya laboratuvarları arasında önemli bir sırada yer almı ştır. Dairemiz ISO çalı şmaları kapsamında devam eden deney bazında akreditasyon çalı şmalarına trityum analizleri için ba şlanmı ştır. 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; buharla ştırılan numunelerin dü şük seviyeli alfa beta sayma sisteminde ( Şekil 5 ) sayılması yöntemiyle belirlenir. Sonuçların TSE-266 İçme ve Kullanma Standartında verilen izin 7verilen limit de ğerlere uygun olup olmadı ğının kontrolü yapılır. Toplam alfa ve beta deneyleri için de akreditasyon çalı şmaları devam etmektedir. Şekil 5. Düşük seviyeli alfa beta sayma sistemi 3. İZOTOP LABORATUVARI ÇALI ŞMALARI İzotop Hidrolojisi; ikinci dünya sava şından sonra çevreye radyonüklitlerin saçılması (örn. radyoaktif serpinti olarak) sonucunda izotop jeolojisi bilim dalının çevresel çalı şmalarında etkili bir şekilde özellikle ya ş tayininde kullanılmaya ba şlanmı ştır. Daha sonra geli şmekte olan ülkelerde endüstriyelle şme, şehirle şme ve tarımsal çalı şmaların artı şından dolayı su kaynaklarının kirlenmesine dayalı olarak artan su krizi hidrolojiyle u ğra şan ki şilerin yeni ara ştırmalara yönelmelerine sebep olmu ştur. 1950’li yıllarda ve 1960’lı y ılların ba şında nükleer endüstrilerden çevreye yayılan kısa ömürlü radyoaktif izotoplar, su sistemlerin önemli lokal parametrelerinin (bo şluk hacmi, geçirimlilik ve depolama hacimleri v.b) belirlenmesi için yüzey suları ve yeraltısularında izleyici olarak kullanılmaya ba şlanmı ştır [2]. Bu çalı şmaların laboratuvar çalı şmalarıyla desteklenmesi gerçe ğinden yola çıkılarak dünyada izotop laboratuvarları kurulmaya ba şlanmı ştır. Çalı şmaların bir ileri aşaması ise yapay radyoaktif maddelerin bu çalı şmalarda kullanılmaya ba şlanması olmuştur. DS İ’nin fonksiyonları çerçevesinde su kaynaklarının geli ştirilmesi ve planlanması için yürütülen hidrojeolojik etüt ve ara ştırmalarda izotop tekniklerinin kullanılması amacı ile 1960’lı y ılların ba şlarında DS İ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğı İzotop laboratuvarı UNESCO deste ğiyle Dünya’daki izotop hidroloji çalı şmalarının ba şlamasına paralel olarak kurulmu ştur. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlenerek nükleer teknikleri ülkemizde çeşitli çalı şmalarda uygulamaya ba şlamı ştır. 1960 ve 1970’li yılların ortalarına kadar radyoaktif izotoplarla çalı şmalar yapılarak ülkemizdeki bir çok hidrolojik ve hidrojeolojik problemlere katkıda bulunmu ştur. 8 9 1965-1975 YILLARI ARASINDA RADYOAKTİF MADDELER KULLANILARAK YAPILAN ÇALI ŞMALAR: ‘’Yeraltı ve Yerüstü Sularının Çe şitli Göl ve Kaynak Suları İle Ba ğlantısının Ara ştırılmasında Radyoaktif İzleyicilerin Kullanılması’’ Y. ATAKAN-1966 Bu çalı şma Denizli’nin 35 Km kuzey doğusunda yer altı ma ğarasına açılan Haydar baba düdeninde yapılmı ştır. Mağara içindeki çe şitli yerlerden çıkan sular yer altı deresi halinde akmaktadır. Sulamada kullanılacak olan bu yeraltısuyunun di ğer sular ile ilişkisinin olup olmadı ğı Brom-82 kullanılarak tespit edilmeye çalı şılmı ştır. ‘’ Konya Ovası Yeraltısularında Radyoizotop Enjeksiyonları İle Yeraltısuyu Akifer Karakteristiklerinin Tayini ve Elde Edilen Sonuçların Aynı Yerlerde Yapılan Pompa Deneyleriyle Kar şıla ştırılması’’ Y.ATAKAN ve arkadaşları-1968 Bu çalı şmada Konya ovası yeraltısularında izotop ve çift kuyu tekni ği ile yeraltısuyu akım hızı belirlenmeye çalı şılmı ş ve akiferler arası irtibatlar tespit edilmi ştir. ‘’Radyoizotop Kullanılarak YD+ Drenaj Kanalının Akdenize Açıldı ğı Yerde Kum Hareketinin Etüdü’’ İ.ERTAN-1971 Bu etütle Çukurova sulama sularının fazlasını drene edebilmek için a ğzı Akdeniz’e açılmı ş YD+ drenanaj kanalının denize açıldı ğı yerde kum hareketinin yönünün bulunması amaçlanmı ştır. Çalı şma sonunda deniz dibindeki genel kum hareketinin güney batı- batıdan, kuzey doğu –doğu ya doğru olduğu saptanmı ştır. ‘’Ni ğde –Misli Ovasında Radyoaktif Madde Enjeksiyonu İle Yeraltısuyu Hızının Belirlenmesi’’ İ.ERTAN-1972 Bu araştırmada çalı şma alanındaki kuyulara çift ve tek kuyu teknikleri uygulanarak akifer kalınlı ğı , etken porızite ve yeraltısuyu akım hızının belirlenmesi çalı şılmı ştır. ‘’Çe şitli Zeminlerde Farklı İzotopların Absoblanmasının İncelenmesi’’ M. AL İŞAN-1975 Bu çalı şma, hidrolojide genellikle kullanılan Br-82, Na-24, Au -198 izotoplarının çe şitli zeminlerde absoblanmasının etüdü yapılmı ştır.. Zamanla radyoaktif maddelerin çevreye vermi ş olduğu endi şe, aynı zamanda cihaz teknolojilerindeki geli şmeler bu alanda çalı şan ki şileri sularda do ğal olarak bulunan çevresel izotoplarla ( döteryum, oksijen-18, trityum, karbon-13, karbon-14 v.b) çalı şmaya yönlendirmiştir. İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü de gerek bu konuda uluslararası konumunu sürdürmek gerekse su kaynakları potansiyelinin daha verimli biçimde de ğerlendirilmesini sa ğlayan nükleer teknikteki geli şmeleri laboratuvara aktarmayı amaçlamı ş ve çalı şmalarını çevresel izotopların kullanılmasına kaydırmaya başlamı ştır. Bu çerçevede Uluslararası Atom Enerjisi Ajansının (IAEA) 10 deste ği ve katkılarıyla trityum laboratuvarı kurulmuştur. 1979 yılında ise yine IAEA’nın deste ğiyle kararlı izotopların ölçülebilece ği kütle spektrometresinin alınmasıyla laboratuvarımız dünya izotop laboratuvarları ile aynı konuma getirilmi ştir. Zaman zaman laboratuvarda gerek deney düzene ği gerekse cihaz bazında yapılan deği şimlerle tüm dünyadaki izotop laboratuvarlarıyla paralellik sağlanmı ştır. A şa ğıda laboratuvarda bugüne kadar yapmı ş olduğu çalı şmalardan örnekler izotop hidrolojisinin ilgilendi ği konu ba şlıkları ile beraber özetlenmi ştir. YERALTISULARININ HAREKET İ, BESLENME ALANLARININ VE AK İFERLER İN SU TAŞIMA ÖZELL İKLERİN İN BELİRLENMES İ İLE İLG İL İ YAPILAN ÇALI ŞMALAR: ‘’Isotope Techniques Applied To Groundwater Movement In The Konya Closed Basin’’ F. ŞENTÜRK ve arkada şları-1969 Bu çalı şmada Konya kapalı havzasında , izotop teknikleri kullanılarak yeraltısuyu hacmi, beslenme mekanizması ve yeraltısuyu hızı incelenmi ştir. Bu proje, özellikle yeraltısuyu orjininin belirlenmesi açısından örnek bir çalı şma olarak dünya literatüründe yer almı ştır. Çalı şmada Konya havzasına düşen ya ğı şların ?D = 8 ? 18 O + 16 denklemine uyan yağı şlar oldu ğu belirlenmi ştir. Bu durum bu havzasına dü şen ya ğı şların Akdeniz kaynaklı ya ğı şlardan ve karasal genel ya ğı ş denklemine uyan iç Anadolu ya ğı şlarından etkilendi ği göstermektedir. Bu çalı şmada Konya Kapalı havzasında farklı derinliklerdeki akiferler belirlenmi ş ve yeraltısuyunun hareket yönü saptanmı ştır. Havzanın yeraltı suyunun genellikle Toros Da ğlarının kuzey yamaçlarından beslendi ği, aynı zamanda bölgenin batısına ve Boz Da ğ’a düşen ya ğı şların da beslenmeye bir miktar katkıda bulundukları tahmin edilmi ştir. Antalya bölgesindeki sahil kaynaklarının Konya kapalı havzasının yeraltısuyu ile ili şkisi olmadı ğı kanısına varılmı ştır. ‘’Determination Of Groundwater Characteristic in The Ni ğde Misli Plain By Means Of Isotopes’’ S. BURSALI-1971 Bu çalı şmada Misli ovasında yeraltısuyu karakteristiklerinin belirlenmesi için çalı şmalar ba şlatılmı ştır. ‘’ İzmir İçme Suyu Projesi Kapsamına Giren Sarıkız Kaynakları Geli ştirme Çalı şmasında İzotop Yöntemlerinin Uygulanması’’ İ.ERTAN-1977 Bu uygulamada Sarıkız kaynaklarının geli ştirme çalı şmasında yapay radyoizotop yöntemlerinin uygulanmasına paralel olarak izotop yöntemlerinin uygulaması yapılmı ştır. ‘’ Determination of Groundwater Charecteristics and Groundwaterbudget in Edremit Plain by Means of Isotopes’’ E.ÖNHON ve arkada şları-1981 Bu araştırmada akiferi besleyen akarsular, termal sular ve ya ğı şın yeraltısuyuna katılımını inceleyerek daha önce hidrojeolojik etütler ile hesaplanan yeraltısuyu bütçesinin belirlenmesi amaçlanmı ştır. İzotop analizleri sonucunda termal sulardan akiferin etkilendiği bölgeler belirlenmi ş 11 yeraltısuyunun genel akım yönleri saptanmı ş, akarsular ve ya ğı şın yeraltısuyuna etkisi incelenmi ştir. ‘’ Research on Karst Waters in Yukarı Çürüksu Plain Using Isotope Techniques’’ E. ÖNHON ve arkada şları- 1987 Bu çalı şmada Yukarı Çürüksu havzasında artan tarımsal alanlar nedeniyle suya duyulan ihtiyaçtan dolayı bu havzadaki suların karakteristikleri izotop yöntemleriyle ara ştırılmaya çalı şılmı ştır. Bu proje IAEA i şbirli ğiyle gerçekle ştirilmi ştir. ‘’Research and groundwater Flow dynamics of Lamas Basın by Isotope methods’’ E. ÖNHON ve arkada şları- 1994 IAEA TUR 8/011 projesi kapsamında gerçekle şen bu projede Lamas Bölgesindeki Akdeniz Kıyı kaynaklarının beslenme ve bo şalma mekanizmaları incelenmi ş ve karst su kaynaklarının geli ştirilmesi üzerinde çalı şılmı ştır. ‘’ Ni ğde Misli Ovasında İzotop Tekniklerinin Kullanılarak Yeraltısuyu Karakteristiklerinin Belirlenmesi’’ N. BA ŞARAN ve arkada şları-2001 Bu çalı şma, Ni ğde Misli Ovasında İzotop Teknikleriyle yeraltısuyu hareketlerinin ve beslenme sahalarının belirlenerek Hidrojeolojik çalı şmaları desteklenmesi amacıyla yapılmı ştır. BARAJ VE GÖL KAÇAKLARININ ETÜDÜ VE ÇE ŞİTL İ SU KÜTLELERİN İN B İRBİRLER İYLE İLİŞK İLERİN İN SAPTANMASINA A İT YAPILAN ÇALI ŞMALAR: ‘’Alsancak Barajı Civarındaki Kaynak Sularının Çekerek Irmağı ile İlişkilerinin Trityum Analizi Yardımı ile ara ştırılması’’ S.GÜLER,1971 Tokat’ın Zile ilçesi civarında Ye şilırma ğın Çekerek kolu üzerinde in şaa edilen Alsancak Barajı rezervuar bölgesindeki kaynakların baraj gölü dolduktan sonra göl suyunun ,kaynakların, nehir suyu ile ba ğlantıları olup olmadı ğı trityum ve kimyasal metotlar kullanılarak bir çalı şma yapılmı ştır. ‘’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 kayna ğına baraj rezervuarının katkısının bulunup bulunmadı ğının incelenmesi ve baraj su tuttuktan sonra Keban deresi kıyısında çıkan Keban deresi kaynak sularının orijinlerinin bulunması amaçlanmı ştır. ‘’Gördes Barajı Yerinde İzotoplarla Hidrolojik etütler’’ İ.ERTAN-1987 Gediz Havzasının su düzeni açısından Gördes Baraj rezervuar alanının geçirimsiz olup olmadı ğını klasik çalı şmalara paralel olarak çevresel izotoplardan yararlanılmı ştır. 12 ‘’Atatürk Barajı Sahasında İzotop Çalı şmaları’’ S.GÜLER ve arkada şları- 1991 Barajda ileride ortaya çıkması muhtemel sorunların izotop yöntemleri kullanılarak çözülmesi için 1979 yılında çalı şmalara ba şlanmı ştır.Bu raporda baraj in şaatı esnasında zaman zaman alınan numunelerin izotop analiz sonuçları sunulmuştur. ‘’To Determine Whether is Connection Between Karamık and Hoyran Lakes by Isotopes’’ İ. ERTAN ve arkada şları-1994 Bu çalı şmada Karamık ve Hoyran Gölleri arasında ili şki olup olmadı ğı izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalı şılmı ştır. Böylece kirlilik sorunu bulunan Karamık Gölünün Isparta içme suyunun sağlanacağı Hoyran gölünü etkileyip etkilemeyece ği tespit edilmeye çalı şılmı ştır. ‘’ Yapraklı Barajında Mansap Kaynaklarının Baraj Gölü İle İli şkisinin Çevresel İzotoplarla İncelenmesi ‘’ C. Ç İFTER-1995 Isparta il sınırlarında bulunan Yapraklı Barajı’nda baraj su tutulmaya ba şladıktan sonra baraj aksının mansabındaki kaynakların debilerindeki artı şın baraj rezervuarı ile ili şkili olup olmadı ğı çevresel izotoplar kullanılarak belirlenmeye çalı şılmı ştır. ‘’ Devegeçidi Baraj Mansabındaki Suların Baraj gölü ile İlişkileri Olup Olmadı ğının İncelenmesi’’ A. D İR İCAN- 1995 Devegeçidi barajının sol sahilinde baraj mansabında olu şan gölcüklerin baraj rezervuarından mı yoksa yağmur suyundan mı beslendi ği konusuna açıklık getirilmek üzerine çevresel izotop çalı şması yapılmı ştır. ‘’ Obruk Barajında Çevresel İzotop verilerinin Toplanması’’ C. Ç İFTER-1999 Barajda in şat sırasında ve i şletmeye açıldıktan sonra çıkabilecek sorunların çözümü için çalı şma alanında yer alan su kaynaklarının baraj su tutmadan önceki çevresel izotop karakteristiklerinin belirlenmesinin öneminden yola çıkılarak Obruk Barajı ve çevresinde izotop verilerinin toplanması çalı şmaları bu raporda verilmektedir. ‘’Uluda ğ kuzey yamaçlarında kar su e şde ğeri ve akımıın nükleer yöntemlerle belirlenmesi’’ İ.ERTAN-1984 Kar-su e şde ğerinin belirlenmesi çalı şmaları için örnek olarak verilebilir. Bu çalı şmada kar su e şde ğeri ve akımının bulunmasında Uludağ’da bir pilot havzada klasik yöntemlerin paralelinde nükleer yöntemlerle incelenmi ştir. GÖL ÇALI ŞMALARI: ‘’ Karadeniz’de İzleyici Tekniklerinin Uygulanması’’ D.CAN-1996 Karadeniz’deki deği şim, ta şınım ve karı şım prosesleri ile Akdeniz’in giri şimi ve etkisi izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalı şılmı ştır. 13 ‘’ Van Gölü ve Çevresindeki Suların İzotopik ve Kimyasal İçeriklerinin Belirlenmesi ve Su Dengesinin İncelenmesi’’ S. GÜLER ve arkada şları-1998 Bu çalı şmada göl dinamiğinin incelenmesinde gerekli bazı parametreleri tahmin etmek ve göle tabandan beklenmeyen herhangi bir su kayna ğının katılıp katılmadı ğını belirlemek amacıyla bu çalı şma yapılmı ştır. İzotop hidrolojisinin temel verileri olan ya ğı şın izotop içeriklerinin zamana ve alana ba ğlı de ği şimlerinin bilinmesi önemlidir. Ayrıca ileride bu konuda çalı şılacak bölgeler ve lokasyonların analiz sonuçlarının ara ştırmacılara yarar getireceği dü şüncesiyle zaman zaman laboratuvardan çıkan bütün projelerdeki ya ğı ş ve su noktalarına ait çevresel izotop verileri raporlar halinde sunulmaktadır. Veri bankası olu şturulması amacıyla yapılan bu çalı şmaya ‘’Türkiye’deki İstasyonlara Ait Çevresel İzotop Bilgileri’’ M. POLATSÜ ,1976 ve ‘’Türkiye’deki Ya ğı şların Çevresel İzotop İçeriklerinin Belirlenmesi’’ M.SAYIN ve arkada şları 1995 yayınları örnek verilebilir. Mevcut olan en son verilerin toplanması ve yayınlanması çalı şmaları devam etmektedir. Su kaynaklarının daha etkin bir şekilde geli ştirilmesi korunması ve yönetilmesine yönelik olarak nükleer tekniklerin uygulanmasının öneminden dolayı laboratuar olarak bu konu ile ilgili ara ştırma yapan kuruluşlar ve üniversiteler ile son yıllarda gerek deney gerekse proje bazında katkı verilmeye artan bir şekilde devam etmektedir. 2002 y ılında laboratuarımızın çalı ştı ğı projeler aşa ğıda verilmektedir. A) Eski şehir Günyüzü-Suba şı kaynağı Karst Hidrojeolojisinin Belirlenmesi Birlikte Yürütülen Kurulu ş: DS İ Jeoteknik Hizmetler ve YAS Dairesi Ba şkanlı ğı, Karst Şube Müdürlü ğü Konu: Bu çalı şmada Eski şehir Günyüzü –Suba şı kayna ğı karst hidrojeolojisinin klasik yöntemlerle incelenmesi, buna paralel olarak kaynakların beslenme mekanizmaları, ili şkileri ve havzanın çalı şma sistemi hakkında bilgi edinmek amacıyla izotop tekniklerinin kullanılması amaçlanmı ştır. B)Akım Hidrografının Bile şenlerine Ayrılmasında İzotop Tekniklerinin Kullanılması Birlikte Yürütülen Kurulu ş: Köy Hizmetleri Genel Müdürlü ğü Ankara Ara ştırma Enstitüsü, Orta Do ğu Teknik Üniversitesi. Konu: Bir akım hidrografının bile şenleri direkt olarak ölçülememektedir. Ankara Yenimahalle Güvenç Havzası model çalı şma alanı seçilmi ş ve İzotop tekniklerini uygulayarak toplam akım hidrografının bile şenlerinin belirlenmesine çalı şılmı ştır. C)Kuzey Anadolu Fay Hattında Jeotermal kaynakların İzotop bileşimlerinin incelenmesi Birlikte Yürütülen Kurulu ş: Ortadoğu Teknik Üniversitesi Jeoloji Mühendisli ği Bölümü, Kaliforniya Üniversitesi Scripps Enstitüsü Konu: Bu proje Kuzey Anadolu fay hattı üzerinde ve civarında yer alan jeotermal kaynakların, kimyasal ve izotopik bile şimlerinin 3 yıllık bir zaman aralı ğı içerisinde izlenmesini ve olası bile şim de ği şikliklerinin sismik aktiviteler ile ili şkisinin araştırılması konu almaktadır. D)Beypazarı Yeraltısuyu İşletme Sahasında İzotop Çalı şmaları Birlikte Yürütülen Kurulu ş: DS İ V.Bölge Müdürlü ğü Konu: Beypazarı ve civarında çok kıymetli do ğal soda yatakları bulunmu ş Eti Holding A. Ş. tarafından ön fizibilite çalı şmaları sürdürülmektedir. Do ğal soda yataklarının i şletme şekli, 14 yeraltısuyu miktar ve kalite yönünden korunması ve i şletme sırasında do ğabilecek yeraltısuyu problemlerinin çözümüne yönelik hidrojeolojik çalı şmalar sürdürülmektedir. 4. SONUÇ Nükleer tekniklerin su kaynaklarının ara ştırılmasında kullanılmasının öneminin sürekli olarak artı ğı günümüzde izotop hidrolojisindeki geli şmelerin ülkemizde de takip edilmesi gereklili ği buna ba ğlı olarak laboratuvar çalı şmalarının geli ştirilmesi önem kazanmaktadır. Aynı zamanda teorik ve pratikte yaşanan zorluklar göz önüne alındı ğında, bu konuda çalı şan kurum ve kurulu şlar ile üniversiteler arasındaki i şbirli ğinin sağlanması gereklili ğinin önemi de gün geçtikçe artmaktadır. 5. REFERANSLAR [1] ALTAY,T., Ç İFTER,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 çalı şmalar, 2001, FETH İYE 15 H İDROLOJ İK ÇALI ŞMALARDA KULLANILAN YEN İ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI NEW ISOTOPES IN HYDROLOGY AND THEIR APPLICATIONS Levent TEZCAN Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi, Beytepe – Ankara E.Mail:tezcan@hacettepe.edu.tr ÖZET Son yıllarda çok sayıda yeni izotop hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılmaya ba şlanmı ştır. Hidrolojik problemlerin zaman içerisinde sayısının artması, suların kökeni ve dinami ği ile ilgili daha ayrıntılı bilgilere ihtiyaç duyulması yeni izotopların kullanılmasını gerekli kılmı ştır. Oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının yeterli olmadı ğı ya da artık kullanılamaz oldu ğu (trityumun atmosferik düzeyine çekilmesi, 14 C ya şlarından daha uzun ya şlara ihtiyaç duyulması) problemlerde kullanılan çok sayıda izotop bulunmaktadır. Bunların bir kısmı yeraltısuyu ya şının saptanmasında kullanılırken bir kısmı ise kökensel ili şkiler ve kirlenme süreçlerinin ortaya konmasında rol oynamaktadırlar. Bu çalı şmada helyum, kripton, argon, klor, stronsiyum, azot ve iyot izotoplarının hidrolojik uygulama alanları özetlenmi ştir. Laboratuvar teknolojilerinin geli şmesine bağlı olarak hem bu izotopların kullanımı yaygınla şacak hem de yeni izotoplar kullanılmaya ba şlanacaktır. 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 14 C). 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. G İR İŞ Hidrolojik problemler ba şlıca ilgili ba ğımlı de ği şkenin zaman ve konum içerisinde aldı ğı ve alabilece ği de ğerlerin belirlenmesi ile ilgilidir. Bu ba ğımlı de ği şken ço ğunlukla hidrolik yük (enerji 16 düzeyi), konsantrasyon ve sıcaklık olmaktadır. Ba ğımlı de ği şkenlerin beslenme bölgesi ile bo şalım bölgesi arasında de ği şimi bir çok etken tarafından kontrol edilmektedir. Beslenme, depolanma ve akım rejimindeki heterojenlikler ile karma şık sınır ko şulları ba ğımlı de ği şkenlerin alaca ğı de ğerlerin belirlenmesi ve kestirilmesini güçle ştirmektedir. Hidrolojik bir problemin çözümü, problemi, bağımlı de ği şken, sınır ko şulları ve beslenme – bo şalım süreçlerine ba ğlı bir model ile ifade ederek gerçekle ştirilmektedir. Problemin tek bir bilinmeyenden olu şması ve modelin di ğer tüm parametrelerinin ve de ği şkenlerinin bilinmesi durumunda çözüm oldukça kolay elde edilmektedir. Ancak hidrolojik sistemleri temsil eden de ği şkenler ve parametrelerin bilinmesi ço ğunlukla mümkün de ğildir. Bu nedenle problemlerin çözülebilmesi için sistem basitle ştirilmekte, parametre ve de ği şkenlerin konumsal de ği şimleri göz ardı edilmekte ve sistem homojen bir bütün olarak kabul edilmektedir. Yine sistemin sınır ko şulları ve beslenme – bo şalım süreçleri konumsal ve zamansal olarak homojen varsayılmakta ve ortalama bir çözüme ula şılmaktadır. Günümüzde geli şen ara ştırma, ölçüm ve de ğerlendirme yöntemleri bu tür bir ortalama çözüm yerine daha ayrıntılı ve sistem içerisindeki süreçleri de aydınlatmaya yönelik çabaların artmasına olanak sağlamı ştır. Bu kapsamda bir çok karma şık problemin çözümünde izotopların kullanımının oldukça yaygınla ştı ğı görülmektedir. İzotopların hidrolojik problemlerin çözümünde önemli bir yere sahip olmasının temel nedeni sistem içerisinde konumsal ve zamansal de ği şimlerini etkileyen süreçlerin ayrıntılı bir şekilde belirlenebilmesidir. Bu şekilde izotopların birlikte hareket etti ği su ile ilgili süreçler de aydınlatılabilmektedir. Suyun kökeni, beslenme bölgesi, buharla şma ve karı şım süreçleri, depolanma özellikleri ve süresi, akım dinami ği gibi hidrolojik problemler, bu süreçler içerisinde izotopların nasıl davrandı ğının aydınlatılması ile çözülmektedir. Hidrolojik problemlerin ço ğunlukla çok bilinmeyenli olması nedeniyle, problemin çözümünde bilinmeyen sayısı kadar e şitlik olu şturulması gerekmektedir. Örne ğin her hangi bir havzanın su bütçesi olu şturulurken, gerçek buharla şma-terleme ve yeraltına süzülme terimleri bilinmeyen de ği şkenleri olu ştururken, yağı ş, akı ş, yüzeysel depolama vb. ölçülen terimler bilinen de ği şkenleri olu ştururlar. Bütçe denkleminde hem buharla şmanın hem de süzülmenin bilinmeyenleri olu şturması denklemi çözülemez kılmaktadır. Bu durumda bu de ği şkenler arasında kurulacak ikinci bir ba ğıntı bilinmeyen sayısı kadar denklem oluşturaca ğı için çözüm mümkün olacaktır. Bu kapsamda su ile birlikte hareket eden izotopların kütle bütçesi denklemi hidrolojik bilinmeyenleri de kapsayaca ğı için hidrolojik problemlerin çözümünü mümkün kılacaktır. Kimyasal ve yapay izleyicilerin hidrolojik sistem içerisindeki davranı şları oldukça karma şıktır. İzotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranı şları di ğer bir çok izleyiciye göre daha ayrıntılı bilinmektedir. Bu nedenle, hidrolojide rutin teknikler ile çözülemeyen bir çok problemin çözümünde oldukça yararlı olmaktadırlar. Do ğada do ğal olarak bulunan ve hidrolojik çevrimin de ği şik aşamalarında hidrolojik sisteme giren “çevresel izotopların” hidrolojide kullanımı 1960’lı y ıllardan itibaren Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) tarafından yürütülen ve desteklenen çalı şmalar ile yaygınlaşmı ş ve günümüzde modern hidrolojik etütlerin en önemli bile şenlerinden biri haline gelmi ştir. Ülkemizde de bu alanda öncü niteli ğinde çok sayıda çalı şma yürütülmü ştür. Hidrolojide son yıllara kadar yaygın olarak kullanılan izotoplar suyun bile şiminde bulunan oksijen ve hidrojen atomlarının izotopları ile karbon izotopları olmu ştur. Duraylı izotoplardan ço ğunlukla kökensel ve nitel özelliklerin ortaya konmasında, radyoaktif izotoplardan ise yeraltısuyu geçi ş 17 süresinin belirlenmesinde faydalanılmı ştır. Günümüzde ise hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılan izotopların sayısı, çözülebilen problem sayısı ve uygulama alanlarında önemli bir artı ş ortaya çıkmı ştır. Bunun nedeni farklı izotopların analiz tekniklerinde meydana gelen teknolojik yenilikler, bu izotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranı şlarının tanımlanabilmesi, hidrolojik problemlerin çe şitlerinin (miktar, kirlenme, yönetme, koruma, saklama, güvenlik, vb.) artması ve problemlerin çözümünde daha fazla ayrıntıya inilmesi gereklili ğidir. Oksijen, hidrojen ve karbon izotopları dı şında hidrolojide kullanımı artan di ğer izotoplar klor ( 36 Cl, 37 Cl), azot ( 15 N), helyum ( 3 He, 4 He), argon ( 39 Ar), silisyum ( 32 Si), kükürt ( 35 S), bor ( 11 B), stronsiyum ( 87 Sr), kripton ( 81 Kr, 85 Kr), iyot ( 129 I), uranyum ( 238 U, 234 U), radon ( 222 Rn) izotoplarıdır. Bu çalı şmada bu izotopların hidrolojik problemlerde kullanım alanları ile ilgili kısa bilgiler verilecektir. İZOTOPLARIN H İDROLOJ İK UYGULAMA ALANLARI İzotopların hidrolojide kullanımı herhangi bir hidrolojik süreci temsil eden ba ğımlı de ği şkenlerin davranı şına ba ğlı olarak izotopların konumsal ve zamansal de ği şim göstermesi ve bu de ği şimin izotopun özelliklerine ba ğlı olarak belirlenmesi ile ba ğımlı de ği şkenin konumsal ve zamansal de ği şiminin ortaya konması ilkesine dayanmaktadır. 1960’lardan günümüze kadar bir çok hidrolojik sürecin aydınlatılmasında önemli rol oynamı şlardır. Çizelge 1’de günümüzde izotopların kullanım alanları ve hangi izotopların hangi süreçleri aydınlatılmasında kullanıldıkları özetlenmi ştir. Bununla birlikte bu çizelgede sıralanan alanlar dı şında bir çok yeni ve farklı problemde de izotoplardan faydalanılabilir. Burada önemli olan, problem içerisinde konumsal ve zamansal de ği şimi ortaya konulabilen bir izotopun yer almasıdır. Bir şekilde hidrolojik çevrime katılan izotopların de ği şik sıcaklık ve faz deği şimleri sırasında su içerisinde miktarları de ği şmektedir. Radyoaktivite ile izotop bile şiminin de ği şimine zaman boyutu da eklenmektedir. Günümüze kadar en yaygın kullanılan izotoplar oksijen, hidrojen ve karbon izotopları olmu ştur. Bu izotopların bir çok laboratuvarda analiz edilebilir olmaları ve do ğadaki davranı ş mekanizmalarının ayrıntılı bir biçimde ortaya konmu ş olması nedeniyle bir çok hidrolojik problemin çözümünde önemli rol oynamı şlardır. Bu izotoplar aracılı ğı ile yeraltısuyu – yüzey suyu ili şkileri, suların kökeni, beslenme alanları ve mekanizmalarının belirlenmesi, karı şım süreçlerinin ortaya konması, yeraltısuyu ya ş da ğılımının belirlenmesi ve kısıtlı da olsa akiferlerin akım ve ta şınım süreçlerini tanımlayan parametrelerin belirlenmesi konularında çok sayıda çalı şma gerçekle ştirilmi ştir. Günümüzde hidrolojik problemlerin çe şitlenmesi (kirlenme, radyoaktif atıkların saklanması, akifer restorasyonu, derin akifer sistemlerinin ara ştırılması vb.) bu problemlerin çözümünde yardımcı olacak yeni izotopların ara ştırılmasına neden olmu ştur. De ği şik ülkelerde farklı problemlerin çözümünde kullanılmaya ba şlayan bu izotoplar kısaca a şa ğıda özetlenmi ştir. 18 Çizelge 1. İzotopların hidrolojide kullanım alanları Hidrolojik Süreç ?D ? 13 C ? 15 N ? 18 O ? 87 Sr 3 H 14 C 36 Cl 39 Ar 85 Kr Beslenme ve Akım hesabı X X X Yüzey - Yeraltı suları ili şkisi X X X X Ortalama yeraltısuyu hızı 5 yıldan genç sistemler X X X 5 - 30 ya ş arası sistemler X X X Yeraltısuyunun kökeni 30 yıldan genç yerel sistemler X X X X X Bölgesel sistemler X X X X X Beslenme Bölgesi ya da Köken suyun belirlenmesi Yerel sistemler X X X X X X X Bölgesel sistemler X X X X X Akiferler arası sızma X X Karstik Sistemler X X X Çatlaklı Kayaçlar X X X X Yeraltısuyu Akım ve Depolama Özelliklerinin Belirlenmesi X Dispersivite çalı şmaları X X X X Yeraltısuyu ve Yüzey suyu akım bile şenlerinin belirlenmesi X X X Çözülü maddelerin kökeni X X X X X X Jeokimyasal reaksiyon modeli X Yeraltısuyu Ya şının Belirlenmesi 5 yıldan genç sistemler X X X X X 5 - 50 yıl X X X X 50 - 1000 yıl X 1000-40000 yıl X X X 60000-1200000 yıl X H İDROLOJİDE 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 sa ğlanmı ştır. Bu bölümde izotoplar ile ilgili detaylara girilmemi ş ancak hidrolojide kullanım ilkeleri özetlenmi ştir. Helyum Helyum iki duraylı izotopa sahiptir [ 3 He (%1.37 x 10 -4 ), 4 He (>%99.99)]. Bu izotoplardan 3 He hidrolojide yaygın bir kullanım alanına sahip bulunmaktadır. Do ğada 3 He de ği şik yollar ile olu şmaktadır. Ancak hidrolojik kullanımı daha çok trityumun radyoaktif bozulmasına ba ğlıdır. Trityum ( 3 H) bozularak duraylı 3 He’a dönüşmektedir. Bu nedenle tritojenik 3 He miktarı yeraltısuyu ya şının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Yeraltısuyunda ölçülen 3 He miktarından, atmosferik, 19 litosferik ve magmatik 3 He miktarları çıkartıldı ğında tritojenik 3 He elde edilmektedir. Ancak, 3 He bir gaz oldu ğu için doygun olmayan bölgede ya da hava ile temas etti ğinde çok hızla atmosfere karı şmaktadır. Bu nedenle 3 H/ 3 He yöntemi, sadece yeraltısuyuna ula şan trityumun bozunması sonucu doğru ya ş vermektedir. Karstik ortamlarda ya da kalın doygun zon varlı ğında 3 He kaçı şı dikkate alınmalıdır. Tritojenik 3 He dı şında kalan 3 He üretimi, 4 He ve di ğer asal gazların yardımı ile hesaplanabilmektedir (Torgersen et al., 1977, 1979; Weise and Moser, 1987; Schlosser et al., 1989). Radyojenik 4 He, derin yeraltısuyu katılımlarının belirlenmesinde kullanılabilmektedir. Kayaçlarda U-Th bozunması sonucu ortaya çıkan yüksek 4 He de ğerleri uzun yeraltısuyu dola şımının varlı ğını göstermektedir. Kripton Kripton 5 duraylı izotopa sahip bir asal gazdır [ 78 Kr (%0.35), 80 Kr (%2.25), 82 Kr (%11.6), 83 Kr (%11.5), 84 Kr (%57.0), 86 Kr (%17.3)]. Bu izotopların doğal bulunu ş oranlarındaki de ği şim, paleo- beslenme sıcaklıklarının tespit edilmesinde kullanılmaktadır. Do ğal Kr izotoplarına ilave olarak atmosferde reaksiyonlar ve 238U izotopunun radyoaktif bozunması ile olu şan 81 Kr izotopu ile nükleer denemeler sonucu olu şmu ş antropojenik 85 Kr izotopu da bulunmaktadır. 81Kr izotopu radyoaktif olup yarılanma ömrü 250000 yıldır. Bu izotop, 50000 – 800000 yıl aralı ğına sahip yeraltısuyu ya şlarının tespit edilmesinde kullanılmı ştır (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 aracılı ğıyla uranyum ve plütonyumun bozunması ile ortaya çıkmı ştır. Atmosferde da ğılımının homojen olmaması ve kuzey ve güney yarı küreler arasında da önemli bir farklıla şma göstermesi (Jacob, et al, 1987) nedeni ile köken belirlemede kullanım olana ğı vardır. Yarılanma ömrünün trityuma yakın olması nedeniyle trityum yerine kullanılabilmektedir. Özellikle atmosferde trityum konsantrasyonunun giderek azalmasına kar şın 85 Kr konsantrasyonu giderek monoton bir artı ş göstermektedir. Asal bir gaz olması nedeniyle kimyasal ve biyolojik reaksiyonlara girmemektedir. Çok dü şük bir yükseklik etkisi ile mevsimsel etki gözlenmektedir. Mevsimsel etki atmosferde dü şey yönlü karı şım mekanizmalarının mevsimselli ği ile ili şkilidir. 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 85 Kr içerdi ği varsayılan hava ile dengeye gelmesi sonucu yeraltısuyu sistemine karı şmaktadır. Dispersiyon etkisinin ihmal edilmesi durumunda 85 Kr aktivitesi ile yeraltısuyu ya şı belirlenebilmektedir (Plummer et al, 1993; Solomon et al, 1998). Özellikle girdi fonksiyonunun monoton olması, doygun olmayan bölgede önemli bir de ği şime u ğramaması nedeniyle genç suların ya şlarının belirlenmesinde önemli rol oynayacaktır. 85 Kr ile trityum benzeri ya ş hesaplamalarının yapılması mümkündür. Trityum ya da benzeri ya ş aralı ğı veren izleyiciler ile birlikte kullanıldı ğında yeraltısuyu akım yollarının belirlenmesinde ve sayısal akım modellerinin kalibrasyonunda kullanılabilir. 20 Ancak, 85 Kr analizi için en az 100-1000 lt arasında örnek toplanması gerekmekte ve ticari olarak analiz hizmeti sunan bir laboratuvar bulunmamaktadır. Bununla birlikte analiz yeteneklerinin geli ştirilmesine ve ucuzlatılmasına yönelik çalı şmalar sürmektedir. Argon Argon 3 duraylı izotopu olan bir asal gazdır [ 40 Ar (%99.6), 36 Ar (%0.337), 38 Ar (%0.063)]. Argon ( 40 Ar) daha çok K-Ar tekni ği ile kayaçlarının ya şının saptanmasında kullanılmaktadır. Argon’un radyoaktif izotopu olan 39 Ar (T 1/2 = 269 yıl) ise kosmojenik olarak 40 Ar ve 39 K’dan itibaren ve yeraltında kayaçlarda 39 Cl’un bozunmasından itibaren olu şmaktadır. 39 Ar Asal gaz olması nedeniyle reaksiyonlara girmemektedir. Bu nedenle ya ş belirlenmesinde kullanılmaktadır (Oeschger et al., 1974). Yarılanma ömürleri arasındaki büyük fark nedeniyle 3 H ile 14 C ile belirlenen ya ş aralıkları arasında kalan bo şlu ğu kapatacak bir izotop olarak de ğerlendirilmektedir (Florkowski and Rózanski, 1986). Litosferde 39 Cl’nin bozunmasından gelen miktarın belirlenmesindeki güçlükler nedeniyle yaygın bir kullanım alanına sahip olamamı ştır. Klor Klor, doğada iki duraylı [ 35 Cl (%75.77), 37 Cl (%24.23)] ve bir radyoaktif [ 36 Cl (T 1/2 = 301000 yıl)] izotopa sahiptir. 36 Cl uzun bir yarılanma ömrüne sahip olması nedeniyle çok yaşlı yeraltısuyu geçiş sürelerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Atmosferde 36 Ar’un kozmik ı şınlarla etkilenmesi sonucu ve litosferde 40 Ca, 39 K ve 35 Cl’dan itibaren olu şmaktadır. Bunun yanı sıra 1952 – 58 yılları arasında nükleer bomba denemeleri sonucu deniz suyunun radyasyonu ile yüksek oranlarda olu şmu ştur. Bu nedenle toprak ve yeraltısuyunda 1950’li yıllara ait beslenimi tespit etmekte de kullanılabilir. Korunumlu bir izotop olması, tutulmaya u ğramaması, redoks reaksiyonlarına girmemesi nedeniyle iyi bir izleyicidir. Genellikle 36 Cl/Cl oranı ile ifade edilmektedir. Do ğal sularda bu oran 10 -15 -10 -11 arasında de ği şmektedir. Ya ğı şın içeri ği 36 Cl/Cl 20-500 x 10 -15 arasında de ği şmektedir. 10 -12 ’den daha büyük de ğerler nükleer bomba denemelerinin varlı ğını göstermektedir. Termonükleer kökenli 36 Cl genç yeraltısuyu bile şeninin belirlenmesinde atmosferde giderek azalan trityum yerine kullanılmaktadır. Hidrolojide kullanımı kayaçlar ile reaksiyon, iyon filtrasyonu, yüksek oranda Cl içeren sular ile karı şım ile litosferik üretim ile kısıtlanmaktadır. 37 Cl duraylı olup ? 37 Cl de ğeri standart ortalama okyanus 37 Cl/Cl oranına (SMOC) göre ‰ sapma olarak ifade edilmektedir. Bu izotop difüzyon baskın ortamlarda, yüksek sıcaklık su-kayaç etkile şimlerinde ve okyanus suyunun sıcaklık de ği şimlerine bağlı olarak ayrı şmaya (fraksinasyon) uğramaktadır. Bu nedenle bu süreçlerin tanımlanmasında kullanılabilir. Stronsiyum Stronsiyum, dört duraylı [ 84 Sr (%0.56), 86 Sr (%9.86), 81 Sr (%7.0), 88 Sr (%82.58)] do ğal izotop ile bir radyojenik izotopa sahiptir [ 87 Sr]. 87 Sr, 87 Rb izotopunun (T 1/2 = 48.8x10 6 y ıl) radyoaktif bozunması ile olu şmaktadır. Genellikle 87 Sr/ 86 Sr oranı ile ifade edilmektedir. Kayaçlarda bu oran 0.7 ile 4 arasında de ği şmektedir. Herhangi bir jeolojik birim içerisinde kayacın ya şı, kristallenme süreci, ilksel Rb/Sr konsantrasyonları ile ilksel 87 Sr/ 86 Sr oranına ba ğlı olarak farklı 87 Sr/ 86 Sr oranı 21 gözlenecektir. Su – kayaç etkile şimi sırasında bir mineralden kazanılan stronsiyum, mineral ile aynı 87 Sr/ 86 Sr oranına sahip olmaktadır. Bu nedenle yeraltısuyunda farklı 87 Sr/ 86 Sr oranları, akım yolu boyunca farklı mineraller ile teması ya da farklı temas sürelerini göstermektedir. Hidrokimyasal veriler ile birlikte de ğerlendirildi ğinde 87 Sr/ 86 Sr oranı yeraltısuyu akım yollarının, köken kayacın ve yeraltısuyu geçi ş süresinin belirlenmesinde kullanılabilmektedir (Clark and Fritz, 1997). Azot Azot iki duraylı izotopa sahiptir [ 14 N (%99.63) ve 15 N (%0.366)]. Havada bulunan 15 N miktarının sabit olması nedeniyle atmosferik hava (AIR) azot deri şiminin sunulmasında standart olarak kabul edilmi ş ve 15 N içeri ği atmosferin 15 N/ 14 N oranından sapma olarak ifade edilmektedir (? 15 N). Yeraltısuyunda bulunan 15 N izotopunun ba şlıca kökenleri atmosfer (? 15 N=0), azotlu gübreler (? 15 N = 0 ± ‰3), canlı ya da ölü organik maddelerdir (? 15 N = +‰10 ile +‰25 ). Su – kayaç etkile şimi 15 N içeri ğini etkilememektedir. 15N izotopu hidrolojide daha çok yeraltısuyunda azot kirlili ğinin kökenini belirlemekte kullanılmaktadır. Su kaynaklarında nitrit (NO 2 ), nitrat (NO 3 ), amonyak (NH 3 ) bile şiklerinin belirli de ğerlerin üstünde olması durumunda dolaylı ya da doğrudan insan sa ğlı ğını ve suda ya şayan di ğer canlıları tehdit etmektedir. Azot bitkiler ve sucul canlılar için önemli bir besin kaynağıdır. Bu nedenle organik atıkların bünyesinde önemli oranda bulunurlar. Oldukça yüksek bir çözünürlülü ğe sahip olmaları nedeniyle suya hızla karı şıp ta şınma özelli ğine sahiptir. Yüksek çözünürlülü ğü nedeniyle kayaç olu şturan minerallerin bünyesinde bulunmamaktadır. Su kaynaklarında azot türevlerinin bir kısmı atmosferden kaynaklanmaktadır. Ancak, bitkilerin çürümesi, hayvan atıkları ve fosseptikler, kanalizasyon de şarjları ve azotlu gübreler en önemli azot kaynaklarını olu şturmaktadır. Nitrit ve nitrat organik maddelerin bünyesinde bulunan azotlu bile şiklerin 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 karı şan azot türevleri oksitlenme ile nitrata dönü şürken (nitrifikasyon), indirgenme süreçleri (denitrifikasyon) ile gaz halinde azota dönü şerek atmosfere karı şır. Yeraltısuyunda azotun kökeni ve nitrifikasyon-denitrifikasyon süreçleri ? 15 N - ? 18 O ili şkisi ile ortaya konabilmektedir ( Şekil 1). 0 5 10 15 20 25 - 1 0- 5051 01 52 02 53 ? 15 N‰ AIR ? 18 O‰ VSMOW 0 NH4-NO3 Gübre - Mineral Toprak Organik Madde Dı şkı, foseptik sızıntısı NH4-NO3 Sentetik Gübre Nitrifikasyon Denitrifikasyon (kalan % NO 3 ) 20% 40% 60% 80% Şekil 1. Nitratın de ği şik kökenlerinin izotopik kompozisyonu (Clark and Fritz, 1997). İyot İyot tek bir duraylı izotopa sahiptir [ 127 I]. Bununla birlikte radyoaktif izotopu 129 I (T 1/2 = 1.6 milyon yıl) atmosferde ve nükleer enerji tesislerinde 238 U’un bozunması ile olu şmaktadır. Bu nedenle Çernobil kazasının ya ğmur suyuna etkisinin belirlenmesinde kullanılmı ştır. Hidrolojide genellikle 129 I/ 127 I oranı kullanılmaktadır. Yarılanma ömrünün çok uzun olması nedeniyle çok ya şlı yeraltısuyu geçiş sürelerinin belirlenmesinde önem ta şımaktadır. Atmosfer ve okyanuslarda 129 I/ 127 I oranı homojen bir da ğılım göstermektedir. Bununla birlikte termonükleer aktivitelerin yo ğun oldu ğu bölgelerde bu oran de ği şiklik göstermektedir. Ayrıca litosferde de radyoaktif bozunmalar sonucu olu şan 129 I miktarları hesaplamaları etkilemektedir. SONUÇLAR Hidrolojik çalı şmalarda kullanılan oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının dı şında, son yıllarda artan analitik yeteneklere ve hidrolojik problemlerin çe şitlenmesine ba ğlı olarak kullanılmaya ba şlayan yeni izotopların uygulanmasında ilkeler, yakla şımlar ve sorunlar özetlenmiştir. Laboratuvar teknolojilerinin geli şmesi bir çok izotopun daha kullanılmaya ba şlamasına yol açacaktır. Genellikle, izotopların hidrolojide kullanımı laboratuvar teknikleri, analiz bedelleri ve izotoplar hakkında bilgi birikimine ba ğlı olarak gerçekle şmektedir. Bir çok problemin çözümünde çok de ği şik izotoplar kullanılabilir. Ancak amaca en uygun izotop ya da izotopları seçmek sonuca ulaşmayı kolayla ştıracaktır. 22 23 YARARLANILAN KAYNAKLAR Clark, I, Fritz, P, 1997, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Pubishers. (www.science.uottowa.ca/~eih) Collon, P., Kutschera, W., Loosli H.H., Lehmann, B.E., Purtschert R., Love A., Sampson L., Anthony D., Cole D., Davids B., Morrissey D.J, 2000, 81 Kr in the Great Artesian Basin, Australia: a new method for dating very old groundwater, Earth and Planetary Science Letters 182 (2000) 103- 113 Cook, P.G., Herczeg, A.L., 2000, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology, Kluwer Academic Publishers. Florkowski, T. and Rózanski, K., 1986, "Radioactive Noble Gases in the Terrestrial Environment."In: P. Fritz and J.-Ch. Fontes (Eds.), Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. 2b, Elsevier Science, New York. pp. 481-506. Jacob, D.J., Prather, M.J., Wofsy, S.C., and McElroy, M.B., 1987, "Atmospheric distribution of 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 81 Kr atoms for analysis of groundwater". J. Geophy. Res., 90, 11547-11551. Oeschger, H., 1978, Workshop on Dating Old Ground Water, University of Arizona, March 16-18, Rep., Y/OWI/SUB-78/55412. Oeschger, H., Gugelman, A., Loosi, H., Schotterer, U., Siegenthaler, U., and Wiest, W., 1974, "39Ar dating of groundwater", in Isotope Techniques in Groundwater Hydrology, IAEA, Vienna. pp. 179-190. Plummer, L.N., Michel, R.L., Thurman, E.M., and Glynn, P.D., 1993, "Environmental tracers for age dating young ground water", In: W.M. Alley (Ed.), Regional Ground-Water Quality, Van Nostrand Reinhold, New York, pp. 255-294. Schlosser, P., Stute, M., Dorr, H., Sonntag, C., and Munnich, K. O., 1989, "Tritogenic 3He in shallow groundwater". Earth Planet. Sci. Lett., 94: 245-254. Solomon, D. K., Cook, P. G., and Sanford, W. E., 1998, "Dissolved gases in subsurface hydrology." In: C. Kendall and J.J. McDonnell (Eds.), Isotope Tracers in Catchment Hydrology. Elsevier, Amsterdam, pp. 291-318. Torgersen, T., Zop, T., Clarke, W. B., Jenkins, W. J. and Broeker, W. S., 1977, "A new method for physical limnology - tritium-helium-3 ages - results for Lakes Erie, Huron and Ontario. Limnol. Oceanog., 22: 181-193. USGS: http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/index.html 24 Weise, S. and Moser, H.,1987, "Groundwater dating with helium isotopes." In: Isotope Techniques in Water Resource Development." IAEA, Vienna, pp. 105-126. 25 H İDROLOJ İDE İZOTOPLAR UNESCO ULUSLARARASI PROGRAMI IAEA/UNESCO JOINT INTERNATIONAL ISOTOPES IN HYDROLOGY PROGRAMME Hamza ÖZGÜLER Hidrolojist – Meteoroloji Yük. Müh. DS İ Etüd ve Plan Dairesi Ba şkanlı ğı – Ankara hamza.ozguler@dsi.gov.tr ÖZET Hidrolojik çevrimin araştırılması ve su kaynakları yönetiminde kullanılan yöntemlerin geli ştirilmesinde bilimsel ve teknik bir altyapının oluşturulması amacıyla çalı şmalarını sürdüren Uluslararası Hidroloji Programı (IHP), Uluslararası Hidroloji Onyılı Programı adıyla UNESCO tarafından 1965 yılında ba şlatılmı ştır. Bu çalı şmaların küresel ölçekte devamının sa ğlanması amacıyla bu Program, 1977 yılında 6’ şar yıllık dönemleri kapsayacak şekilde hükümetler arası nitelikte Uluslararası Hidroloji Programı’na dönü ştürülmü ştür. 2002-2007 yılları arasındaki IHP'nin altıncı dönemi (IHP-VI)'nde, hidrolojide izotopların kullanımlarının çeşitli tema ba şlıkları altında kapsamlı olarak ele alınması planlanmı ştır. Bu çerçevede, 1999 yılında gerçekle ştirilen V. Uluslararası Hidroloji Konferansı'nda alınan kararlar doğrultusunda Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ile i şbirli ği içinde IAEA / UNESCO Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Programı (JIIHP) olu şturulmu ştur. Söz konusu Program kapsamında, izotop teknikleri kullanılarak hidrolojik süreçlerin daha iyi kavranmasının sa ğlanması ile su kaynaklarının de ğerlendirilmesi, geli ştirilmesi ve yönetimi tekniklerinin iyile ştirilmesi gibi hususlarda çalı şmaların yapılması amaçlanmaktadır. Ayrıca, yüzey ve yeraltısularının nitelik ve niceliksel olarak gözlenmesi, iklim de ği şikli ği ve insan faaliyetlerinin su kaynakları üzerindeki etkileri ve ya ğı ş-akı ş analizleri gibi konularda da izotop tekniklerinden yararlanmayı öngören projeler planlanmaktadır. Ulusal düzeyde ikincisi gerçekle ştirilecek Sempozyumun, Ülkemizden IHP-VI faaliyetlerine bir katkı olarak değerlendirilmesi ve bu yakla şım içinde düzenlenmesinin faydalı olaca ğı düşünülerek; bu bildiride, hidrolojide izotop teknikleri konusunda IHP kapsamında yapılan çalı şmalar ve bu konuyla ba ğlantılı olarak planlanan uluslararası faaliyetler hakkında bilgiler verilmi ş olup, bu ba ğlamda önümüzdeki yıllarda ülkemizin önceliklerinin neler olması gerekti ği hususu, IHP’nin gelece ğe dönük planları açısından de ğerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: IHP, JIIHP, İzotop, Hidroloji 26 IAEA/UNESCO ULUSLARARASI İZOTOP H İDROLOJİS İ ORTAK PROGRAMI (JIIHP) 1. Su Kaynaklarının De ğerlendirilmesinde İzotop Hidrolojisinin Önemi İnsani etkiler ve iklim de ği şikli ği gibi nedenlerle dünya su kaynakları üzerindeki baskılar her geçen gün artmaktadır. Bu durum su kaynakları çalı şmalarında disiplinler arası bir yakla şımı gerektirmektedir. Di ğer yandan, su kaynakları geli ştirme faaliyetlerinde, yüzey suyu ile yeraltısuyu, tatlısu ile tuzlusu arasındaki etkile şimlerin bölge ve havza ölçe ğinde bilinmesi gerekti ğinden, su kaynaklarının nitelik ve niceliksel olarak bütün yönleriyle gözlenmesine ve ara ştırılmasına her geçen gün daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Bilindi ği üzere su biliminde mevcut metodolojiler sınırlı verilerle ve günümüzde güncelli ğin kaybetmi ş olan veri i şleme yöntemleriyle geli ştirilmi ş bulunmaktadır. Oysa günümüzde, uzaktan algılama ve co ğrafi bilgi sistemleri gibi modern teknolojilerin geli ştirilmesiyle, su biliminde ve su ara ştırmalarında, uzaysal ve zamansal çözünürlülü ğü daha ileri düzeyde olan yeni nesil veri sistemleri geli ştirilmi ş bulunmaktadır. Ayrıca, bilgi teknolojilerinin de geli şmesiyle, daha ileri düzeyde hesaplama yöntemlerine geçilmi ş olup, artık günümüzde deği şik kullanımlara uygun model çe şitlili ği bulunmaktadır. Sa ğlanan bu gelişmelerle, su biliminde daha güvenilir sonuçları veren yeni nesil tekniklerin geli ştirilmesine olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Su kaynaklarının de ğerlendirilmesi, geli ştirilmesi ve yönetimi faaliyetlerinde ortaya çıkan sorunların çözümünde izotopların kullanımıyla ilgili metodolojiler zaten geli ştirilmi ş olup, bu teknikler su kaynaklarının ara ştırılmasında ve çevresel çalı şmalarda halı hazırda kullanılmaktadır. Söz konusu metodolojilerde iz elementlerin atomik özelliklerinden yararlanıldı ğı bilinen bir husustur. İzotop yöntemleri klasik yöntemlere göre daha etkili olmakla birlikte, pahalı de ğildirler. Tek bir izotop analizi ile hidrolojik süreçle ilgili çok kapsamlı bilgilerin elde edilmesi mümkündür. 2. İzotop Çalı şmalarıyla İlgilenen Uluslararası Kurulu şlar 2.1 Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA), son 40 yıl içinde su bilimlerinde nükleer tekniklerin ara ştırılması ve geli ştirilmesi ile bu tekniklerin arazideki pratik uygulamaları üzerinde çalı şmalar yapmaktadır. Bu Kurulu şun izotop hidrolojisine ili şkin program etkinlikleri kapsamında, yeraltısuyunun olu şumuyla ilgili hidro-jeolojik ara ştırmalar, yeraltısuyu akı şı, iletim dinamikleri ve hidrolik etkile şimler; jeotermel sistemler ve yüzey sularıyla ilgili uygulamalar ve su mühendisli ğiyle ilgili di ğer uygulamalar bulunmaktadır. Su kaynaklarının geli ştirilmesi ve yönetiminde, IAEA’nın son 10 yıl içinde a ğırlık verdi ği konular şunlardır: • Su kaynakları üzerindeki insan etkileri • Su kıtlı ğı ya şanan bölgelerdeki su kaynakları, • Hidro-klimatik de ği şiklikler ve bu de ği şikliklerin su havzaları ve yüzeysel su sistemleri üzerindeki etkileri, 27 • Su kalitesi çalı şmaları, • Üye ülkelerde teknik i şbirli ği projelerinin uygulanması. 2.2 UNESCO Su kaynakları, dengeli bir kalkınma için sınırlayıcı faktör olarak kabul edilmektedir. Bu durum, su konusunda Birle şmi ş Milletler’de uluslararası i şbirli ği programlarının geli ştirilmesini gerektirmiştir. UNESCO bünyesinde IHP Programı bu yöndeki çalı şmalarda merkezi bir konumda bulunmaktadır. IHP’nin 1996-2001 yılları arasındaki dönemini kapsayan 5. safhasında, bilimsel ara ştırmalar, uygulama ve e ğitim konuları arasında sağlam bir ba ğ kurulmaya çalı şılmı ştır. “Hassas Çevre Ko şullarında Hidroloji ve Su Kaynakları Geli ştirilmesi Faaliyetleri” ana temasını ta şıyan IHP’nin bu safhasında, özellikle çevre boyutuna öncelik veren ve bilimsel olarak kanıtlanmı ş metodolojilerle desteklenen su kaynakları planlanması ve yönetilmesi konularına a ğırlık 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 i şlevi dı şında; sosyal, ekonomik ve çevresel de ğerlere de sahip olduğu gerçe ğine öncelik verilmi ştir. Günümüzde su etkile şimlerinin daha iyi anla şılması, verilerin teminindeki teknolojik geli şmeler ve hidrolojik süreçlerin geli şmi ş tekniklerle modellenmesi gibi geli şmeler göz önünde bulundurularak, IHP’nin 6. A şaması, kendi içlerinde çapraz ili şkileri olan 5 ana tema üzerinde kurulmu ştur: • Tema 1: Küresel de ği şimler ve su kaynakları, • Tema 2: Havza ve akiferlerin toplu dinamikleri, • Tema 3: Karasal yerle şim alanları hidrolojisi, • Tema 4: Su ve toplum, • Tema 5: Su ö ğretimi ve eğitimi, Bu ana başlıklar altında çeşitli projelerin gerçekleştirilmesi gündemde olmakla birlikte, bu temalar arasındaki çapraz geçi şleri 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 geli ştirilmi ş bulunmaktadır. 2.3 Dünya Meteoroloji Te şkilatı (WMO) İklim ve i şletimsel hidroloji konularında WMO tarafından yürütülen çe şitli programlar kapsamında izotop hidrolojisinden çe şitli şekillerde faydalanılan konular bulunmaktadır. Buna örnek olarak, “Ya ğı şlarda İzotoplar Küresel Ağı (GNIP)” konusunda çalı şmalar yapmak üzere IAEA ve WMO arasında imzalanan sözle şme verilebilir. IAEA ve WMO tarafından 30 yıldan beri ortak olarak i şletilen bu a ğ yardımıyla Dünya genelinde seçilmi ş istasyonlarda ya ğı şlardaki izotop gözlemleri yapılmakta olup, bu yoldan hidrolojide izotop uygulamaları için temel bilgilere ula şılması mümkün olabilmektedir. 500’den fazla sayıda istasyondan olu şan bu küresel ağ üzerinden sa ğlanan veriler, sadece do ğal izotopların izlenilmesinde kullanılmakla kalmaz, ayrıca iklimsel de ği şimlerdeki e ğilimlerin belirlenmesinde de kullanılmaktadırlar. 28 3. Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Program (JIIHP) Programı Hidrolojide izotopların kullanımı, 2002-2007 yılları arasındaki IHP'nin altıncı dönemi (IHP- VI)'nde çe şitli tema ba şlıkları altında kapsamlı olarak ele alınması planlanmı ştır. Bu çerçevede, 1999 yılında gerçekle ştirilen V. Uluslararası Hidroloji Konferansı'nda alınan kararlar do ğrultusunda Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ile işbirli ği içinde IAEA / UNESCO Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Programı (JIIHP) oluşturulmu ştur. Bu iki Kurulu ş arasındaki i şbirli ği, 2002’de yapılan IHP Hükümetlerarası Konsey oturumu sırasında yapılan imza töreni ile karara ba ğlanmı ştır. 3.1 Programın Geli şim Süreci IHP Hükümetlerarası Konseyi’nin 28. Dönem toplantısında alınan kararlar doğrultusunda, UNESCO’nun IAEA ile i şbirli ğine girerek, söz konusu işbirli ğinin yapısını ve şeklini belirleyecek bir çerçeve raporunun hazırlanması istenmi ştir. Bu öneri üzerine, UNESCO ve IAEA tarafından bir Planlama Grubu olu şturulmu ş ve bu Grubun hazırladı ğı rapor IHP Bürosu’nun 29. Oturumuna sunulmu ştur. Büro, IAEA ve UNESCO’nun ortaklı ğında Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Programı’nın oluşturulması yönünde her iki Kurulu şun ilgili birimlerini bilgilendirilmi ştir. Ayrıca, Rapor sonuçları hakkında IHP Ulusal Komiteleri de bilgilendirilerek, hidrolojide izotop yöntemleri konusunda uzman ki şilerin bu programa dahil edilmeleri konusunda destek istenmi ştir. 3.2 JIIHP Programının Kapsamı Hidrolojide izotoplarla ilgili çok sayıda bilimsel ve pratik uygulamalar yapılmaktadır. Bu alanda çalı şmalar yapan ilgili kurulu şlar arasında çe şitli i şbirli ği çalı şmaları olmakla birlikte, ilgili bütün Kurulu şların faaliyetlerini toparlayabilecek daha ileri düzeydeki bir işbirli ği ortamının olu şturulmasına gereksinim duyulmu ştur. Hidrolojik çalı şmalarda, su kaynaklarının toplu yönetimi ve iklimsel ara ştırmalarda 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 alınmı ştır. Bu toplantıda, su kaynakları alanında çalı şmalar yapması öngörülen programların önemi hakkında görü şler olu şturularak, IAEA’nın a şa ğıda belirtilen hususlarda çalı şmalar yapmasını istemi ştir: • Özellikle geli şmekte olan ülkelerde su kaynaklarının geli ştirilmesi ve yönetimi alanlarında; yeraltısuyu ve yüzeysel suların kirlili ğinin kontrolu için gerekli önlemlerin alınmasında izotop tekniklerinin tam kullanımını sa ğlamaya dönük çabalara devam edilmesi, • Uygun programların geli ştirilmesi ve su kaynakları yönetimiyle ilgilenen ulusal ve uluslararası kurulu şlarla daha yakın i şbirli ğine giderek izotop tekniklerinin su kaynaklarının yönetimiyle bütünleştirilmesinin sa ğlanması, • Çe şitli düzeylerde kurslar düzenleyerek izotop hidrolojisinde insan kaynaklarının geli ştirilmesi; izotop teknikleri bilgisiyle donatılmı ş hidrolojistlerin e ğitiminin sağlanması. IAEA’nın bu alandaki lider konumundan yararlanılarak, bu Kurulu şun bünyesinde, UNESCO’nun deste ğinde ve WMO ba ğlantılı programlarla ba ğlantılı JIIHP Programı oluşturulmu ştur. 29 3.3 JIIHP Programının Amacı JIIHP Programında, izotop tekniklerinin kullanılarak hidrolojik süreçlerin daha iyi kavranmasının sağlanması ile su kaynaklarının de ğerlendirilmesi, geli ştirilmesi ve yönetimi tekniklerinin iyileştirilmesi gibi hususlarda çalı şmaların yapılması amaçlanmaktadır. Ayrıca, yüzey ve yeraltısularının nitelik ve niceliksel olarak gözlenmesi, iklim de ği şikli ği ve insan faaliyetlerinin su kaynakları üzerindeki etkileri ve ya ğı ş-akı ş analizleri gibi konularda da izotop tekniklerinden yararlanmayı öngören projeler planlanmaktadır. Program, hidrolojide izotopların a şa ğıda belirtilen amaçlar için kullanılmasını öngörmektedir: • Hidrolojik süreçlerin daha iyi anla şılması ile su kaynaklarının de ğerlendirilmesi, geli ştirilmesi ve yönetilmesinin iyile ştirilmesine dönük araçların geli ştirilmesi, • Su kaynaklarında ulusal, bölgesel ve uluslararası programların desteklenmesi, • Dünya genelinde hidrolojik eğitim müfredat programlarına izotop konularının da dahil edilmesinin sa ğlanması, • İzotop verilerinin ulusal, bölgesel ve küresel ölçekteki hidrolojik veri bankalarıyla birleştirilmesinin sa ğlanması. Söz konusu Program, hidroloji ve su kaynakları çalı şmalarının bilimsel, pratik ve e ğitimsel yönlerini ele alarak; UNESCO, WMO, IAEA ve di ğer uluslararası kurulu şlar tarafından yürütülen hidrolojik programların yürütülmesi ve e şgüdümünün geli ştirilmesini amaçlamaktadır. JIIHP, a şa ğıda belirtilen süreçlerin niteliksel ve niceliksel yönlerini ele alır: • Yüzeysel sularla ( nehirler, rezervuarlar, göller, kar ve buzullar) ilgili olarak akı ş dinamikleri, erozyon, sediment oluşumu ve kirlilik, • Yeraltısuyunun yapay veya doğal beslenmesinin niceliksel olarak de ğerlendirilmesi, yeraltısuyunun kaynağının ara ştırılması, akiferlerin kirlenmesi. Program kapsamında, iklim deği şikli ği ile su kaynakları üzerinde insani etkilerin ara ştırılmasında da çalı şmaların yapılması planlanmaktadır. JIIHP, izotop metodolojileri ile ilgili IAEA araştırmaları ve uygulamalarının UNESCO’nun küresel bilgi a ğı 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 a ğ yardımıyla dünya genelinde su kaynaklarının de ğerlendirilmesi, geli ştirilmesi ve yönetilmesi konularının iyileştirilmesi öngörülmektedir. Ayrıca, özellikle dünyanın su kıtlı ğı ya şanan geli şmekte olan bölgelerinde yaşam kalitesinin iyile ştirilmesi öncelikli konuların ba şında gelmektedir. Programın yukarıda belirtilen amaçlarını gerçekle ştirmek üzere önerilen hususlar a şa ğıdaki gibidir: • Hidrolojide izotoplar konusunda kurulu şlar arası uzun vadeli bir programın IAEA yönetimi altında ve UNESCO ve di ğer hidrolojik programlarla i şbirli ği içinde ba şlatılması, • IHP ulusal komitelerine hidrolojide izotop yöntemleri konusunda uzman ki şilerin dahil edilmesinin sa ğlanması, • Program içinde eğitim ve ö ğretim faaliyetlerine özel bir önem verilmesi, 30 • IHP üyesi ülkelerin bu Programa desteklerinin sa ğlanması, • WMO programları ile uyum sağlayarak, IAEA ve UNESCO arasındaki mevcut işbirli ğinin geli ştirilmesi, • Programın yürütülmesinde IAEA ve UNESCO’nun gerekli teknik ve parasal deste ği sa ğlaması ve dı ş kaynak temininde yardımcı olmaları. JIIHP olu şturduğu küresel bilgi a ğı yardımıyla, izotop metodolojileri konusundaki ara ştırma ve uygulama sonuçlarını yaymayı amaçlamaktadır. Bu amacın gerçekle şebilmesi 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 edildi ği şekliyle Şekil 1’de verilmi ştir. Buna göre, JIIHP Sekreteryası Viyana’da bulunan IAEA bünyesindedir. JIIHP Programı, IAEA ve UNESCO’nun IHP ile ortakla şa 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 sa ğlanmaktadır. JIIHP Yönetim Komitesi IHP Hükümetlerarası Konsey toplantısına paralel olarak 2 yılda bir toplanır. Komite çalı şmasına, ayrıca, bütün JIIHP odak noktaları ve IHP Ulusal Komitesi temsilcileri ça ğrılır. JIIHP Yönetim Komitesi IHP Konseyine düzenli olarak rapor sunar. 3.5 IHP-VI Sürecinde Öngörülen JIIHP Faaliyetleri IHP 14. Hükümetlerarası Konseyi’nin tavsiyeleri do ğrultusunda IHP-VI sürecinde öngörülen JIIHP faaliyetleri şunlardır: • Çevresel de ği şimlerde izotop teniklerinin uygulanmasıyle ilgili IAEA ve UNESCO ortak sempozyumunun düzenlenmesi, • Deniz kıyılarındaki kimyasal ve hidrolojik akıntıların izotop teknikleri kullanılarak ara ştırılması; denizaltındaki yeraltısuyu akımının belirlenmesi, • Ya ğı ştaki izotopların gözlenmesi ve analizlerinin yapılması yoluyla El-Nino olaylarının incelenmesi, • Büyük nehirlerdeki izotop gözlemlerinden yararlanılarak mevcut ya ğı ş-akı ş analizi tekniklerinin geli ştirilmesi, • Özellikle kurak bölgelerdeki su kaynakları yönetiminde izotop tekniklerinin kullanım olanaklarının de ğerlendirilmesi, • Sulak alanlarla yeraltıyusunun etkile şimlerini belirlemek amacıyla izotopların kullanılması; su kaynaklarında a ğır metallerin gözlenmesi, • Kıyısal alanlarda, denizaltında, karalardan denizlere do ğru yeraltısuyu akı şının niceli ğinin belirlenmesi, • İzotop hidrolojisinde e ğitim amaçlı CD-ROM’un hazırlanması, • İzotop eğitimi verilen kurulu şlar arasında bilgi a ğının oluşturulması, 31 3.5 İzotop Hidrolojisi Eğitim Faaliyetleri JIIHP programı kapsamında, 2002-2004 döneminde, izotop hidrolojisi e ğitim faaliyetlerine de a ğırlık verilmesi düşünülmektedir. Bu ba ğlamda, bu alanda uluslar arası e ğitim verilecek yerler arasında Ulusal Su Araştırma merkezi (Mısır), Uluslar arası Hidroloji Kursları (Macaristan ve Çekoslovakya), UNESCO-IHE Su E ğitimi Programı (Hollanda) sayılabilir. Ayrıca, Hindistan, Çin, Iran, Güney Afrika, Şili, Panama ve Malezya Hükümetleri de, üniversitelerinde izotop hidrolojisi konusunda çalı şmalar yapan ve kurslar düzenleyen birimlerin açılması yönünde destek sağlayacaklarını ifade etmi şlerdir. 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 a şa ğıdaki konulara yer verilmesi UNESCO tarafından planlanmaktadır: • Yüzeysel sular hidrolojisinin temel kavramları, • Yeraltısuyu hidrolojisinin temel kavramları, • Meteoroloji ve atmosfer bilimlerinin temel kavramları, • İzotopların esasları ve sınıflandırılması, • Hidrolojik çalı şmalarda kullanılan iz elementler, • İzotopik donanımlar ve laboratuvar ölçümlerinin esasları, • İzotop jeokimyası dersleri, • Kirlilik kaynakları ve mekanizması, • İzotop verileriyle rezervuarlardan meydana gelen sızmanın numerik modellemesi, • İzotop verilerinin istatistiksel analizi. 3.6 JIIHP Ba şlangıç Yönetim Komitesi IHP 15. Hükümetlerarsı Konsey toplantısına paralel olarak, 18-19 Haziran 2002 tarihlerinde, JIIHP ba şlangıç toplantısı yapılmı ştır. Bu toplantıya Mısır, Macaristan, Hindistan, Hollanda, Panama ve Güney Afrika temsilcilerinin olu şturduğu IAEA Ba şlangıç Yönetim Komitesi üyelerinin yanı sıra IHP ulusal sekreteryası bünyesinde ulusal odak noktası olu şturan ülkemiz dahil 20'den fazla ülkenin temsilcileri ça ğrılmı ş olup, ülkemiz JIIHP toplantısında, IHP Ulusal Sekreteryasınca temsil edilmi ştir. Ülkemizle birlikte Portekiz, Irak, Fransa, Iran gibi ülkelerin yanısıra IAHS temsilcisi de JIIHP toplantısına katılım sa ğlamı ştır. JIIHP toplantısı, 17-22 Haziran 2002 tarihlerinde gerçekle ştirilen IHP 15. Hükümetlerarası Konsey Oturumu'na paralel olarak 18-19 Haziran 2002 tarihlerinde UNESCO Merkezi'nde yapılmı ştır. Toplantı IHP/UNESCO yetkilisi Dr. A. Aureli ile IAEA Izotop Birimi sorumlusu Dr. J. Turner ba şkanlı ğında gerçekle ştirilmi ştir. Toplantı s ırasında, Iran, Mısır, Malezya, Panama, Şili, Sırbistan, Çin ve Polonya'da bulunan UNESCO bölgesel merkezlerinin konu hakkındaki de ğerlendirmelerine de yer verilmi ştir. JIIHP toplantısının hazırlık çalı şmaları, Mısır, Macaristan, Hindistan, Hollanda, Panama ve Güney Afrika ülkelerinin temsilcilerinden olu şan ba şlangıç Yönetim Komitesi tarafından gerçekle ştirilmi ştir. 32 JIIHP toplantısında, TAKK Dairesi Ba şkanlı ğındaki İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğü'nden alınan bilgiler ve ihtiyaç duyulan destekler yazılı metin haline getirilerek hem sözlü hem de yazılı olarak açıklanmı ştır. Bu kapsamda, DSİ Genel Müdürlü ğünün 2002 yılında düzenledi ği "İzotop Tekniklerinin Hidrolojide Kullanımı" ulusal sempozyumunun 2002-2004 dönemi için olu şturulan UNESCO faaliyetleri programı kapsamında de ğerlendirilmesi sa ğlanmı ştır. Ayrıca, UNESCO'nun aracılı ğıyla IAEA ile yapılabilecek i şbirli ği çerçevesinde bu Kurulu ştan çeşitli desteklerin alınması ve e ğitim programlarından yararlanılması hakkında bilgiler edinilmi ştir. JIIHP toplantısının gündeminde a şa ğıdaki konulara ağırlık verilmiştir: • 2002-2004 yılları arası dönem için, izotop hidrolojisinde eğitim faaliyetleriyle ilgili stratejilerin, önceliklerin, çalı şma planının ve zaman takviminin belirlenmesi, • Hollanda'da kurulu bulunan UNESCO-IHE Su Eğitim Programı için izotop hidrolojisi e ğitim modülünün geli ştirilmesine yönelik bir uygulama planının hazırlanması, • Üniversite lisans ve lisansüstü e ğitim programlarına izotop hidrolojisinin de dahil edilmesi yönünde UNESCO Bölgesel Merkezleri’nce gerekli giri şimlerde bulunulması, • IHP ve IAEA WEB sitelerinde JIIHP sayfalarının dahil edilmesine yönelik çalı şmanın yapılması, ve • 2002-2007 dönemi için uzun vadeli programın belirlenmesi. 4. Sonuç ve Öneriler Dünyada suyu konu edinen uluslararası kurulu şların sayısı ve etkinli ği her geçen gün artarken, BM ba ğlantılı su konularının UNESCO'nun IHP Programı altında merkezile şmesi yönünde de önemli geli şmeler ya şanmaktadır. Öte yandan, suyun artan stratejik önemine paralel olarak, ulusal su politikalarının oluşturulmasında ve uluslararası su kurulu şlarının Ülkemiz adına temsili konularında da Genel Müdürlüğümüzün etkinli ği giderek artmaktadır. Bu ba ğlamda, ulusal temsilcilik faaliyetleri DS İ Genel Müdürlü ğünce yürütülen IHP ve di ğer uluslararası hidrolojik faaliyetlerin daha yakından izlenmesinin önemi göz önünde bulundurularak, adı geçen hizmetlerin e şgüdümünün sağlanması hususunda önceki yıllarda bazı adımlar atılmı ş olup, geçen süre içinde söz konusu çalı şmaların Kurulu şumuz bünyesinde belirli bir düzeye getirilmesi sa ğlanmı ştır. Ulusal odak noktası görevi, IHP çalı şmaları çerçevesinde, DS İ Genel Müdürlü ğü bünyesindeki İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğünce yürütülen JIIHP Programı’ndan gerekti ği şekilde yararlanabilmek için, mevcut bilgi a ğının geli ştirilmesine ihtiyaç vardır. İzotop tekniklerinden su sektöründe daha çok yararlanılmasına ili şkin uluslararası çalı şmalar UNESCO'nun e şgüdümünde hızla geli şirken, ülkemizde de, Genel Müdürlü ğümüz öncülü ğünde bu alanda gerçekle ştirilen sempozyum, organizasyon ve ara ştırma faaliyetleri şeklinde çe şitli düzeylerdeki geli ştirme çalı şmaları son yıllarda artan bir destekle devam ettirilmektedir. Di ğer yandan, birço ğu Bakanlı ğınızın deste ğinde Genel Müdürlüğümüzce temsil edilen çeşitli uluslararası hidrolojik faaliyetlerin daha etkin ve yaygın olarak yürütülebilmesi için gerekli kurumsal düzenlemelerin yapılması çalı şmaları da Kurulu şumuzca sürdürülmektedir. Bu çerçevede, halen yürütülmekte olan çe şitli su konulu faaliyetlerin Genel Müdürlü ğümüz Etüd ve Plan Dairesi Ba şkanlı ğı bünyesinde Uluslararası Hidrolojik Faaliyetler adı altında Kurumsal bir yapıya kavuşturulması; İzotop teknikleri gibi ihtisas gerektiren di ğer uluslararası hidrolojik konuların ise, adı geçen Ba şkanlı ğın e şgüdümündeki odak noktalarınca temsil edilmesi hususu Genel Müdürlü ğümüzce uygun görülen bir husustur. 5. Kaynaklar Bu bildirinin hazırlanmasında UNESCO-IHP raporlarıyla IAEA dokümanlarından yararlanılmı ştır. Yönetim Komitesi: • IHP Ulusal Komitelerinden temsilciler • IAEA temsilcisi • IHP Sekreteryasının temsilcisi IHP Hükümetlerarası Konseyi IAEA Izotop Hidrolojisi Programı IAEA JIIHP Sekreteryası IHP Sekreteryası IHP-VI (2002-2007) JIIHP Programının Yürütülmesi 33 35 TÜRKİYE’DEK İ İÇME VE KULLANMA SULARININ RADYOAKT İV İTE YÖNÜNDEN KALİTES İN İN BEL İRLENMES İ THE DETERMINATION OF GROSS ALPHA AND BETA ACTIVITY OF DRINKING WATER IN TURKEY Alime TEMEL D İLAVER 1 , Candan Ç İFTER 2 , Tanju ALTAY 3 1 Fizik Yük.Müh. DS İ Genel Müd. TAKK Dai. B şk. alimetd@yahoo.com, alimet@dsi.gov.tr 2 Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. B şk. candan.cifter@dsi.gov.tr 3 Fizik Yük.Müh. DS İ Genel Müd. TAKK Dai. B şk. tanjua@dsi.gov.tr ÖZET İnsan ve çevresi pestisitler, radyasyon, gürültü ve di ğer kirliliklerden korunması gerekir. Bilindi ği gibi radyoaktif maddeler do ğal olarak çevremizde bulunmaktadır (örne ğin Uranyum, Toryum, Potasyum). Ayrıca bazı radyoaktif bile şimler insan aktiviteleriyle de meydana gelebilir veya artı ş gösterebilir (örne ğin 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 belirtilmi ştir. Bu çalı şmanın amacı Devlet Su İşleri’ nin sorumlu oldu ğu tüm içme sularında olası radyoaktivitenin (toplam alfa ve toplam beta) belirlenmesi ve TSE nin aynı zamanda WHO nun öngördüğü sınır de ğerlere uygunlu ğunun saptamasıdır. DS İ nin 14 bölgesinden toplanan su örnekleri üzerinde toplam alfa ve toplam beta analizleri tamamlanmı ş olup sonuçların WHO nun ve TSE nin verdi ği sınır de ğerlerleri a şmadı ğı görülmü ştür. Di ğer bölgeler içinde numune toplama ve analiz i şlemleri tamamlandıktan sonra sonuç raporunda tüm değerler yorumlarıyla verilecektir. Anahtar sözcükler : İçme suları, radyoaktivite, toplam alfa aktivitesi, toplam beta aktivitesi ABSTRACT Man and his environment must be protected from the adverse effects of pesticides, radiation, noise and other forms of pollutions. Radioactive materials occur naturally in the environment (for example uranium, thorium and potassium). Same radioactive compounds arise from human activities (for example from medical or industrial uses of radioactivity). Drinking water should be safe to use and aesthetically pleasing. World Health Organisation (WHO) and Turkish Standards (TSE) have established maximum contaminant levels for gross alpha and gross beta. . The purpose of these study is to determine the level of gross alpha and gross beta activities of samples collected from the different Regional Directories of The State Hydraulic Works (DSI). After that compare the results versus permissible values of World Health Organisation and Turkish Standards. Collected samples from 14 Regional Directories of DSI have completed. All the analyses results suitable for WHO and TSE. We will give all the research our final report after completed the other Regional Directories’ s analyses. Key Words: Drinking Water, radioactivity, gross alpha activity, gross beta activity. 36 1.G İR İŞ İnsan ya şamının sürdürülebilmesi için en gerekli ihtiyaçların ba şında su gelmektedir. Biyolojik organizmanın çalı şması ve fonksiyonlarının yerine getirilmesi su sayesinde mümkün olmaktadır. Dünyanın 3 / 4 ü sularla kaplı olmasına kar şın içme ve kullanma suyu özelli ğindeki su kaynakları hızla artan nüfus, plansız geli şen endüstri ve yok edilen ormanlar nedeniyle günden güne ihtiyacı kar şılayamaz duruma gelmi ştir. Bu sıkıntının giderilebilmesi amacıyla mevcut su kaynaklarının korunması ve kaynaktan alınan kalitesiz suların kullanma ve içme amaçlı arıtımı son yıllarda önem kazanmı ştır. İçme ve kullanma suları ; genel olarak, içme, yemek yapmak, temizlik, gıda maddelerinin hazırlanması (gıda maddesi ile do ğrudan temas eden ) vb. amaçlar için kullanılan, orijinal haliyle veya arıtıldıktan sonra bu standartta belirtilen özellikleri sa ğlayan, 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 sa ğlanabilir. İçme ve kullanma sularında bulunan radyoaktif maddelerin konsantrasyonları için üst sınır Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Türk Standartları Enstitüsü (TSE) tarafından belirtilmi ştir (Tablo1). Tablo 1: İçme sularında izin verilen radyoaktivite konsantrasyonları KURUM İZ İN VER İLEN MAKS İMUM DE ĞER DÜNYA SA ĞLIK TE ŞK İLATI (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. RADYOAKT İV İTE Çevremiz çe şitli elementlerden veya onların bile şiklerinden meydana gelmi ştir. Bir elementin herhangi bir tepkimeye girebilen en küçük parçası atomdur. Atomları da, protonlar ve nötronların olu şturdu ğu bir çekirdek ve bu çekirde ğin etrafında dönen elektronlar olu şturur. Atom çekirdeklerindeki nötronların sayısının protonların sayısına oranı hafif elementlerden a ğır elementlere do ğru yava şça artar. A ğır elementler, kararsız oldukları için fazla enerjilerini radyasyon yayarak harcarlar ve daha küçük atomlara dönü şürler. 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 olu şur ve bir ka ğıt parçası tarafından durdurulabilir. Alfa saçan radyoaktif maddeler, solunum veya sindirim gibi herhangi bir yolla gövde içine girmedikleri sürece, etkileri sadece yüzeyseldir. Beta radyasyonu, hızlı elektronlardan olu şur. Çevrelerindeki madde içinde, alfalara oranla daha uzun yol alabilirler. İnce bir alüminyum levha bu elektronları durdurmak için yeterlidir. Gama ı şınları enerji fazlalı ğı olan çekirdekler tarafından yayınlanan elektromagnetik radyasyonlardır. Bunlar yüksek enerjili fotonlardan olu ştukları için çevrelerindeki maddeye daha çok girerler (Şekil 1). Şekil 1: Alfa , beta ve gamaların farklı maddelerde tutunmaları Alfa, beta ve gama radyasyonu aynı zamanda iyonla ştırıcı radyasyon olarak da adlandırılır. Bir ba şka deyi şle, di ğer atomların elektronlarını sökecek yeterli enerjiye sahiptirler. Bu tür radyasyonlara maruz kalma süresine, radyasyonun şiddetine ve maruz kalınan vücut bölgesine ba ğlı olarak, hücreyi parçalayabilir. İyonla ştırıcı 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 gelmi ştir (100 Rem =1Sv). Ancak radyasyon dozunun hesaplanabilmesi için öncelikle radyoaktif maddenin Becquerel ile belirlenen radyoaktivitesinin bilinmesi gerekmektedir. Radyoaktivite, a şırı nötron fazlalı ğı nedeniyle kararsızlık gösteren atom çekirdeklerinin kendili ğinden parçalanması s ırasında 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 ba ğlantı a şa ğıdaki şekildedir. 1 Ci = 3,7x 10 10 Bq 1µCi = 3,7x10 4 Bq 1pCi = 0,037 Bq 3. SULARDAK İ RADYOAKT İV İTENİN KAYNA ĞI Bilindi ği gibi yeryüzündeki sular güne ş 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 karı şan maddeler suların özelliklerini de ği ştirerek su kirlili ğini ortaya çıkarırlar. Bu döngü sonucu suların içeri ğinde çözünmü ş olarak çe şitli katı maddelerin yanısıra, geçtikleri veya bulundukları ortama ba ğlı olarak radyoaktif maddelerde 37bulunabilir. Özellikle yeraltı suları de ği şik jeolojik olu şumlarla (formasyonlarla) temas halindedir. Bu yeraltı formasyonlarının içeri ğinde bulunan kimyasal bile şikler suda eriyebilme derecelerine göre yer altı sularına az yada çok oranda karı şır. Çözünmüş maddelerin miktarı, formasyonlarla yer altı suyunun temas süresine, suyun akı ş h ızına ve sıcaklı ğına, formasyonun cinsine ve ortamın basıncına ba ğlı olarak de ği şir. Yeraltındaki çe şitli özellikteki jeolojik formasyonların içinde deği şik oranlarda radyoaktif maddelerde bulunmaktadır. Bu maddeler, magmatik olu şumlarda en fazladır. Ayrıca kil ve şeyl gibi tortul kütlelerde de radyoaktif maddelere rastlanmaktadır. Kum-çakıl kumta şı, çatlaklı kalker gibi akifer özelli ğindeki tortul kütlelerde ise çok az miktarda radyoaktif madde bulunmaktadır. Yer kabu ğu içindeki do ğal radyoaktif maddelerin bulundu ğu ortamlarda geçen veya bulunan sular radyoaktivite içerir. Yer altı sularında sık rastlanılan belli başlı radyoaktif maddeler Potasyum-40 ( 40 K), Toryum–235 ( 235 Th), Uranyum-238 ( 238 U ) dir. Ayrıca Uranyum-238 in bozunması sonucu ortaya çıkan Radon-222 ( 222 Rn), Radyum-226 ( 226 Ra) yer altı sularında bulunabilir. Ayrıca sularda do ğal radyoaktivitenin seviyesi, insan aktiviteleriyle de artı ş 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 olu şturabilece ği toksit açıdan önem taşımaktadır. Radyoaktif kirlenme bunun dı şında hastanelerden, ara ştırma kurulu şlarından ve bazı endüstri dallarından da kaynaklanabilmektedir. Atmosferde yapılan nükleer silah denemeleri sonucunda artan radyoaktivite, ya ğmur sularını kirletmekte ve bunun sonucu olarak yüzeysel sular, radyoaktif kirlenme ğe maruz kalabilmektedir. İçme sularının güvenilir bir şekilde tüketilmesi için radyoaktif madde konsantrasyonunun minimum seviyede olması gerekmektedir. 4 . SAYMA S İSTEM İ Sayma sistemimiz , “ Dü şük Ortam Saymalı Alfa / Beta Sayma Sistemidir(Low Background Alpha/ Beta Counting System (Tennelec LB 1000 Series ))”. Sistemimiz çok dü şük ortam saymasına sahiptir. Sayaçların çevresi çevresel radyasyonu azaltmak amacıyla 4 inch kalınlı ğında kur şun bloklarla zırhlanmı ştır. Dü şük ortam saymalı Tennelec LB1000 alfa / beta sayma sisteminin blok diyagramı Şekil-2’ de ki şemada görüldü ğü gibi kur şun muhafaza içinde dedektörler, P-10 sayma gazı tankıyla gaz akı şını sağlayan sistem ve elektronik ünitelerin bulundu ğu üç ana bölümden olu şmaktadır. Koruyucu Sayaç (Guard) Numune Sayacı Yükselteç ve Ayıraç Yükselteç ve Ayıraç Yüksek Voltaj Kaynağı Sayıcı Kapı ? ß ? + ß Ön Yükselteç P-10 Gaz tankı Şekil 2: Tennelec LB 1000 alfa/beta sayma sisteminin blok diyagramı 38 Sistemin dedektör bölümünde orantılı sayaç olarak çalı ştırılan iki adet gaz akı şlı sayaç bulunur. Bu sayaçlardan birincisine Numune Sayacı, di ğerine ise kozmik ı şınlardan koruyucu sayaç veya kısaca Koruyucu Sayaç (Guard dedectör) adı verilir. Koruyucu sayaç penceresizdir, numune sayacında ise 80 µg/cm 2 yüzey yo ğunluklu, 2,25 inch çapında çok ince bir pencere vardır. Sistemde, biri numune sayacı, di ğeri koruyucu sayaç olmak üzere iki ayrı sayaç kullanılmasının sebebi kozmik ı şınlardan bazıları çok girici (enerjik) dir. Bu nedenle sayaçlar çevresinde kur şun zırhlama yapmak amaca yeterli yararı tam anlamıyla sağlamaz. Bu eksiklik, kozmik ı şınlardan koruyan sayaç tekniği (guarding technique) adı verilen ve kozmik ı şınları elektronik olarak yok edici sistemi sayaç elektroni ğine dahil etmekle giderilir[3]. Alfalar veya Betalar gazlı bir sayaca girdiklerinde gaz moleküllerini iyonla ştırırlar. Bu iyonla şma sonucu meydana gelen elektrik yüklü parçacıklardan negatif olanları sayacın anoduna uygulanan pozitif yüksek voltajın etkisiyle anotda toplanırlar ve sayaç dı şında voltaj darbelerine dönüştürülürler (Şekil 3) . 39 - Anod + + e + - - - Şekil 3 : Alfa / Beta için sayaç çıkı ş darbeleri TENNELEC LB 1000 sistemi alfaların ve betaların ikisinin birden yayımlandı ğı bir ortamda darbe boylarının farklı olması nedeniyle hem alfaların hem de betaların birbirinden ba ğımsız olarak aynı anda sayılması prensibine göre çalı şan orantılı gaz sayacıdır ( Şekil 4). En uygun çalı şma voltajını saptamak için numune ile aynı yöntem ve geometride hazırlamı ş standart kaynaklar kullanılarak ( ? için Am-241 veya ß için Sr-90) sayaca uygulanan belli bir voltaj de ğerinden itibaren darbe sayısının voltaja göre ba ğımlılı ğının de ği şmedi ği bir bölgeye ula şılır. Bu bölgeye sayacın platosu denir ve bu platodaki voltaj de ğeri çalı şma voltajı olarak saptanır. _ Katod- Yüksek voltaj kay. R C Radyasyon + + + --- Elekronik Üniteler Şekil 4. Numunelerin sayıldı ğı toplam alfa /beta sayma sistemi Bir radyoaktivite ölçüm sisteminde radyoaktif numune yok iken (bo ş iken) sistemin verdi ği saymalara ortam sayması (background) denir. Ortam sayması iyonlayıcı bazı radyasyonların ölçüm sistemi dedektörüne (sayacına) girmesiyle meydana gelir. Ortam sayması; kozmik ı şınlardan, yapım malzemelerinde bulunması olası potasyum-40, radyum, toryum vb. ve bunların bozunma ürünlerinin meydana getirdi ği radyasyonlar ve elektronik gürültülerden olu şur. 5. DENEYSEL ÇALI ŞMALAR 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 bo şaltılmalı, sonra numune alınmalıdır. Kaynak sularında tam kaynağın çıktı ğı noktadan (kayna ğın gözesinden) alınmalıdır. E ğer 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 şi şelere konulmalıdır. Numuneler alındıktan sonra pH de ğeri yakla şık 2 olacak şekilde 1 N HNO 3 ilave edilerek korumaya alınır. 1 litrelik bir numune için 1 N HNO 3 çözeltisinden 15 mL ilave edilirse numunenin pH de ğeri 2 ye ayarlanabilir. Eğer numunelere asit koruması yapılmamı şsa 5 gün içerisinde laboratuvara ula ştırılmalıdır [1,3]. Numune şi şeleri üzerine numunenin adı, alındı ğı yerin adı, tarihi ve korumanın yapılıp yapılmadı ğına dair etiket yapı ştırılmalıdır. 40 41 Proje çerçevesinde şimdiye kadar 14 Bölge Müdürlü ğümüzün sorumlu oldu ğu illerin içme ve kullanma suyu şebekelerinden numune alma talimatına uygun olarak toplanan su örnekleri Daire Ba şkalı ğımız İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlü ğüne iletilmi ştir. Laboratuvarda ölçümleri yapılan su numunelerinin Bölge Müdürlükleri ve yerle şim yerlerine göre dağılımı Tablo 2’de verilmi ştir. Tablo2: Toplam alfa ve toplam beta analizleri için laboratuvara numune gönderilen yerle şim yerleri Bölge Müdürlü ğü Numune Gönderilen Yerle şim Yerleri II. Bölge Müdürlü ğü İZMIR İzmir, Manisa , U şak III. Bölge Müdürlü ğü ESKIŞEHIR Eski şehir, Kütahya IV.Bölge Müdürlü ğü KONYA Konya , Karaman, Aksaray, Ni ğde V. Bölge Müdürlü ğü ANKARA Ankara, Bolu, Çankırı VII. Bölge Müdürlü ğü SAMSUN Samsun IX.Bölge Müdürlü ğü ELAZI Ğ Elazı ğ , Malatya, Tunceli, Bingöl X. Bölge Müdürlü ğü DIYARBAKIR Diyarbakır, Batman, Mardin, Şırnak XI. Bölge Müdürlü ğü EDIRNE Edirne, Tekirda ğ, Kırklareli XII. Bölge Müdürlü ğü KAYSERI Kayseri, Nev şehir, Yozgat, Kırşehir XIV. Bölge Müdürlü ğü İSTANBUL İstanbul XV.Bölge Müdürlü ğü ŞANLIURFA Şanlıurfa XVIII. Bölge Müdürlü ğü ISPARTA Isparta, Afyon, Burdur XXI. Bölge Müdürlü ğü AYDIN Aydın, Mu ğla, Denizli I.Bölge Müdürlü ğü BURSA Yalova , İzmit, Numunelerin analizi ve sayılması Numunelerin sayma sisteminde sayılması için ön hazırlıktan geçirilmesi gerekmektedir. Su numuneleri e ğer pH koruması ile laboratuvara gönderilmemi şse bekletilmeden sayıma hazırlanmalıdır. Ancak bu numuneler, içerisindeki kısa ömürlü radyonüklitlerin aktivitelerinin yok olması için yaklaşık 16 saat bekletildikten sonra sayma i şlemine başlanmalıdır. Numunelerin sayıma hazırlanması; sayma için yeterli kalıntının elde edilebilece ği miktarda numunenin ısıtıcı üzerinde 5-10 mL kalıncaya kadar kaynatılmadan buharla ştırılması ( Şekil 5), sonra numunenin 2 inch’lik plan şetlere (numunelerin hazırlandı ğı kap) ta şmayacak şekilde aktarılarak bunun infrared lamba altında buharla ştırılması ve elde edilen kalıntının 105 0 C‘ lik etüvde kurutulması şeklinde olmaktadır ( Şekil 6) . Şekil 5: Su numunelerinin buharla ştırılması Şekil 6: Plan şetteki numunelerin kızılötesi lamba altında buharlaştırılması 42Toplam Alfa ve Beta Aktivite Konsantrasyonlarının Hesabı Ortam sayma hızının belirlenmesinden sonra, desikatörden alınan numune plan şeti 0.1mg. hassasiyetli terazide tartılarak net kalıntı miktarı bulunur ve bekletilmeden derhal sayıma alınır. () AB qL N FV net ? ? ? ? / () = ± ··· 1000 60 0 AB qL M k N net VS KCl ß ? ß (/) () = ···± · 1000 0,0146 ? ? =± + 196 , N t B t num num B Burada; N net : Numunenin net sayma hızı (cpm) B : ? kanalındaki bo ş sayımın (ortam saymasının) sayma hızı(cpm) N num : Numunenin toplam sayma hızı (cpm) t num : Numunenin sayma süresi (dakika) t B : Boş sayım sayma süresi (dakika) B ? ? : ? sayımları için standart hata (cpm) V : Sayılan su numunesinin hacmi (mL) M k : Kalıntı miktarı (mg) ? k : Standart ? solüsyonundan elde edilen kalıntıdan bulunan sayaç verimi (cpm/dpm) ? 0 : Yüzeysel hazırlanmı ş ? standardından elde edilen gerçek sayaç verimi (cpm/dpm) F : ? için öz so ğurma faktörü . M k : Net kalıntı miktarı (mg) S KCl : M k kalıntı miktarına e şit KCl nin verdi sayma hızı (cpm) ? ß : ß sayımları için standart hata (cpm) 0,0146 : 1 mg KCl’ün aktivitesi, (Bq) 6. DE ĞERLEND İRME On dört bölge müdürlü ğünün göndermiş oldu ğu numunelerin toplam alfa ve toplam beta analiz sonuçlarının Dünya Sa ğlık Te şkilatı (WHO), Türk Standartlar Enstitüsünün (TSE) vermi ş oldu ğu izin verilen maksimum değerleri a şmadı ğı gözlenmi ştir. İleride maksimum de ğerleri aşan örnekler oldu ğunda, bu konuda yetkili olan Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’ yla ba ğlantıya geçilerek ortak karar do ğrultusunda ara ştırma yapılacaktır. 43 Dünya Sa ğlık Örgütü (WHO) tarafından içme sularında radyoaktif maddenin olup olmadı ğının saptanmasına yönelik izlenmesi gereken işlemler belirlenmi ştir [4]. Bu i şlemleri gösteren prosedürün akı ş şeması Şekil 7’de verilmi ştir. 44 Toplam alfa ve toplam beta aktivitesinin belirlenmesi Toplam alfa?0,1 Bq/L Toplam beta?1 Bq/L Toplam alfa>0,1 Bq/L Toplam beta>1 Bq/L Radyonüklitlerin cinsinin belirlenmesi (örn: 226 Ra, 238 U 235 Th v.b),ve toplam dozun hesaplanması Doz?0,1 mSv/yıl Doz?0,1 mSv/yıl İçme suyu için uygun, herhangi bir i şleme gerek yok Radyoaktiviteyi azaltmak için gerekli i şlemler yapılır (uygun arıtma, başka su ile karı ştırma v.b) Şekil 7: İçme sularının radyoaktivite konsantrasyonlarının belirlenmesinde izlenen akı ş diyagramı 45 Buna göre analiz için alınan içme suyu örneklerinde öncelikle toplam alfa ve toplam beta analizleri gerçekle ştirilir. Analiz sonuçları WHO’nun belirledi ği izin verilen maksimum de ğerler ile kar şıla ştırılır. Eğer örnekteki toplam alfa ve toplam beta konsantrasyonları bu de ğerden küçükse numunenin içme suyu için uygun oldu ğu belirlenir. İzin verilen maksimum konsantrasyonun a şılması durumunda örneklerin içerisindeki radyonüklit cinslerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bir ba şka deyi şle radyoaktivitenin hangi radyoaktif maddeden geldiği belirlenmelidir. Bu radyonüklitlerin belirlenen doz miktarları WHO’nun belirlemi ş olduğu bir yıllık kullanım sonunda alınabilecek efektif doz miktarı (0,1 mSv/yıl) ile kar şıla ştırılır. Doz miktarları limit de ğeri a şmamı şsa numune radyoaktivite yönünden içme suyu kriterlerine uygundur. A şan durumlarda radyoaktivitenin azaltılması için çe şitli i şlemlerin yapılması gerekmektedir. Sudaki radyoaktivite konsantrasyonları, özellikle içme suları, kaynak suları mevsimden mevsime de ği şiklik gösterebilir. Dolayısıyla bir yıl boyunca izlenmeli ve ortalama alınmalıdır. Yine limit de ğerleri geçme durumunda suyun uygun filtreden geçirilmesi yada ba şka sularla karı ştırılarak radyoaktif konsantrasyonunun dü şürülmesi i şlemleri yapılmalıdır. Bu çalı şma DS İ’ nin bütün bölge müdürlüklerini kapsamaktadır. Bu amaçla bütün bölgelerin sorumluluk alanındaki yerle şim yerlerinin içme suyu şebekelerinin suların radyoaktivite kalitesi yönünden taranması planlanmaktadır. Daha sonra analiz sonuçlarının toplu olarak daha detaylı bir rapor şeklinde sunulması düşünülmektedir. Böylece tüm Türkiye’deki içme ve kullanma sularının radyoaktivite yönünden kalitesine ait veriler elde edilecektir. 7. REFERANSLAR [1] ‘’Gross Alpha and Gross Beta Radioactivity in Drinking Water ,Method 900.0’’, EPA,1980, USA [2] ‘’Guidelines for drinking – water quality’’,, World Health Organization, 1993, GENAVA [3] T.ALTAY,’’Suların Radyoaktif Kirlenmesini Kontrol Laboratuvarı El Kitabı’’, İz-922,1998, ANKARA [4] ‘’United Nations Scientific Commitee on the Effeect of Atomic Radiation. Source, effects and risks of ionizing radiation’’, United Nations,1988, NEWYORK 47 YERALTISUYUNDA ATMOSFERİK GAZ İZLEY İC İLER: KURAM, ÖRNEKLEME, ÖLÇÜM VE YORUM * ATMOSPHERIC GAS TRACERS IN GROUNDWATER: THEORY, SAMPLING. MEASUREMENT AND INTERPRETATION C. Serdar BAYARI Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisli ği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisli ği Anabilim Dalı, Beytepe, 06523 Ankara (serdar@hacettepe.edu.tr) ÖZET Atmosferik gazların bir bölümü hidrojeolojik amaçlı bir çevresel izleyicide aranan özelliklere sahiptirler. Bunlar arasında, kloroflorokarbonlar, sülfür hegzaflorür, karbon tetraklorür, metil kloroform ve kripton-85 gibi gazlar geçtiğimiz on yıl içerisinde hidrojeolojik problemlerin çözümüne yönelik çalı şmalarada artan bir kullanım alanı bulmu şlardır. Bu makalede gazların izleyici olarak kullanılmasının ardındaki kuram açıklanmakta, örnekleme ve analize ili şkin temel bilgiler verilmektedir. Bu gazların uygulamada kullanılabilirliklerine etkiyen faktörler ve izleyici gaz verilerinin de ğerlendirilmesine ili şkin yaklaşımlar özetlenmektedir. Anahtar Sözcükler: Atmosferik gaz, izleyici, CFC, ya ş 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 G İR İŞ Katı, sıvı ya da gaz fazda olabilen izleyiciler bir sistemin davranı şını izlemek üzere kullanılan unsurlardır. İzleyiciden beklenen sistemin do ğal davranı şını etkilememesi, sistemin bir parçası gibi davranması ve sistem içi süreçler hakkında bilgi vermesidir. Amaç bir sistemin davranı şını izlemek oldu ğunda izleyiciler, bu gereksinimin oluştu ğu her disiplinde kullanılırlar. Örne ğin, 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 ya şının belirlenmesi: 1-Temel ilkeler, Yerbilimleri, Ankara, Sayı 20, 123-138.” Ba şlıklı makaleden yararlanılmı ştır. 48 tıbbi te şhis i şlemlerinde, kimyasal katkılar kimyasal üretim süreçlerinin izlenmesinde kullanılırlar. İzleyicilerin hidrojeolojideki kullanımı ise yeraltısuyu sistemlerinde suyun akı şı hakkında ayrıntılı bilgilere ula şmaktır. Bu amaçla, akı ş sistemine yapay olarak izleyici verilebilece ği gibi do ğal kaynaklardan yeraltısuyu sistemine giren sıvı ve gazlar da izleyici olarak kullanılabilirler. Doğal nedenlerle ve yaygın olarak yeraltısuyuna karı şma özelli ğine sahip olan izleyiciler çevresel (environmental) izleyiciler olarak adlandırılırlar. Hidrojelojik ara ştırmalarda en yaygın kullanım alanına sahip olan çevresel izleyici atmosferik nem kaynaklı trityumdur. Kaynağına atmosfere açık termo-nükleer denemelerden alan bu izotopun atmosferik deri şimi, söz konusu denemelerin 1963 yılında gerçekle ştirilen uluslararası bir antla şma sonucu engellenmesi sonucunda azalmı ş ve günümüzde do ğal fon (background) değerine yakla şmı ştır. Bu durum, hidrojeolojik ara ştırmalarda ba şka çevresel izleyicilerin kullanılmasına olan gereksinimi arttırmı ş ve son 10 yıl içinde atmosferik gazların izleyici olarak kullanımı yaygınla şmı ştır. Bu çalı şmada atmosferik gaz izleyicilerin hidrojeolojide izleyici olarak kullanılmasının kuramsal temeller ve uygulama ayrıntılarının açıklanması amaçlanmaktadır. ATMOSFER İK GAZ İZLEY İC İLER Do ğal ya da yapay kökenli pek çok gaza evsahipli ği yapan atmosfer yüksek hıza sahip dinami ğinden dolayı oldukça homojen yapıya sahiptir. Bu gazların bir kısmı izleyicilerde aranan temel özelliklere sahiptirler. Bu özellikler zamanla de ği şen derişim de ğeri, belirli bir zaman için bu derişim değerinin bilinmesi, suda çözünebilme, su ve temasta bulundu ğu di ğer kaynaklar tarafında derişimin de ği şmemesi ya da bu de ği şimin bilinmesi olarak sayılabilir. İnsan faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan klorofluorokarbonlar, sülfür hegza florür, karbon tetraklorür, metil kloroform, kripton- 85 vb gibi gazlar yukarıda belirtilen özelliklere sahip olmaları nedeniyle pek çok açıdan hidrojeolojik araştırmalarda kullanılmaya uygundurlar ( Şekil 1). Bunlardan, kripton-85 asal bir gazın radyoaktif izotopu olup ölçümünün pahalı teknolojilere gereksinim duyması nedeniyle yaygın bir kullanıma sahip de ğildir. Di ğer gazlar, kimyasal açıdan oldukça tepkisiz (inert) olduklarından gerek atmosferik, gerekse sucul ortamda uzun yıllar bozunmadan kalabilmektedirler. Bunlardan kloroflorokarbonlar (CFC-11, CFC-12, CFC-113 vd) atmosferik ozon moleküllerini zincirleme fotokimyasal tepkimeler sonucunda parçaladıklarından ozon-tüketen (ozon-depleting) sera gazları olarak da bilinmektedirler. 0 100 200 300 400 500 600 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 0 500 1000 1500 2000 2500 Şekil 1. Atmosferik CFC11, CFC12 kısmi basıncının, 3 H deri şiminin ve 85 Kr aktivitesinin zamana ba ğlı de ği şimi ( 3 H deri şimleri 1992 yılına göre düzeltilmi ştir, Busenberg ve Plummer (1992)’dan. Söz konusu gazların 1930’lu yıllarda laboratuvar sentezleri takiben endüstriyel üretimleri ola ğan üstü bir hızla artmı ştır. Üretimlerinin ucuz ve kullanım alanlarının yaygın olması nedeniyle bu gazların atmosferik deri şimleri günümüzde ölçülebilir de ğerlerin çok üzerine çıkmı ştır. 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 ili şkin örnekler Çakır vd. (1998) ile Özyurt ve Bayarı’da (1998) verilmektedir. KLOROFLOROKARBONLAR CFC bileşiklerinin, 50 yıla kadar geçi ş süresine sahip yeraltısularında ya ş belirlemesi açısından kullanılabilecek ilk kez Thompson vd. (1974) tarafından öne sürülmü ş ve konuyla ilgili ilk çalı şma da yine bu araştırmacılar tarafından gerçekle ştirilmi ştir (Thompson ve Hayes, 1979). CFC’ların analizinde kullanılan analitik ekipmanlarda ortaya çıkan teknolojik geli şmeler sonucunda bu gazların kullanıldı ğı yeraltısuyu ya ş tayini çalı şmaları 1990’lı yılların ba şından itibaren büyük bir artı ş göstermi ştir (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 gerçekle ştirilmi ş, Dinar (ya da Toros tipi) da ğlık karst akiferlerindeki ilk çalı şmalar ise 1995 yılında Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Ara ştırma Merkezi (UKAM) tarafından Batı Toroslar’da yürütülmü ştür (Tezcan vd., 1997). CFC’ların Türkiye’deki kullanımı daha sonra Aladağlar, Beyda ğları karst akiferleri ve Köyce ğiz Gölü’nde gerçekle ştirilen çalı şmalar ile devam etmi ştir. Yeraltısularında ya ş belirleme amacıyla kullanılan ba şlıca CFC'lar olan CFC11, CFC12 ve 49 50 CFC113’ün atmosferik deri şimleri ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer Ara ştırmaları Ajansı (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Agency) tarafından yürütülen uluslararası bir gözlem programı çerçevesinde 1978 yılından günümüze de ğin dünya üzerindeki çe şitli istasyonlarda gerçekle ştirilen ölçümlerle izlenmektedir (Elkins vd., 1993). Bu izleme çalı şmaları sonucunda CFC gazlarının oldukça homojen bir atmosferik derişime sahip oldukları, yoğun üretimden dolayı kuzey yarıküredeki deri şimin daha yüksek oldu ğu belirlenmi ştir. Atmosferik CFC gazlarının derişimlerinde zamana ba ğlı olarak gözlenen deği şim, NOAA gözlem istasyonlarının verileri kullanılarak Türkiye'nin bulundu ğu kuzey enlemi için hesaplanmı ştır (bkz. Şekil 1; http://cdiac.esd.ornl.gov/ndps/ alegage.html). Montreal Protokolü'nde öngörülen kısıtlamalar nedeniyle atmosferik CFC11 deri şimindeki artı şın 1992 yılından itibaren zayıf bir azalma e ğilimine girdi ği, benzer şekilde, CFC12 derişimindeki artı şın da azalma eğiliminde oldu ğu gözlenmektedir. ATMOSFER İK CFC GAZLARIN YERALTISUYUNA GEÇ İŞİ Atmosferik gazların yeraltısuyuna geçişi doymamı ş zondaki gözenek suyunun bu zondaki atmosferle teması sırasında gerçekle şir. Gözenek suyunun su tablasına doğru hareketi sırasında su ve havayı olu şturan gazlar arasında kimyasal denge olu şmaktadır. Gazların sudaki çözünürlü ğü (ya da gazsu fazları arasındaki kimyasal denge) Henry yasasına göre gerçekle şmektedir (Stumm ve Morgan, 1981). Henry yasasına göre, gaz ve sıvı fazlar (burada gözenek suyu ve gözenek atmosferi) arasında kimyasal denge olu şması durumunda, herhangi bir gazın gaz fazdaki deri şimi (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 deği şti ğinden, Henry sabitinin değeri ancak belirli bir sıcaklık için sabittir. Hidrojeokimyasal uygulamalarda kar şıla şılan hidrostatik basınç de ğerleri aralı ğında basınç de ği şiminin Henry sabiti üzerindeki etkisi ihmal edilebilecek düzeyde oldu ğundan bu etken ço ğunlukla dikkate alınmaz (Hem, 1989). Örnek olarak, doymamı ş zon atmosferindeki CFC11 kısmi basıncı ile gözenek suyunun CFC11 derişimi arasındaki tepkime CFC11 atmosferik <> CFC11 suda çözünmü ş (1) şeklinde olup, su ve havanın CFC deri şimleri arasındaki ili şki K CFC11 = [CFC11] / P CFC11 (2) e şitli ği ile belirlenir. Burada; K CFC11 : değeri sıcaklıkla de ği şen denge sabiti (mol l 1 atm 1 ), P CFC11 : CFC11 gaz deri şimi ya da kısmi basıncı (atm) ve [CFC11]: suda fiziksel olarak çözünmü ş CFC11 derişimidir (mol l 1 ). Sonuç olarak, belirli bir atmosferik CFC kısmi basıncı için belirli bir sıcaklıkta bu atmosferle temasta (dengede) olan bir yeraltısuyunun CFC deri şimi sabittir. Sıvı ve gaz fazlar arasındaki bu denge ili şkisi CFC gazlarına dayalı ya ş belirleme hesaplamalarının temelini olu şturmaktadır. Di ğer bir deyi şle, yeraltısuyunun CFC içeri ğinin ve beslenim suyu sıcaklı ğının bilinmesi durumunda, bu yeraltısuyu ile dengede olan atmosferik CFC kısmi basıncı Henry Yasası (e şitlik 5) ile hesaplanabilmekte ve atmosferik CFC kısmi basıncı y ıllara göre de ği şim gösterdi ğinden, hesaplanan CFC kısmi basıncına kar şılık gelen yıl (beslenim yılı) Şekil 1'den belirlenebilmektedir. Bununla birlikte bu kaba yakla şım, farklı y ıllara ait suların karı şımından olu şan suların CFC derişimleri için uygulanamaz. Bu durumda, söz konusu karı şım mekanizmalarını dikkate alan modeller aracılı ğı ile geçmi ş y ıllara ait beslenimlerin örneklenen suyun CFC deri şimi üzerindeki 51 a ğırlıklarının belirlenmesi gerekir. Öte yandan, yerlatısuyunda çözünün CFC miktarının belirlenmesinde temasta olunan atmosferik derişimin yanısıra beslenim sıcaklı ğı ve beslenim anındaki suyun tuzlulu ğunun da bilinmesi gerekmektedir. Tatlı sularda tuzluluk derecesi dü şük olduğundan, bu paramaterenin CFC deri şimi üzerindeki etkisi pek çok durumda önemsizdir. Buna kar şın, beslenim sıcaklı ğının gerçekci biçimde belirlenmesi büyük önem ta şımaktadır. Beslenim sıcaklı ğının belirlenmesi için yeraltısuyunun asal gaz deri şimi (Mazor, 1991; Stute ve Schlosser, 1993) ya da oksijen-18 oranına dayalı yükselti- ortalama hava sıcaklı ğı ili şkileri (Özyurt ve Bayarı, 1998) kullanılabilir. YERALTISUYU ATMOSFER İK CFC DERİŞ İM İN İ ETK İLEYEN SÜREÇLER Farklı kökenden gelen suların akifer içinde karı şması, hidrodinamik ve makro dispersiyon gibi hidrolik süreçler beslenim anından itibaren yeraltısuyunun CFC deri şimini deği ştirmektedirler. Bu nedenler, CFC ve di ğer gazlara dayalı izleme ya da ya ş tayin çalı şmalarında bu süreçlerin etkisi dikkate alınmalıdır. Öte yandan, yeraltısuyuna atmosfer dı şındaki kaynaklardan CFC giri şi de bu izleyicilerin kullanımını etkileyen olumsuz süreçlerden birisidir. Bu yolla, yeraltısuyuna CFC giri şi yeraltısuyunun CFC içeri ğini atmosferle dengede bulunan aynı ya ştaki bir yeraltısuyunun CFC içeri ğine oranla bir kaç kat yükseltebilir (Busenberg vd., 1993; Oster vd., 1996). Doygun ve doymamı ş zonda yer alan jeolojik ve organik maddeler suyla birlikte ta şınan CFC gazlarını yüzeylerinde tutarak (sorption) yeraltısuyundan ayrılabilirler ya da bunların hareketini geciktirebilirler (Ciccioli vd., 1980; Khalil ve Rasmussen, 1989). Tutulma sonucunda yeraltısuyu CFC içeri ğinin azalması gerçektekinden daha büyük, artması ise daha küçük yeraltısuyu ya ş de ğerlerinin elde edilmesine neden olmaktadır. CFC molekülleri aerobik ko şullarda bozunmaya (degradation) kar şı oldukça dirençlidirler. Buna kar şın anaerobik (oksijence fakir, indirgen) ko şullarda özellikle CFC-11’in bozundu ğu bilinmektedir (Lovley ve Woodward, 1992; Denovan ve Strand, 1992; Lesage vd., 1992). Bu etki CFC-12 üzerinde daha az görülmektedir. Örne ğin, Alada ğ karst akiferinde (YahyalıKayseri) yer alan, yıllık ya ğı şlardan beslenen terkedilmi ş bir sülfidik bakır madeninden sızan indirgen bir sudan (Acısu kayna ğı, Acıman Yaylası, çözünmü ş oksijen: 6.72mg/l, pH: 3.2, debi: 100ml/s, örnekleme tarihi A ğustos 1997) alınan iki örnekten hesaplanan CFC12 beslenim yılları 1996 iken; CFC11 beslenim yılları sırasıyla 1959 ve 1960 olarak belirlenmi ştir. Fazla hava (excess air) etkisi yeraltısuyu çözünmü ş gaz deri şimini de ği ştiren önemli bir süreçtir. Yeraltısuyunun gaz kompozisyonu, esas olarak, su tablasının hemen üzerinde yer alan doymamı ş zondaki gözenek suyunun bu zondaki atmosferle kimyasal dengeye ula şması sonucunda belirlenmektedir. Bununla birlikte, özellikle hızlı beslenimin söz konusu oldu ğu karstik akiferlerde yeraltısuyunun dü şey 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 de ği şmesine neden olmaktadırlar (Mazor, 1972). Fazla hava etkisinin yeraltısuyunun beslenim anındaki gaz kompozisyonunun deği ştirdiği ilk kez Heaton ve Vogel (1981) tarafından asal gazlara dayalı beslenim sıcaklı ğı belirleme çalı şmaları sırasında fark edilmi ştir. Fazla hava etkisi yeraltısuyunun CFC içeri ğinin, gerçek beslenim anındaki CFC içeri ğinden daha büyük olmasına neden olmaktadır (Busenberg vd., 1993). Bu durumun bir 52 sonucu olarak, yeraltısuyunun CFC ya şı gerçektekinden daha genç olarak belirlenmektedir. Yeraltı- suyu gaz kompozisyonunun fazla hava etkisinden arındırılması mümkün olup, bu amaçla uy- gulanabilecek hesaplama yakla şımları Busenberg vd. (1993) ve Stute ve Schlosser (1993) tarafından verilmi ştir. CFC ANAL İZ İ İÇ İN YERALTISUYU ÖRNEKLEMES İ CFC içeri ğinden hareketle yeraltısuyu yaşının do ğru olarak belirlenmesinde en önemli a şamalardan birisi örneklemedir. Örnekleme sırasında suyun atmosferle temas etmesi CFC'a dayalı yeraltısuyu ya ş belirleme çalı şmalarında en yaygın hata kaynaklarından birisini olu şturmaktadır. Örnekleme sırasında suyun atmosferle temas etmesi durumunda yeraltısuyunun CFC içeri ği artı ş göstermekte ve gerçektekinden daha genç ya şların elde edilmesine neden olmaktadır. Busenberg ve Plummer (1992)’e göre özellikle ya şlı yeraltısularının örneklenmesinde örneğe 0.01 cm 3 ’lük güncel hava karı şması durumunda bile örnekte önemli düzeyde kirlenme olu şmaktadır. Yeterli hassaslıkta CFC analizi yapılabilmesi için 40cm 3 ’lük bir örnek hacmi yeterli olup, örnekler tercihe ba ğlı olarak ya 1 cm çaplı ve 50 cm uzunlukta bakır borulara (JeanBaptiste vd., 1994), ya da 60cm 3 ’lük cam ampüllere alınır. Örneğin bakır boruya alınması durumunda pnömatik hortum örnekleme noktasında su altında kalacak şekilde yerleştirilir ve hortumun di ğer ucu bakır boruya ba ğlanır (Şekil 2). Bakır borunun di ğer ucu ba şka bir pnömatik hortumla bir vakum pompasına, tercihen peristaltik bir pompaya ba ğlanır. Pompanın sa ğladı ğı vakumla yakla şık 1 litrelik yeraltısuyu örne ği örnekleme sisteminden geçirilerek pompanın basma ucundan dı şarıya bo şaltılır. Bu i şlem tüm örnekleme hattının örnekle yıkanmasını sağladı ğı gibi, olasılıkla bakır boru iç yüzeyine yapı şmı ş (tutulmu ş, sorbed) atmosferik CFC moleküllerinin de yıkanarak sistemden atılmasını sa ğlar. Sistemin yıkanması s ırasında pnömatik hortum ve bakır boru sert bir cisimle hafifçe dövülerek örnekleme hattı içinde hava kalması engellenir. Yeterli yıkanmanın sa ğlan- masından sonra, bakır borunun her iki ucundaki hortum katlanarak laboratuvar tipi bir kıskaçla kapatılır ve su örneği boru içine hapsedilmi ş olur. Daha sonra, pompa durdurularak, bakır borunun uçları bu amaç için özel olarak tasarlanmı ş boru makası (crimper) ile kesilir. Bakır borunun makasla kesilmesi aslında bir tür soğuk kaynak (cold welding) işlemidir ve kesilen ucun kar şılıklı yüzeyleri yüksek sıkı şma basıncı altında moleküler düzeyde kaynatılmı ş olur. Bakır borular iç yüzeylerine zamanla atmosferik CFC bile şiklerinin yapı şması (adsorption) olasılı ğına kar şı bir önlem olarak, örnekleme öncesinde 24 saat süreyle 150 o C sıcaklıkta fırınlanarak desorbe edilirler (Solomon, 1997). Yeraltısuyu örne ğinin cam ampule alınması durumunda da aynı örnekleme sistemi kullanılmaktadır. Cam ampulle örnekleme i şlemi biraz daha karma şık olup, bu yakla şımda cam yüzeyine yapı şmı ş olası CFC bileşiklerinin temizlenmesi için ampul yüksek saflıkta kuru azot (UHP: Ultra High Purity, %99.999N 2 ) ile yıkanır. Yıkama i şleminde kullanılan kuru azot ayrıca MS13X (zeolit) CFC tuzağından geçirilerek gaz içindeki CFC bile şiklerinin cama bula şması engellenir (Plummer ve Busenberg, 1992). Azotla yapılan yıkama i şleminden sonra tüm hat yakla şık 1 litre kadar örneklenecek su ile yıkanır. Daha sonra cam ampul örnekle doldurulur ve ampul pnömatik hortum ba ğlantısı sıkı ştırılarak ampulün boynu asetilen oksijen alevi ile eritilerek kapatılır. Özenli bir örnekleme yapılması durumunda cam ve bakır borulara alınan örneklerin kalitesi ara- sında önemli bir fark olu şmamaktadır (Solomon, 1997). Bununla birlikte, zorlu arazi ko şullarında daha karma şık ve a ğır örnekleme düzene ğine gereksinim duyulmasından dolayı cam ampullere örnekleme lojistik güçlüklere neden olmaktadır. Şekil 2. CFC örnekleme hattı: (a) bakır boruya, (b) cam ampüle örnekleme. YERALTISUYU CFC DER İŞİM İN İN ÖLÇÜLMES İ Yeraltısuyu örneklerinin CFC deri şimi pmol/kg (pikomol/kg ya da 10 12 mol/kg) düzeyindedir. Su örneklerinin CFC içeriklerinin analizinde, PorasilC TM ve PorapakC TM kolonlara sahip elektron yakalama dedektörlü (electron capture detector) gaz kromatografi (GC) cihazları kullanılır. Yeraltısuyu örneklerinde rutin CFC analizi yurtdı şında USGS (United States Geological Survey: Birle şik 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 çalı şmaları 2003 yılı ba şından itibaren Hacettepe Üniversitesi Hidrojeoloji Mühendisli ği Anabilim Dalı’nda yapılmaya ba şlanacaktır. Yeraltısuyu örneklerinde rutin CFC analizinin yapıldı ğı laboratuvarlarda su örneğinden gazların ayrılması için Bullister ve Weiss (1988) tarafından geli ştirilen “baskılama ve yakalama” (purge and trap) tekni ği kullanılmaktadır. Bu tekni ğe göre, örnek hazırlama sistemi önce CFC içermeyen UHP azot ile yıkanmakta, daha sonra su örne ği gaz ayırma odasına (stripper) alınarak örnekten 10 dakika süreyle CFC’dan arındırılmı ş UHP azot geçirilmektedir. UHP azot aynı zamanda GC sisteminin ta şıyıcı (carrier) gazı olup, bu yolla su örne ğinden gaz ayırma (stripping) verimlili ği %100’e yakındır. Su örne ğinden ayrılan gaz karı şımı daha sonra etil alkol banyosunda 25 o C sıcaklı ğa kadar so ğutulmu ş PorasilC TM ve PorapakC TM CFC gibi tutuculardan olu şan bir tuzaktan (cold trap) 53 54 geçirilerek di ğer gazlardan ayrılmaktadır. Yaklaşık 5 dakikalık bir so ğuk tuzaklama süresi CFC gazlarının tümünün di ğer gazlardan ayrılması için yeterli olmaktadır. So ğuk tuzaklama sonrasında tuzak, sıcak su banyosuna (yakla şık 90 o C) alınarak ısıtılmakta ve ısınma sonucu serbest kalan CFC gazları GC’ne enjekte edilerek CFC deri şimleri belirlenmektedir. Yukarıda açıklanan şekilde yapılan CFC analizlerinin do ğrulu ğu +/ %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 DER İŞİMLERİN İN YORUMLANMASI Analiz sonucu belirlenen yeraltısuyu CFC deri şimleri basit ya da ayrıntılı biçimde de ğerlendirilebilirler. Basit de ğerlendirme yakla şımında farklı suların CFC deri şimleri arasında farklılık dikkate alınır. Yakın geçmi şteki atmosferik deri şimin daha yüksek olmasından dolayı derişimleri birbirinden oldukça farklı olan sularda yüksek CFC deri şimine sahip suların düşük derişimli sulara göre daha “genç” oldukları söylenebilir. Ayrıntılı de ğerlendirmeler için her bir örne ğin ait oldu ğu akifer sisteminin hidrodinamik yapısı da dikkate alınmalıdır. Beslenim yükseltisindeki artı ş, atmosferik basıncın azalmasından dolayı CFC kısmi basıncının ve atmosferle temas halindeki suyun CFC deri şimin azalmasına, buna kar şılık dü şük beslenim sıcaklı ğı çözünürlü ğün ve derişimin artmasına neden olacaktır. Akım sisteminin farklı beslenim yükseltisindeki suların karı şımını içermesi durumunda ise durum daha da karma şıklaşmaktadır. Her durumda ölçülen CFC deri şimlerinden itibaren ayrıntılı sonuçlara ve geçiş süresi de ğerlerine ulaşılabilmesi için de ğerlendirmede uygun matematiksel modellerin kullanılması en uygun ara ştırma tekni ğini olu şturmaktadır. YERALTISUYU TR İTYUM VE ÇÖZÜNMÜ Ş GAZ YA ŞLARI Trityum gibi sıvı izleyiciler ile CFC gibi çözünmü ş gaz izleyicilerin yeraltısuyuna geçi ş mekanizmaları farklıdır. Trityum suyun do ğal bir parçasını olu şturdu ğundan, bu izotopa dayalı ya ş tayin çalı şmalarında ya ş tayin saati suyun topra ğa sızması ile başlamaktadır. Buna kar şın, gaz izleyicilerin yeraltısuyuna geçi şi su tablasında gerçekle şmektedir. Özellikle su tablasının derin oldu ğu ve gazların advektif-difüzif-dispersif ta şınımının güçle ştiği ince taneli doygun olmayan zon içeren sistemlerde atmosferik CFC deri şimin su tablasına ulaşması on yıllara varan süreler alabilmektedir (Cook and Solomon, 1997; Bayarı, 2001). Bu gibi durumlarda, uygulanan de ğerlendirme tekni ğinden bağımsız olarak trityum ve çözünmü ş gaz yaşlarının farklılık göstermesi kaçınılmazdır. İlk bakı şta olumsuzluk gibi görünen bu durum doygun olmayan zona yönelik hidrojeolojik araştırmalar açısından büyük avantajlar sunmaktadır. Çözünmü ş gaz ve trityum ya şları arasındaki farklılıktan yararlanarak, doygun olmayan zondaki ta şınım karakteristiklerinin belirlenmesi mümkündür. 55 DEĞİN İLEN BELGELER Bayarı, C.S, 2001, Doygun olmayan zonda kloroflorokarbon (CFC) ta şınımının tek boyutlu analitik çözümle irdelenmesi, Yerbilimleri, 24, 43-52. Busenberg, E., and Plummer, L.N., 1992. Use of chlorofluorocarbons (CCl 3 F) and (CCl 2 F 2 ) 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 (CCl 3 F and CCl 2 F 2 ) 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 CCl 3 F and CCl 2 F 2 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, 3 H/ 3 He and 85 Kr. 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 ya şının belirlenmesi: 3-Finike (Beyda ğları) 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 (CCl 3 F and CCl 2 F 2 ) 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 3 H/ 3 He, chlorofluorocarbons, and 85 Kr. 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 CCl 3 F and CCl 2 F 2 (Chlorofluorocarbons CFC11 and CFC12). Atmospheric Environment, 20, (6), 10771085. Heaton, T.H.E., and Vogel,J.C., 1981. “Excess air” in groundwater. Journal of Hydrology, 50., 201216. Hem, J.D., 1989. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. Third Edition, USGS Water Supply Paper 2254,293s. JeanBaptiste, P., Messias, M.J., Alba, C., Charlou, J.L., and Bougault, H., 1994. A simple 56 coppertube sampler for collecting and storing seawater for postcruise CFC measurements. Deepsea Research, 41, 13611372. Katz, B.G., Plummer, L.N., Busenberg, E., Revesz, K.M., Jones, B.F., and Lee,T.M., 1995. Chemical evolution of groundwater near a sinkhole lake, northern Florida, Chemical patterns, mass transfer modelling, and rates of mass transfer reactions. Water Resources Research, 31, 15651584. Khalil, M.A.K., and Rasmussen, R.A., 1986. Atmospheric trace gases: Trends and distributions over the last decade. Science, 232, 16231624. Khalil, M.A.K., and Rasmussen, R.A., 1989. The potential of the soils as a sink of chlorofluorocarbons and other manmade chlorocarbons. Geophysical Research Letters, 16, (7), 679682. Lesage, S., Brown, S., and Hoster, K.R., 1992. Degradation of chlorofluorocarbon113 under anaerobic conditions. Chemosphere, 24, 12251243. Lovley, D.R., and Woodward, J.C., 1992. Consumption of freons CFC11 and CFC12 by anaerobic sediments and soils. Environmental Science and Technology, 26, 925929. Mazor, E., 1972, Paleotemperatures and other hydrological parameters deduced from noble gases dissolved in groundwaters, Jordan Rift Valley Israel. Geochimica Cosmochimica Acta, 36, 13211336. Oster, H., Sonntag, C., and Münnich, K.O., 1996. Groundwater age dating with chlorofluorocarbons. Water Resources Research, 32, 29893001. Özyurt, N.N.. ve Bayarı, C.S., 1998. Kloroflorokarbonlar ile yeraltısuyu ya şının belirlenmesi: 2 Aladağ karstik akiferi kaynakları. Yerbilimleri, HÜ Yerbilimleri Uygulama ve Ara ştırma 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. Ki şisel görü şme. University of Utah, Dept. of Geology and Geophysics, Salt Lake City, 8411 Utah, USA. Stumm, W., and Morgan, J.J., 1981. Aquatic Chemistry: An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Waters. John Wiley & Sons, New York, 780pp. Stute, M., and Schlosser, P., 1993. Principles and applications of the noble gas paleothermometer. Climate Change and Continental Isotopic Records, AGU Geophysical Monograph 78, 89100. Szabo, Z., Rice, D.E., Plummer, L.N., Busenberg, E., Drenkard, S., and Schlosser, P., 1996. Age dating of shallow groundwater with fluorocarbons, tritium/helium 3, and flow path analysis, southern New Jersey coastal plain. Water Resources Research, 32, 10231038. Tezcan, L., Günay, G., Hötzl, H., Reichert, B., Solomon, K., 1997, Hydrogeology of the Kırkgözler Springs, Antalya, Turkey, International Conference on Water Problems in the Mediterranean Countries, 1721 November 1997, Near East Technical University, Nicosa, North Cyprus. Thompson, G.M., Hayes, J.M., and Davis, S.N., 1974. Fluorocarbon tracers in hydrology. Geophysical Research Letters, 1 (4), 177180. Thompson, G.M., and Hayes, J.M., 1979. Trichloromethane in groundwaterA possible tracer and indicator of groundwater age. Water Resources Research, 15, 546554. 57 KUZEY ANADOLU FAY ZONU İLE İL İŞK İL İ JEOTERMAL SAHALARDAK İ SULARIN İZOTOP B İLEŞİMLER İ MONITORING OF ISOTOPE COMPOSITION OF GEOTHERMAL FLUIDS ALONG THE NORTH ANATOLIAN FAULT ZONE Halim MUTLU a , Nilgün GÜLEÇ b , David R. HILTON c , Selin SÜER b , Tanju ALTAY d a Osmangazi Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Eski şehir, 26480, hmutlu@ogu.edu.tr b Orta Do ğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Ankara, 06531, nilgun@metu.edu.tr c Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, La Jolla, CA 92093-0244, USA, drhilton@ucsd.edu d DS İ Gn. Md.lüğü, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi B şk., Ankara ÖZET Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) üzerinde Yalova’dan Re şadiye’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 edilmi ştir. Örneklenen alanlar batıdan do ğuya doğru sırasıyla; Termal (Yalova), Efteni-Gölyaka (Düzce), Bolu (Merkez), Mudurnu (Bolu), Seben (Bolu), Kur şunlu (Çankırı), Hamamözü (Amasya), Gözlek (Amasya) ve Re şadiye (Tokat)’dır. Jeotermal alanlardan örneklenen sıcak sular, Na-SO 4 karakterindeki Yalova ve Ca-HCO 3 karakterindeki Mudurnu ve Bolu suları ile karı şık su grubuna giren Hamamözü suları haricinde Na- HCO 3 tipindedir. Buna kar şın soğuk sular genelde Ca-HCO 3 karakterinde olup, sadece Seben ve Re şadiye suları karı şık su grubuna girmektedir. ? 18 O ve ?D de ğerleri sırasıyla -8.52 ‰ ile -13.25 ‰ ve -69.34 ‰ ile -95.49 ‰ arasında de ği şmektedir. En yüksek ? 18 O de ğerine sahip Kur şunlu sıcak su örneği dı şında tüm örneklerin ? 18 O-?D diyagramı üzerindeki konumları meteorik kökene işaret etmektedir. Üretim kuyusundan alınan Kur şunlu örne ğindeki yüksek ? 18 O de ğerinin, sahada da gözlendi ği üzere, kuyudaki kabukla şma problemi ile ili şkili olduğu ve kabukla şmaya neden olan akı şkandan buhar kaybı sürecinin artık sıvıyı a ğır oksijen izotopunca zenginle ştirdi ği düşünülmektedir. Ancak, Kur şunlu’daki söz konusu yüksek ? 18 O değerinin, akı şkan-kayaç etkile şiminin etkilerini yansıtabilece ği 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 de ği şmekte ve so ğuk su kaynaklarının, sıcak sulara göre, daha genç ya ğı şlar ile beslendi ğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Kuzey Anadolu Fay Zonu, su kimyası, oksijen, hidrojen ve trityum izotopları. 58 ABSTRACT Spring and well waters from a total of 9 geothermal sites along the North Anatolian Fault Zone (from Yalova to Re şadiye) 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), Kur şunlu (Çankırı), Hamamözü (Amasya), Gözlek (Amasya) and Re şadiye (Tokat). The sampled hot waters in the geothermal fields are mostly Na- HCO 3 type, except for Na-SO 4 type Yalova, Ca-HCO 3 type Mudurnu and Bolu samples, and Hamamözü sample belonging to mixed water group. On the other hand, cold waters are mostly Ca-HCO 3 type, except for Seben and Re şadiye samples which belong to mixed water group. ? 18 O and ?D 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 ? 18 O vs ?D diagram suggests meteoric origin for almost all the waters except Kur şunlu thermal water which has relatively elevated ? 18 O value. Although the effect of water-rock interaction can not be ruled out, the high ? 18 O 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. G İR İŞ Bu çalı şmada Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) üzerinde yer alan jeotermal alanlardaki sıcak ve so ğuk suların kimyasal ve izotopik bile şimleri ortaya konulmu ştur. Bu makalede sunulan veriler, 2000 yılında gerçekle ştirilen bir ön çalı şmayı (Güleç ve di ğ., 2002) takiben ba şlatılan ve KAFZ uzerindeki jeotermal suların zaman içerisindeki olası kimyasal ve izotopik deği şimlerinin periyodik olarak izlenmesine yönelik olan bir TÜB İTAK Projesinin (TÜB İTAK/YDABAG-100Y097) ilk sonuçlarını yansıtmaktadır. Çalı şılan alanlar, örnek sayıları ve su tipleri ile batıdan do ğuya doğru sırasıyla şu şekildedir: Termal (Yalova) – 2 sıcak su kayna ğı, Efteni-Gölyaka (Düzce) – 1 sıcak su kayna ğı, Bolu (Merkez) – 1 sıcak su kuyusu, Mudurnu (Bolu) – 2 so ğuk su kayna ğı ve 1 sıcak su kuyusu, Seben (Bolu) – 1 sıcak su kayna ğı, 1 so ğuk su kayna ğı ve 2 sıcak su kuyusu, Kur şunlu (Çankırı) – 1 sıcak su kuyusu ve 2 so ğuk su kayna ğı, Hamamözü (Amasya) – 1 sıcak su kuyusu, Gözlek (Amasya) – 1 sıcak su kuyusu ve Re şadiye (Tokat) – 1 sıcak su kayna ğı ve 1 soğuk su kayna ğı ( Şekil 1). Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun (KAFZ) 9 farklı lokalitesinden, proje çalı şmasının ilk örnekleme dönemi olan Mart 2002 döneminde toplanan 18 adet su örne ğinin kimyasal analizleri Orta Do ğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü Laboratuarlarında, oksijen, hidrojen ve trityum izotop analizleri ise Devlet Su İşleri Genel Müdürlü ğü Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğında gerçekle ştirilmi ştir.59 AKDEN İZ KAF : Kuzey Anadolu Fayı DAF : Do ğu Anadolu Fayı BKK : Bitlis Kenet Ku şa ğı BAGS : Batı Anadolu Graben Sistemi 0 100 km Bolu ANKARA KARADEN İZ Gebze Izmit Gölcük Arifiye Akyazı Adapazarı Gölyaka Düzce BOLU Orta Mudurnu Seben Gemlik BURSA Iznik Göynük Kur şunlu ÇANKIRI Hamamözü ÇORUM AMASYA TOKAT Re şadiye N YALOVA KARADEN İZ 0 50 100 km M = 7.4 17.08.99 M = 5.9 06.06.00 M = 7.2 12.11.99 son depremlerin (M>5) merkez üsleri son depremlerin büyüklükleri ve tarihleri M = 7.2 12.11.99 17 A ğustos ve 12 Kasım depremlerinde ortaya çıkan yüzey kırık hattı Gözlek 29 o 30 o 31 o 32 o 33 o 34 o 35 o 36 o 37 o 42 o 41 o 40 o KAFZ Graben Do ğrultu-atımlı fay Bindirme Proje kapsamında örneklenen alanlar Şekil 1. KAFZ boyunca örneklenen jeotermal sahaların tektonik konumunu gösterir harita. 60 Su Kimyası Su örneklerinin kimyasal bile şimlerinin belirlenmesine yönelik analiz sonuçları Çizelge 1’de verilmi ştir. Çizelgeden görülece ği üzere, suların pH de ğerleri 6.26 ile 8.17 arasında de ği şmekte olup genellikle nötr bir karakter sunmaktadır. Termal suların sıcaklıkları 35.0°C (Seben) ile 70.1°C (Seben), so ğuk sularınki ise 9.0°C (Kur şunlu) ile 19.6°C (Mudurnu) aralı ğındadır. KAFZ sularının toplam çözünmü ş madde içerikleri (TDS) sıcak sular için 376- 11545 mg/l, so ğuk sular için ise 320-4208 mg/l aralıklarında belirlenmiştir (Çizelge 1). Yük denge hataları (YDH) da aynı tabloda verilmi ştir. Bu de ğerlere bakıldı ğında Kur şunlu’daki sıcak su kuyusu ve maden suyunun YDH ‘ları kabul edilebilirlik payı olan +-%5’in üzerindedir. Di ğer alanlardaki sular kabul edilebilir YDH limitini a şmamaktadır. Kur şunlu sıcak suyu ve maden suyundaki yüksek YDH, olasılıkla (örnekleme sırasında kuyu ba şındaki kabuklaşmadan da gözlendi ği üzere) sahadaki kalsit çökeliminden kaynaklanmaktadır. Egemen katyon-anyon içerikleri ile belirlenen su tipleri Şekil 2’de Piper diyagramında gösterilmiştir. Sıcak sular örneklenen alanların ço ğunda Na- HCO 3 tipinde olmakla birlikte, Yalova’ da Na-SO 4 , Mudurnu ve Bolu’ da Ca-HCO 3 karakteri sergilemektedir. Hamamözü sıcak suyu ise, anyon ve katyonlardan hiçbirinin (meq/l cinsinden) %50’yi geçmemesi nedeniyle, ¨karı şık sular ¨ grubuna girmektedir. So ğuk sular hemen tüm alanlarda Ca-HCO 3 karakterinde olup, sadece Seben ve Re şadiye suları karı şık su grubuna girmektedir. Söz konusu sahalarda egemen litolojik birimlerin kireçta şı ve/veya kil-marn içeren gölsel çökeller olması (Erişen vd., 1996), bu sulardaki Ca, HCO 3 ve Na fazlal ı ğı ile uyumludur. Yalova örne ğinin Na-SO 4 karakterinde olması, NAFZ boyunca derin kökenli H 2 S gazı çıkı şları ile açıklanabilir (Mutlu ve Güleç, 1998). Ço ğu termal sulardaki bikarbonat niteli ğinin de (rezervuar kayaçlarının çözündürülmesi yanında) kısmen bu gaz çıkı şları ile ili şkili oldu ğu söylenebilir. İzotop Sonuçları Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun 9 farklı lokalitesinden toplanan 18 adet su örne ğinin oksijen, hidrojen ve trityum izotop analiz sonuçları Çizelge 2’de verilmi ş ve Şekil 3’de de ? 18 O-?D diyagramı üzerinde gösterilmi ştir. Sulardaki ? 18 O ve ?D de ğerleri, sırasıyla, -8.52 ‰ ile - 13.25 ‰ ve 69.34 ‰ ile -95.49 ‰ arasında de ği şmektedir. ? 18 O-?D de ğerlerinin gösterildiği Şekil 3a’da referans olarak Craig (1961) tarafından tanımlanan Küresel Meteorik Su Do ğrusu (KMSD) kullanılmı ştır. Ankara için yağı ş sularının Küresel Meteorik Su Do ğrusuna (KMSD) oldukça yakın bile şime sahip olmaları (M.Sayın ile ki şisel görüşme, 2002) nedeniyle, örnekleme hattının özellikle orta ve batı-orta kesimlerinde yer alan alanlar için ( Şekil 3b), KMSD’ nin uygun bir referans oldu ğu düşünülmektedir. Bu ba ğlamda, söz konusu kesimlerde en yüksek ? 18 O de ğerine (- 8.52 ‰) sahip Kur şunlu sıcak su örne ği dı şında tüm örneklerin ? 18 O-?D diyagramı üzerindeki konumları meteorik kökene işaret etmektedir ( Şekil 3b). Üretim kuyusundan alınan Kur şunlu örne ğindeki yüksek ? 18 O de ğerinin, sahada da gözlendi ği üzere, kuyudaki kabukla şma problemi ile ili şkili oldu ğu ve kabukla şmaya neden olan akı şkandan buhar kaybı sürecinin artık sıvıyı a ğır oksijen izotopunca zenginle ştirdi ği dü şünülmektedir. Ancak, Kur şunlu’daki söz konusu yüksek ? 18 O de ğerinin, akı şkan-kayaç etkile şiminin etkilerini yansıtabilece ği de göz ardı edilmemelidir. Çizelge 1. KAFZ sularının Mart-2002 dönemine ait kimyasal analiz sonuçları (mg/l) . Örnek Yeri Örnek No. *T (°C) PH Na K Mg Ca HCO 3 Cl SO 4 TDS YDH Gölyaka° 1 42,3 6,47450 18 135164 1835 197 1 2800,24,88 Yalova° 2a 60,1 7,91 280 6 1,94 151 47,6 101 875 1462,7 -4,30 Yalova° 2b - - 300 6 0,49 150 45,1 96,9 925 1523,5 -4,58 Bolu• ( P ) 3 41,6 6,96 52 18 112 344 817 6,75 625 1974,6 4,54 Mudurnu• ( A ) 4a 38,3 6,2630 9 24,3168 767 1,43 30 1029,8-4,77 Mudurnu° 4c 19,6 6,8923 6 21,9 128 535 5,04 50 769,3 1,81 Mudurnu° 4d 11,3 7,2524 4 31,6108 415 7,92 72 662,1 3,53 Seben° 5a 70,1 6,73530 40 0,4958 1201 80,1 138 2047,34,25 Seben• ( P ) 5b 55,8 6,84520 39 7,2952 1193 70,8 170 2051,83,30 Seben• ( P ) 5c 35,0 7,25500 38 14,656 1205 79,8 173 2065,82,13 Seben° 5d 13,1 7,32 100 6 40,1 106 332 12,2 400 996,0 -3,68 Hamamözü• ( A ) 6 41,3 7,83 49 8 16 35,2 234 36,4 15 393,8 2,32 Gözlek• ( A ) 7 38,4 7,93 78 6 4,86 17,2 251 13,5 5 375,8 2,14 Re şadiye° 8a 41,3 6,44760 49 85,1280 1805 786 40 3804,90,48 Re şadiye° 8b 12,5 7,7620 3 19,440 180 2,02 55 319,9 3,41 Kur şunlu• ( A ) 9a 55,9 7,20350026019,47,20 6976 776 7 11545,2 ‡ 8,2 Kur şunlu° 9b 12,6 6,4612001208,747,20 2659 207 7 4208,5 ‡ 6,4 Kur şunlu° 9c 9,0 8,178 1 8 66 241 21,6 7 353,1 -4,21 61 °Kaynak, •Üretim kuyusu *Üretim Kuyuları için kuyu ba şı sıcaklı ğı ( A ): Artezyen, ( P ): Pompaj. -ölçüm yok YDH = Yük Denge Hatası = ( ? m k z k - ? m a z a ) / ( ? m k z k + ? m a z a ) * 100 m k , m a : katyon (k) ve anyon (a) deri şimleri (mol/l cinsinden) z k , z a : katyon (k) ve anyon (a) yük de ğerleri ‡ yüksek YDH de ğerleri olasılıkla sahada gözlenen kalsit çökeliminden kaynaklanmaktadır. 62 Şekil 2. KAFZ suları için Piper diyagramı. atı kesiminde yer alan Yalova alanı için, yakın civarındaki Bursa ili ya ğı ş sularının izotop B bile şimleri (DS İ, 2002) kullanılarak tanımlanan Bursa Meteorik Su Do ğrusu (BMSD), Şekil 3b’de gösterilmektedir. Şekilden görülece ği üzere, Yalova sıcak su örnekleri BMSD üzerinde yer almaktadır ve meteorik kökene işaret etmektedir. Ca + Mg MART 2002 Eft en i-1 Ya lo v a - 2a Ya lo v a - 2b Bolu-3 Mudurnu-4a Mudurnu-4c Mudurnu-4d Seben-5a Seben-5b Seben-5c Seben-5d Hamamözü-6 Gö zle k- 7 Re şadiye-8a Re şadiye-8b Kur şunlu-9a Kur şunlu-9b Kur şunlu-9c HCO 3 + CO 3 Na + K Cl Ca + Mg SO 4 Mg Ca SO 4 + Cl 63 Do ğu kesimde yer alan Hamamözü, Gözlek ve Re şadiye alanları için ise yakın çivardaki Yozgat Meteorik Su Do ğrusu, YMSD ( Şim şek, 1995) kullanılmı ştır (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. ? 18 O ( o /oo) ?D ( o /oo) T (TU) No:1 Efteni-Gölyaka -11.06 -83.12 0.00 ± 1.65 No:2a Yalova-Termal -11.34 -74.95 8.90 ± 1.90 No:2b Yalova-Termal -11.41 -79.86 9.90 ± 2.00 No:3 Bolu -11.90 -88.83 9.75 ± 1.90 No:4a Mudurnu-Babas -11.77 -83.29 6.00 ± 1.80 No:4c Mudurnu-Babas -10.98 -86.70 16.80 ± 2.10 No:4d Mudurnu-Babas -10.48 -80.70 14.00 ± 2.05 No:5a Seben -12.37 -92.32 0.00 ± 1.60 No:5b Seben -11.81 -92.36 1.80 ± 1.70 No:5c Seben -11.56 -89.57 0.90 ± 1.65 No:5d Seben -8.72 -69.34 8.40 ± 1.80 No:6 Hamamözü -12.43 -87.17 2.10 ± 1.65 No:7 Amasya-Gözlek -13.25 -95.49 2.10 ± 1.65 No:8a Re şadiye -12.89 -93.30 3.05 ± 1.70 No:8b Re şadiye -12.71 -86.09 9.20 ± 1.80 No:9a Kur şunlu -8.52 -88.47 0.35 ± 1.70 No:9b Kur şunlu -11.26 -86.25 7.25 ± 1.80 No:9c Kur şunlu -10.37 -76.93 15.70 ± 2.00 KMSD -150 -100 -50 0 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ? 18 O‰ ?D ‰ Efteni- Gölyaka 1 Yalova- Term al 2a Yalova- Term al 2b Bolu 3 Mudurnu-Babas 4a Mudurnu- Babas 4c Mudurnu-Babas 4d Seben 5a Seben 5b Seben 5c Seben 5d Kur şunlu 9a Kur şunlu 9b Kur şunlu 9c Hamamözü 6 Am asya- Gözlek 7 Re şadiye 8a Re şadiye 8b KMSD Şekil 3a. KAFZ suları için ?18 O- ?D diyagramı (Küresel Meteorik Su Do ğrusu, KMSD (Craig, 1961), referans alınarak tüm örnekler birarada gösterilmi ştir). 64Şekil 3b. KAFZ sularının, bölgesel meteorik su do ğruları referans alınarak hazırlanmı ş ? 18 O-?D diyagramları (BMSD: Bursa Meteorik Su Do ğrusu (DS İ, 2002), YMSD: Yozgat Meteorik Su Do ğrusu ( Şim şek, 1995), KMSD: Küresel Meteorik Su Doğrusu (Craig, 1961) ). K MSD -150 -100 -50 0 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ? 18 O‰ ?D ‰ Efteni- Gölyaka 1 Bolu 3 Mudurnu-Babas 4a Mudurnu- Babas 4c Mudurnu-Babas 4d Seben 5a Seben 5b Seben 5c Seben 5d KMSD Orta batı K MSD -150 -100 -50 0 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ? 18 O‰ ?D ‰ Kur şunlu 9a Kur şunlu 9b Kur şunlu 9c KMSD Orta K MSD -150 -100 -50 0 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ? 18 O‰ ?D ‰ Hamamözü 6 Amasya- Gözlek 7 Re şadiye 8a Re şadiye 8b YMSD KMSD Do ğu YMSD K MSD -150 -100 -50 0 -20 -15 -10 -5 0 5 10 ? 18 O‰ ?D ‰ Yalova- Termal 2a Yalova- Termal 2b BMSD KMSD Batı BMSD 65 KAFZ sularının trityum içerikleri sıcak sular için 0 ile 9.90 TU arasında, so ğuk sular için ise 8.40 ile 16.80 TU arasında de ği şmekte ve so ğuk su kaynaklarının, sıcak sulara göre, daha genç ya ğı şlar ile beslendi ğini 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 de ğerler sunması, bu lokalitelerden yüzeye çıkan suların çok derin bir dola şıma sahip olduklarına i şaret etmektedir. Gölyaka örne ğindeki dü şük trityum de ğeri bu kayna ğın Akyazı-Düzce segmentinin tam üzerinde yer alması ve dolayısıyla derin kökenli akı şkan çıkı şlarına maruz kalıyor olması ile de açıklanabilir. Lokalite (Batıdan Do ğuya) 0 5 10 15 20 Trityum (TU) Yalova Re şadiye Gölyaka Mudurnu Seben Bolu Kur şunlu Hamamözü Gözlek Sıcak su Soğuk su Şekil 4. KAFZ sularının trityum içerikleri. De ğinilen Belgeler Craig, H., 1961, Isotopic variations in meteoric waters. Science, 133, 1702-1703. DS İ, 2002. Türkiye’deki istasyonlara ait çevresel izotop bilgileri (1976-2002) No-3. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlı ğı, Devlet Su İşleri (DS İ) Genel Müdürlü ğü, Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğı. Yayın No. İZ-958. Ankara, 108 s. Eri şen, B., Akku ş, İ., Uygur, N. ve Koçak, A., 1996, Türkiye Jeotermal Envanteri. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ğü, Ankara, 480 s. Güleç, N., Hilton, D. R. and Mutlu, H., 2002, Helium Isotope Variations in Turkey: Relationship to Tectonics, Volcanism and Recent Seismic Activities. Chem. Geol., 187, 129-142. Mutlu, H. and Güleç, N., 1998, Hydrogeochemical outline of thermal waters and geothermometry 66 67 applications in Anatolia (Turkey). J. Volcan. Geoth. Res., 85, 495-515. Şim şek, Ş., 1995. Isotope and geochemical survey of geothermal systems of Yozgat province in Central Anatolia, Turkey. Isotope and geochemical techniques applied to geothermal investigation, International Atomic Energy Agency (IAEA), 12-15 October 1993. 69 BÜYÜK MENDERES GRABENİN İN DO ĞUSUNDA YERALAN JEOTERMAL SAHALARDA BULUNAN SULARIN İZOTOP İK VE H İDROJEOK İMYASAL ÖZELLİKLER İ ISOTOPIC AND HYDROGEOCHEMICAL PROPERTIES OF WATERS ENCOUNTERED IN THE GEOTHERMAL AREA, EASTERN MENDERES GRABEN Nazım Yıldırım * , İsmail Noyan Güner MTA Genel Müdürlü ğü Enerji Dairesi, AR-GE Birimi 06520 Çukurambar ANKARA, Tel: 0-312-2873430/1163, e-mail: nazim@mta.gov.tr ÖZET Büyük Menderes Grabeninin Kızıldere, Tekkehamam, Gölemezli, Karahayıt ve Pamukkale kesimlerinde, deği şik litoloji ve topo ğrafyalardan derinlere süzülerek, bölgede neotektonik baskı rejimi ile geli şen basamak faylarla ısınıp yükselen ya da sondajlarla çıkartılan, deği şik tipte sular bulunmaktadır. Suları gruplandırmak ve sistem hakkındaki bilgileri geli ştirmek için çeşitli kimyasal analizler yanında, alandaki sularda ? 18 O, ? 2 H, ? 3 H, çözünmü ş sülfat iyonunda (SO 4 = ) ? 34 S ve ? 18 O izotop analizleri yapılmı ştır. Sı ğ dola şımlı so ğuk su kaynaklarının döteryum verileri korele edilerek termal suların beslenme yükseklikleri belirlenmi ştir. Bu hesaplamalar, Kızıldere-Tekkehamam termal sularının 1300-1900 m. kotları arasında, Pamukkale-Gölemezli termal sularının ise 1100- 1400 m. kotları arasında beslendi ğini göstermektedir. Topografik yapı ve fiziko-kimyasal temellere göre, A’dan G’ye kadar 7 de ği şik tipte hidrojeokimyasal karekterle sınıflandırılan bu sular, çalı şma 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 çe şitli oranlardaki karı şımlarından oluşmaktadır. ?rityum izotopu de ğerleri, alandaki termal sular için 50 yıldan fazla sirkulasyon zamanları vermektedir. Çalı şma sonuçlarına göre alanda, kalsit-anhidrit çözünmeleri ve silikat hidrolizleri en belirgin su/kayaç reaksiyonları olarak görünmektedir. Sı ğ yeraltı sularıyla karı şım, kondaktif yolla ısı kaybı, manto kabuk ve atmosferik gazlarla reaksion, derin yeraltı su sirkulasyonunu etkileyen en önemli proseslerlerdir. MTA Genel Müdürlü ğü tarafından yürütülen “Büyük Menderes Grabeninde Yeralan Yüksek Sıcaklıklı Jeotermal Akı şkanlarda Ya ş ve Köken Tayini” projesinin bir parçası olan bu çalı şma, bölge ile ilgili izotop ve hidrojeokimyasal veriler birle ştirilerek, çalı şma kapsamı içinde yer alan kaynakların beslenme ve sirkülasyon sürelerinin belirlenmesini, hedeflemektedir * Sorumlu Yazar 70 ABSTRACT Different types of waters are found around the Kızıldere, Tekkehamam, Gölemezli, Karahayıt and Pamukkale regions of the Big Menderes Graben, which infiltrate underground through various lithology and elevation, are heated by the normal faults evaluated as a result of the compression regime of the basin and reach the surface through-out these mentioned faults or wells. In order to group the waters and improve the data about the system, besides different chemical analysis, ? 18 O, ? 2 H, ? 3 H, ? 18 O and ? 34 S in dissolved SO 4 = isotope analyses were also realized. Correlation of the deuterium values of shallow water points was done to determine the recharge elevation. According to ? 2 H-elevation relationship, Kızıldere-Tekkehamam thermal waters and Pamukkale-Gölemezli themal water are feding from between 1300-1900 m., and 1100-1400 m. altitutes respectively. According to the topographical structure and physic-chemical basin, waters are classified in seven typical Hydrogeochemical characteristics, from A to G. The 242 0C tempered Kizildere geothermal fluid results as a mixture of A type Na-HCO3 (<90 TDS<130 meq/l) thermal water and B type Ca- HCO3 (TDS<30 meq/l), C type Ca-SO4 (TDS ~110 meq/l) and D type Na-SO4 (TDS ~70 meq/l) thermal waters. Tritium values significate more than 50 years for circulation period for the thermal waters encountered in the basin. Calcite-anhydrite solutions and silica hydrolysis are to be distinguishable water/rock reactions as the result of the study. Mixture with shallow groundwater, heat loss by conductive means, reaction with mantle, crust and atmospheric gases are the main processes effecting the deep groundwater circulation. The aim of this study is to determine the recharge area and circulation ages of the water resources found in the region, by the combination of related isotope techniques and Hydrogeochemical data. This study is a part of the Determination of Age and Origin of the High Enthalpy Geothermal Fluids of the Big Menderes Graben Project. JEOLOJ İ Bu çalı şmada Şim şek (1984)’e ait jeolojik tanımlamalar, adlandırmalar ve yaşlanlandırmalar kullanılmı ştır. İnceleme alanında temel kayaçları Menderes Masifine ait metamorfitler olu şturur. Masif üzerinde ise Pliyosen ya şlı K ızılburun, Sazak, Kolonkaya ve Tosunlar formasyonları bulunmaktadır. Menderes Masifi ba şlıca gnays, kuvarsit, kalk şist-biyotit,klorit, serizit şist, fillat ve mermerlerden olu şan metamorfitler almandin-amfibol ve ye şil şist fasiyesinde metamorfizma geçirmi şlerdir. Kızılburun Formasyonu gev şek tutturulmu ş kil, kum ve çakıldan olu şmu ştur. Sazak Formasyonu kireçtaşı, marn, kil, kum, çakıldan, olu şmu ştur. Bu formasyon içinde yer alan kireçta şı 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 kumta şından olu şan bu birim dü şük enerjili gölsel, tatlı su ortamını karakterize etmektedir. Yüzeylendiği alanlar genellikle graben kanatlarıdır. Formasyon çakılta şı, kumta şı, kiltaşı, kireçta şı ve jipsli seviyelerden olu şmu ştur. Di ğer formasyonlar üzerine açısal uyumsuzlukla gelen ve çakılta şı, kumtaşı, kiltaşı, kireçta şından olu şan Tosunlar Formasyonu ba şlıca, Kızıldere'nin do ğusundaki Tosunlar köyünde tipik yayılım gösterir ( Şim şek, 1984). Pamukkale DENİZL İ Kuyucak Nazilli Kö şk Kızıldere Jeotermal Sahası BABADA Ğ HORSTU Atça Gölemezli Karahayıt Tekkehamam Sarayköy Germencik Ku şadası Gümü şda ğı Horstu AY D I N BOZDA Ğ HORSTU KOÇARLI HORSTU Germencik Jeotermal Sahası Ye r l e şim Merkezi Yo l Ana Fay Nehir Ye r l e şim Jeotermal Kaynak Jeotermal E.S. BÜYÜK MENDERES GRABEN İ JEOTERMAL SAHALARI Şekil 1 Çalı şma alanının yerbulduru haritası ( Şim şek vd. 2000). H İDROJEOKİMYA Fiziksel Karakteristikler Çalı şma alanındaki so ğuk yeraltı sularının sıcaklıkları 10-17 o C, elektriksel iletkenlik de ğerleri 150- 500 µS/cm arasındadır. Elektriksel iletkenlik de ğerleri arasındaki farklılık de ği şik jeolojik birimlerde dola şan suların fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Kızıldere sahasında bulunan termal suların sıcaklıkları 190-242 o C, elektriksel iletkenlik de ğerleri 4000-6500 µS/cm; Tekkehamam’da bulunan suların sıcaklıkları 35-172 o C, elektriksel iletkenlik de ğerleri 2750-4500 µS/cm, Karahayıt-Gölemezli’de bulunan termal suların sıcaklıkları 30-72 o C, elektriksel iletkenlikleri 1750-3750 µS/cm; Pamukkale’de bulunan termal suların sıcaklıları ise 30- 35 o C, elektriksel iletkenlileri 2500-3000 µS/cm arasında de ği şmektedir. İnceleme alanında bulunan termal suların bünyesinde yüksek oranda erimi ş CO 2 ve H 2 S gazları bulunduğu için, pH de ğerleri 7.0 dan küçük olup rezervuar ko şullarında asidik özellik göstermektedir. Ancak atmosfere açıldıktan sonra termal suların pH de ğerleri bazik yöne kaymaktadır. Örne ğin Kızıldere sahasından bo şalan termal suların pH de ğerleri atmosferik koşullarda 9.0 civarında olmaktadır. 71 72 Kimyasal karaekteristikler İnceleme alanındaki suların kimyasal ve izotop analizleri EK1’de verilmi ştir. Termal suların kimyasal kompozisyonu, su dola şımının olduğu birimlerin yanısıra yanında rezervuarı besleyen su kaynaklarına da ba ğlıdır. İnceleme alanında de ği şik topografik kot ve litolojiden çıkan bir çok termal su bulunmaktadır. Kızıldere jeotermal alanından bo şalan sıcak sular 5000 mg/l toplam erimi ş madde miktarına (TDS) sahip olup, bikarbonat yönünden oldukça zengindir. Sıcak sularda ana anyon bikarbonat (HCO 3 ) iyonu, ana katyon ise sodyum (Na) iyonudur. Di ğer yüksek entalpili sahalardan üretilen akı şkanların tersine suların klor (Cl) içeri ği oldukça dü şüktür. Bu düşük klor içeri ği sahayı besleyen su kaynaklarının meteorik orijinli oluklarını göstermektedir. Beslenme açısından Kızıldere ile aynı kökenli olan Tekkehamam sahasındaki termal suların toplam erimi ş madde içerikleri Kızıldere’den yakala şık 1250 mg/l daha dü şük olup, 3750mg/l düzeyindedir. Tekkehamam termal sularınında da ana anyon bikarbonat (HCO 3 ) iyonu, ana katyon ise sodyum (Na) iyonudur. Klor oranı K ızıldere’den daha da dü şüktür. Bu durum Kızıldere tipi sodyum bikarbonatlı (Na-HCO 3 ) termal suların güneye, Tekkehamam tarafına doğru seyreldi ğini göstermektedir. Pamukkale yöresinden 35 o C sıcaklık ve 375 lt/sn debide su bo şalmaktadır. Bu su da major katyon kalsiyum (Ca), major anyon bikarbonattır. Toplam erimi ş madde içeri ği 1750 mg/l civarındadır. Karahayıt ve Gölemezli sahalarındaki termal suların kimyasal özellikleri az da olsa birbirlerinden farklıdır. Toplam erimi ş madde içerikleri 2000 mg/l dolayında olan bu termal suların belirleyici katyonları Pamukkale’de oldu ğu gibi Ca iyonu olmasına karşın, belirleyici anyonları sülfat (SO 4 ) iyonudur. Dolayısıyla Karahayıt ve Gölemezli termal suları yüzeyde bile asidik karakterlidir. Kızıldere sahasından bo şalan sular gibi Tekkehamam, Pamukkale, Karahayıt ve Gölemezli akı şkanlarının Cl içerikleri dü şüktür. Bu nedenle çalı şma alanı içerisinde bulunan akiferleri besleyen su kaynakları meteorik orijinlidir. Jeokimyasal Sınflandırma Şekil 2’de verilen Langelier kare diyagramı s ınıflandırmasında görüldü ğü gibi; Büyük Menderes grabenin do ğu kesiminde sıcak ve so ğuk olmak üzere, kimyasal karakterce birbirinden farklı 9 jeokimyasal tip yeraltı su sistemi bulunmaktadır: Bu 9 tipten 4’ü ana tip olup, di ğerleri bu ana tiplerden türeme sulardır. A tipi: Yüksek derecede metamorfizmaya u ğramı ş Kızıldere ve Tekkehamam’ın bazı sıcak suları alkali-bikarbonatlıdır (Na+K-HCO 3 ). Bu sular 90 -130 meq/l arasında toplam iyon içermektedir. B tipi: Grabende çok sayıda so ğuk su kayna ğı bulunmaktadır. Sıcak su akiferlerinin beslenmesinde büyük bir rol oynayan bu so ğuk sular Ca-Mg-HCO 3 olup 30 meq/l den daha dü şük iyon içeri ğine sahiptir. C tipi: Toprak alkali sülfatlı (Ca-Mg-SO 4 ) ve 30 meq/l’den az toplam erimi ş iyon içeren bu sular Büyük Menderes grabeninin güneyinde yer almaktadır.Neojen sedimanlardan çıkmaktadır. D tipi: K ızıldere sahasının marjinal bölümünde bulunan suları temsil etmektedir. Na-K-SO 4 karakter ta şımakta olup, toplam erimi ş iyon içeri ği 70 meq/l ‘den dü şüktür. H 2 S gazlarının meteorik suları ile reaksiyonu sonucunda olu şmaktadır. Tekkehamam termal sularının bir kısmı bu tipe aittir. 73 Şekil 2. İnceleme alanında bulunan termal ve so ğuk suların LL kare diyagramı. tipi: Tekkehamam sıcak su alanında rastlanan bu termal su tipi 80 meq/l ile 120 meq/l arasında tipi: Karahayıt ve Pamukkale termal suları temsil etmektedir. Ca-Mg-SO 4 -HCO 3 özelli ğe sahip tipi: Na-K-Ca-Mg-SO 4 karakteristi ği ta şıyan bu termal sular Kızıldere sahasının güney batısında tipi: Yenice ve Kamara bölgelerinin so ğuk suları bu tipe aittir. Na-K-Ca-Mg-SO 4 -HCO 3 özellik E EE E K K K K K F F F F F F F F C C K H H B B B B B B B B B B H G G E E D A AA A A 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 %Na+K (A) Alkali bikarbonat (Na+K-HCO ): (B) Toprak alkali bikarbonat (Ca+Mg-HCO ): (C) Toprak alkali sülfat (Ca+Mg-SO ): (D) Alkali sülfat (Na+K-SO ): (E) Alkali bikarbonat sülfat (Na+K-HCO -SO ): (F) Toprak alkalisülfatlı bikarbonat (Ca+Mg-SO +HCO ): (G) Alkali-toprak alkali sülfatlı (Na+K, Ca+Mg-SO ): (H) Alkali-toprak alkali bikarbonatlı (Na+K, Ca+Mg-HCO ): (K) Alkali toprak alkali sülfat bikarbonat (Na+K,Ca+Mg-SO ,HCO ): 3 3 4 4 34 43 4 3 43 905 mm) kaydedilmi ştir. Sinoptik meteoroloji analizi için yer ve 500mb. Sinoptik kartlar ile NOAA’nın HYSPLIT dispersiyon modeli kullanılmı ştır. Her olay bazda ya ğı ş (>5mm) için geriye do ğru yörünge belirlenmi ştir, ( Şekil 2). 145 Şekil 2. 17 Aralık 2001 tarihinde Ankarada meydana gelen ya ğı şın geriye do ğru yörüngesi. Mevcut meteorolojik gözlemlere göre Türkiye’ yi 6 ana hava kütlesinin etkiledi ği bilinmektedir. Bunlar Continental Polar (cP, Rusya), Maritime Polar (mP, Avrupa), Maritime Tropik (mT, Atlas okyanusunun ortakısmı), Continental Tropik (cT, Afrikanın kuzeyi), Akdeniz olu şumlu hava kütlesi ve Asya munson kökenli hava kütleleridir. 2001 yılı için ya ğı ş getiren hava kütlelerinin kaynaklandı ğı bölgeler ve geriye do ğru yörüngeleri sınıflandırılmı ştır. Her grup hava kütlesi için belirlenmiş olan geriye doğru yörüngeler kullanılarak bir yakla şık ya ğı ş doğrusu ve yüzde frekansı hesaplanmı ştır. 2001 yılı içerisinde her ay meydana gelen olay bazda ya ğı şların ? 18 O ve ? 2 H içeriklerinin de ği şimleri incelendiğinde a şa ğıdaki sonuçlar elde edilmi ştir. cP tipi hava kütlesi ile ili şkili olan olay bazdaki ya ğı şların izotopik kompozisyonları küresel yağı ş doğrusu etrafında de ği şmektedir. cP ve cT tipi hava kütleleri ile ili şkili olan olay bazdaki ya ğı şların izotopik kompozisyonları Do ğu Akdeniz Ya ğı ş Do ğrusu ile Küresel Ya ğı ş Dorusu arasında de ği şmektedir. Akdeniz olu şumlu hava kütlesi ve Asya munson kökenli hava kütleleri ile ili şkili olan olay bazdaki yağı şların izotopik kompozisyonları sırasıyla Doğu Akdeniz Ya ğı ş Do ğrusu ve Küresel Ya ğı ş Dorusu’nun altında yer almaktadırlar. Türkiye üzerine gelen ya ğı ş b ırakacak hava kütleleri Ankara’ya erişmeden önce hangi yönden gelirse gelsinler orografik ya ğı ş b ırakmaktadırlar. Bu durum Ankara’da Do ğu Akdeniz etkisinin niçin görülemedi ğinin nedenlerinden birisinin olabilece ği dü şündürmektedir. 2001 yılında gözlenen dü şük döteryum fazlalıklı ya ğı şları getiren hava kütlelerinin deniz üzerinde (Çoğunlukla batı Akdeniz) uzun bir yol kat etmesine ba ğlı olarak dengelenme prosesleri ile açıklanabilir. Yöresel ya ğı şların izotopik kompozisyonu o yörenin bulunduğu kıta üzerine gelen su buharı ve ya ğı ş bırakan hava kütlesinin ortalama Yağı ş/Buharlaşma geçmişi tarafından kontrol edilmektedir. Sıcaklık, Ya ğı ş olayları ve miktarlarına ba ğlı olarak yaz aylarında (Haziran-Eylül) yağı şların izotopik kompozisyonunda mevsimsel etki görülmektedir. 2001 yılı aylık ve olay bazda yağı şların ? 18 O izotopik kompozisyonları sırasıyla -7 ile -15 ve –2 ile -19 arasında de ği şmi ştir. Yine aynı yıla ait aylık ve olay bazda yağı şların ? 2 H izotopik kompozisyonları sırasıyla -14 ile -110 ve -8 ile -134 olarak kaydedilmiştir. Bu aralıklar küresel olarak orta kıtasal istasyonlarda gözlenen de ğerlerdir (Gat ve Gonfiantini, 1981). 146 147 Türkiye’de kararlı izotop analizleri için ya ğı ş numunesi toplanan istasyonların Aritmetik ve ağırlıklı ortalama de ğerleri Tablo 1 de verilmi ştir. Ankara istasyonu Antalya ve Adana istasyonları ile kar şıla ştırıldı ğında daha kıtasal etki altında olduğu görülmektedir. Bu nedenle Ankara ya ğı ş istasyonu aylık de ğerlerde daha büyük bir genlik göstermekte ve daha iyi bir korelasyon vermektedir. Yakla şık kareler regresyon tekniği kullanılarak Ankara , Antalya ve Adana ya ğı ş istasyonları için a şa ğıdaki e şitlikler bulunmu ştur. ? 2 H =7,83 ±0,375? 18 O+ 9,93 ± 3,074 n=27, r=0,945 (Ankara) ? 2 H =7,27 ±0,377? 18 O+ 13,48 ± 3,020 n=31, r=0,914 (Antalya) ? 2 H =6,34 ±0,468? 18 O+ 5,59 ± 2,785 n=18, r=0,911 (Adana) Bulunan yerel meteorik su do ğruları küresel ya ğı ş doğrusundan sapmaktadır. Bu sapmalar sıcaklık, buharlaşma ya ğı şın mevsimsel de ği şimi ve nemin kayna ğı gibi iklimsel faktörlerdeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır, (Clark ve Fritz, 1997). Yapılan çalı şmalar ya ğı şların izotopik kompozisyonun sıcaklıktan ziyade hava kütlelerinin yörüngeleri ile daha fazla ili şkili olabilece ğini göstermi ştir, (Fritz ve di ğerleri, 1987; Laurance ve White, 1991; Rozanski ve di ğerleri 1993). Böyle olmakla birlikte sıcaklık Ankara’da meydana gelen ya ğı şların izotopik kompozisyonunu etkileyen faktörlerden birisidir. Aylık ve günlük yağı şların ? 18 O, ? 2 H içeriklerinin sıcaklık ile olan ili şkisi incelendi ğinde olay bazda ya ğı şların ? 18 O, ? 2 H içeriklerinden daha iyi bir korelasyon gösterdikleri saptanmı ştır. Yine Ankara, Antalya ve Adana ya ğı ş istasyonlarının kararlı izotop içerikleri ile hava sıcaklı ğı arasında regresyon e şitlikleri a şa ğıdaki gibi belirlenmi ştir. ? 18 O=0,357T-11,565(r=0,798), ? 2 H=2,527T-79,503 (r=0,776) (Ankara aylık ya ğı ş) ? 18 O=0,164T-7,511(r=0,3945), ? 2 H=0,707T-36,746(r=0,237) (Antalya aylık ya ğı ş) ? 18 O=0,222T-8,466 (r= 0,606), ? 2 H=1,223T-43,296 (r=0,497) (Adana aylık ya ğı ş) Tablo 1. Türkiye’deki ya ğı ş istasyonlarının meteorik su do ğrusu katsayıları a ğırlıklı ve aritmetik ortalama değerleri. Su doğrusu e şitliği ? 2 H = A ? 18 O + B. İstasyon Adı E ğim (A) Katsayı (B) A ğırlıklı ortalama ? 18 O Aritmetik ortalama ? 18 O A ğırlıklı ortalama ? 2 H Aritmetik ortalama ? 2 H Ankara 7,83 9,93 -8,2 -7,5 -54,3 -51,7 Antalya 7,27 13,48 -5,8 -5,2 -36,5 -27,0 Adana 6,34 5,59 -5,5 -5,0 -28,4 -25,6 148 SONUÇ 2001 yılı içerisinde 27 ayrı ya ğı ş olayı meydana gelmi ş olup, toplanan ya ğmur suyu örneklerinin büyük bir ço ğunlu ğunun döteryum fazlalı ğı 10 o / oo ile 22 o / oo arasında yer almı ştır. 2001 yılında gözlenen dü şük döteryum fazlalıklı ya ğı şları getiren hava kütlelerinin deniz üzerinde (Çoğunlukla batı Akdeniz) uzun bir yol kat etmesine ba ğlı olarak dengelenme prosesleri ile açıklanabilir. Ankara’da 2001 yılında meydana gelen yağı şların izotopik kompozisyonun sıcaklıktan ziyade hava kütlelerinin yörüngeleri ile daha fazla ilişkili göstermi ştir. Ya ğı ş numuneleri için korelasyonun e ğimi 7,64 olarak bulunurken su buharınınki 6,62 bulunmuştur. Su buharının korelasyon e ğiminin dü şük olmasının nedeni yeryüzüne dü şen ya ğı şın tekrar buharlaşmaya u ğramasından kaynaklanmaktadır. Akdeniz kaynaklı ya ğı şlar, cP tipi hava kütlesine göre daha fazla zenginle şmi ştir. 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 2 H and 18 O in atmospheric water vapour and precipitation at Heidelberg, Germany”, Tellus, 43B, 291-300. 149 Rindsberger M., Magaritz M., Carmi I., Gilad D., “The relation between air mass trajectories and the water isotope composition of rain in the Mediterranean sea area”, Geophysical research letters, Vol 10 No: 1, 43-46, 1983. Türke ş M., 1998, “Influence of geopotential height, cyclone frequency and southern oscillation on rainfall variations in Turkey”, International Journal of Climatology 18, 649-680. 151 YERALTISUYU GEÇ İŞ SÜRES İ DA ĞILIMI İÇ İN DENGEL İ VE DENGES İZ TÜMSEL MODELLER STEADY AND UNSTEADY LUMPED-PARAMETER MODELS FOR DETERMINATION OF GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION N. Nur ÖZYURT Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisli ği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Beytepe 06532, Ankara (nozyurt@hacettepe.edu.tr) ÖZET Yeraltısuyu geçi ş süresi (GSD) da ğılımı akifer sistemlerinin ta şınım mekanizmasının aydınlatılması açısından önemli bir bilgidir. Akım sisteminin geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik özellikleri hakkında yeterli ve güvenilir verilerin bulunmadı ğı durumlarda sistemi bir bütün olarak ele alan tümsel modelleme yakla şımı GSD’nın belirlenmesi için alternatif yakla şımlardan birisini olu şturmaktadır. Tümsel modeller, idealize edilmi ş akım ko şullarını yansıtan piston ve tam karı şım 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 uygunlu ğu ve geçi ş süresi da ğılımı gibi bilgiler pratik ve hızlı biçimde üretilebilir. Anahtar Kelimeler: Çevresel izleyiciler, Tümsel model, Geçi ş süresi da ğılımı 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 G İR İŞ Geçi ş süresi da ğılımı (GSD), farklı mühendislik alanlarında çeşitli problemlere çözüm üretmek için sıklıkla kullanılan bir deneysel yöntemdir. GSD yöntemi deney ko şullarının sa ğlandı ğı her boyuttaki sistem için uygulanabilir. GSD yöntemi ile çözüm üretilen sistemlere örnek olarak farklı 152 amaçlar için kullanılan kimyasal reaktörleri, akı şkan ta şıma hatları, atık arıtma sistemeleri verilebilir. Bu sistemlerin tümünde GSD yönteminin uygulanmasını gerektiren ortak nokta sistemlerdeki akı şkan hareketinin benzeştirilmesine duyulan ihtiyaçtır. Benzer nedenlerle yöntem hidrojeolojik çalı şmalarda da 1960’lı yıllardan bu yana kullanılmaktadır (Maloszewski and Zuber, 1982; Zuber, 1986a,b). Hidrojeolojik sistemler gerek büyüklükleri gerekse yeraltısuyu akı şını kontrol eden parametrelerin sistem boyunca gözlenemeyen/öngürülemeyen alan ve zamandaki heterojeniteleri nedeniyle yeraltısuyu hareketinin benze ştirilmesi oldukça güçtür. Bu nedenle sistemin bütününü ele alarak sistemi tanımlamaya yönelik yöntemlere sıklıkla ba şvurulmaktadır. Sistemleri bütün olarak inceleyen modelleme yakla şımı tümsel modelleme olarak adlandırılmaktadır. Bu çalı şmada, yeraltısuyu sistemlerinin tümsel modellemesinde sistem parametresi olarak GSD kullanılmaktadır. Bu çalı şmada tümsel modellerin matematiksel ayrıntılarına girilmeksizin genel özelliklerine de ğinilecek, 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) YA ŞI VE GEÇ İŞ SÜRES İ DA ĞILIMI İnsanlar için ya ş 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 ya şı, yeraltısuyu sistemine giri şi ile seçilen zaman (örnekleme anı) arasında geçen süreyi belirtmektedir. Canlı topluluklarında oldu ğu gibi su moleküllerinin de YAS sisteminde örnekleme anına kadar geçirdikleri süre –ideal bir durum olan piston akım ko şulları dı şında- farklılık gösterir. Bu durum, farklı su moleküllerinin çe şitli etkenlerden dolayı farklı akım hızlarına sahip olmalarından kaynaklanmaktadır. Örne ğin, su tablasına aynı anda giren kom şu iki su molekülünün aynı kuvvet alanı (hidrolik gradyan) etkisi altında, sistemin çıkı ş (örnekleme) noktasına ulaşmaları için gereken süre bu moleküllerin kar şıla ştıkları ortam hidrolik direnci tarafından belirlenecektir. Yüksek hidrolik dirence maruz kalan molekül di ğerine oranla daha yava ş haraket edecek ve sistem çıkı ş noktasına daha geç ula şacaktır. Yukarıda belirtilen ya ş tanımı dikkate alındı ğında, çıkı ş noktasına önce ula şan molekül genç, di ğeri ise daha ya şlı olarak tanımlanacaktır. Benzer şekilde genç molekülün YAS geçi ş süresi kısa, ya şlı molekülün YAS geçiş süresi daha uzun olmaktadır. Akifer sistemleri, heterojen bile şimleri, kırıklı-çatlaklı yapıları, farklı yüzey ve sınır geometrisi gibi nedenlerle, YAS akımına farklı noktalarda farklı direnç gösterirler. Benzer nedenlerle hidrolik gradyanda uzayda ve zamanda de ği şiklik göstermektedir. Bu durumda, belirli bir anda, örne ğin bir ya ğı ş olayı sonrasında YAS sistemine birlikte giren su moleküllerinin sistemde geçirdikleri süreler (geçi ş süreleri) farklı olmaktadır. Böylece, sistemin çıkı ş (örnekleme) noktasından bakıldı ğında, bu noktaya ulaşan moleküllerin farklı ya şta olacakları anla şılmaktadır. Sonuç olarak, akifer sistemleri için tek bir yeraltısuyu ya şından çok, yeraltısuyu ya ş da ğılımından bahsedilmesi daha do ğru bir yaklaşım olmaktadır. Bu yaklaşımla, genel olarak sı ğ dola şıma sahip akifer sistemlerinin ba ğıl olarak genç, derin dola şıma sahip akifer sistemlerinin ise ba ğıl olarak ya şlı su içermeleri gerekti ği anla şılmaktadır. YAS ya ş da ğılımının belirlenmesi pek çok hidrojeolojik problemin çözülmesi için gerekli oldu ğu gibi özellikle YAS ile kirletici ta şınımından kaynaklanan risklerin de ğerlendirilmesi açısından önem ta şımaktadır. 153 YAS GEÇİŞ SÜRES İ DAĞILIMININ (GSD) BEL İRLENMES İ Akifer sistemlerinin örnekleme noktalarında (ya da kesitlerinde) YAS geçi ş süresi da ğılımının belirlenmesi için iki temel unsura gereksinim duyulur. Bunlardan birincisi büyüklü ğü YAS’nın ya şı ile ilişkili bir ya da daha fazla sayıda çevresel izleyici, di ğeri ise farklı zamanlarda YAS sistemine giren izleyicilerin geçi ş süresi dağılımının belirlenmesinde kullanılacak bir hesaplama yaklaşımıdır. Burada çevresel (environmental) izleyici ile akiferdeki su ile birlikte hareket eden, di ğer bir deyi şle 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 ba şlıca çevresel izleyicilerdir. Öte yandan, DDT gibi kimyasallar da alansal olarak uygulanmaları durumunda GSD da ğılımın hesaplamalarında kullanılabilirler. Tüm çevresel izleyicilerde aranan ilk özellik atmosferik deri şimlerinin zaman içinde de ği şken olmasıdır. Atmosferik deri şimi zamanda sabit olan maddeler, YAS’ndaki deri şimlerinin de zamanda sabit olması nedeniyle di ğer özellikleri açısından izleyici niteli ğine (ör ğ. su ile birlikte hareket etmek) sahip olsalar bile GSD hesaplamalarında kullanılamazlar. Örnekleme noktasından alınan suyun içerdi ği izleyici deri şimi, YAS ya şı ve GSD tanımlarına uygun olarak, geçmi şte farklı zamanlarda akifer sistemine giren izleyicilerin kendilerini ta şıyan ve farklı ya şlardaki suların hacimlerince a ğırlıklandırılan a ğırlıklı ortalama bir de ğerdir. Örne ğin, basit bir yakla şımla örnekleme noktasına ula şan su hacminin yarısının 20 yaşındaki sudan, di ğer yarısının ise 10 ya şındaki sudan olu şması durumunda bu suyun hacim a ğırlıklı ortalama ya şı (ya da geçiş süresi; 20*0.5+10*0.5=) 15 yıl olacaktır. Geçi ş süresi da ğılımı açısından bakıldı ğında ise örnekleme noktasına ula şan suyun yarısının 20 yıllık, di ğer yarısının ise 10 yıllık geçi ş süresine sahip oldukları anla şılmaktadır. Di ğer bir deyi şle, 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 sürmü ş iken, di ğer bir kısım suyun bu noktaya ulaşması 10 yılda gerçekleşmi ştir. Yukarıda belirtilen geçiş süresi da ğılımlarının 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 a ğı (streamline) fonksiyonunun benzer yaklaşımlarla çözülmesi yoluyla akifer içi hız dağılımının belirlenmesi ve istenilen akım kesitleri için kabaca hız/yol = zaman yakla şımı ile YAS ya ş ya da GSDnın belirlenmesi mümkündür. Da ğınık parametreli (distributed parameter, DP) model sınıfındaki bu hesaplama araçları matematiksel tasarımları itibariyle akım sisteminin tanımlanması açısından di ğer sınıflardaki modellere göre büyük üstünlü ğe sahip olmalarına kar şın, akım sisteminin geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik (G-H-J)özellikleri açısından sa ğlıklı verilere gereksinim duyarlar. Özellikle geniş ölçekli akım sistemlerinde, söz konusu verilerin temin edilmesinde kar şıla şılan güçlükler nedeniyle bu gibi modellerin kalibre edilmesinde çevresel izleyicilere dayalı iyileştirme yakla şımlarına gereksinim duyulmaktadır (bkz. Do ğdu 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 çalı şmalar günümüzün ileri hidrojeolojik araştırma konuları arasındadır. 154 Akım sisteminin akıma etkiyen G-H-J özelliklerinin belirlenmesinin güç oldu ğu durumlara kar şılık gelen ço ğunlukla geni ş ölçekli akifer sistemlerinde YAS GSD da ğılımının belirlenmesi amacıyla kullanılan matematiksel yakla şımlarından birisi de Odasal Modeller’dir (Compartmental Models, CT). Bu tür modellerde akım sistemi benzer YAS iletme özelli ğine sahip oldu ğu düşünülen odalar (compartment) ile temsil edilir ve her bir oda içindeki geçi ş süresinin sabit oldu ğu varsayılır (Yurtsever and Payne, 1985; Adar, 1996; Tezcan, 1993). Odaların hacımsal büyüklükleri, geçiş süreleri ve kendi aralarındaki ba ğlantı ili şkileri uygulayıcı tarafından saha ko şulları dikkate alınarak belirlendi ğinden 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 ili şkin belirsizliklerin yo ğun oldu ğu durumlarda GSDnın belirlenmesi için uygulanabilecek yakla şımlardan birisi de Tümsel parametreli (Lumped parameter, LP) modellerin kullanılmasıdır. TÜMSEL PARAMETREL İ 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 (ör ğ. beslenim), sistemden olan çıktıya (ör ğ. boşalım) dönüştüren bir i şlemci olarak de ğerlendirilebilir. Örne ğin, sisteme olan girdi hammadde, sistemden olan çıktı ürün olarak ele alındı ğında sistem tepkisi fabrikada gerçekle şen tüm üretim süreçlerinin toplam yansıması olmaktadır. Dolayısıyla, tümsel modelleme yakla şımı girdiyi çıktıya dönüştüren süreçlerin ayrıntılarının bilinmedi ği durumlarda, girdi ve çıktı bilgilerini kullanarak bu üretim süreçlerinin tamamını içeren bir fonksiyonun (sistem tepki fonksiyonu) belirlenmesi ya da tahmin edilmesi i şlemidir. Bu nedenle, bu tür modeller kara- kutu (black box) model olarak da adlandırılırlar. Sisteme ait girdi de ği şiminin (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 i şlemine benzemekte, sonuçta sistem çıktı fonksiyonu “örgü” olarak ortaya çıkmaktadır. Öte yandan, sistemin girdi ve çıktı de ği şimlerinin (fonksiyonlarının) bilinmesi durumunda dekonvolusyon (deconvolution= sökme) yöntemleri (örğ. Linear spline, fast Fourier transform, Languer function yöntemleri) ile sistem tepki fonksiyonunun belirlenmesi mümkündür. Buradaki i şlem ise, örgünün (çıktı fonksiyonunun) sökülmesi yoluyla uygulanan örme tekni ğinin (sistem tepki fonksiyonu) belirlenmesini amaçlamaktadır. Tümsel modeller sistemin içsel i şleyi şi konusunda net bilgilerin mevcut olmadı ğı ya da ayr ıntılı bilgilere ba şvurulmaksızın ön de ğerlendirmelere gereksinim duyulan her disiplinde kullanılmaktadırlar. Tümsel model uygulamalarının günümüzde hidrojeoloji dı şındaki belli ba şlı uygulama alanları kimya ya da nükleer enerji mühendisli ğinde reaktör tasarımı, tıpta kan ve di ğer dolaşım sistemlerinin, o şinografi ve limnolojide deniz-göl karı şım sistemlerinin ara ştırılması gibi çalı şmaları kapsamaktadır. 155 Girdi Fonksiyonu Sistem Tepki Fonksiyonu Çıktı Fonksiyonu Matematiksel Çözüm Tekni ği verilen verilen hesaplanan Konvolusyon verilen hesaplanan verilen Dekonvolusyon Şekil 1: Konvolusyon ve dekonvolusyon yakla şımlarının şematik gösterimi. H İDROJEOLOJ İDE TÜMSEL PARAMETREL İ MODELLER Tümsel modellerin hidrojeolojideki ba şlıca uygulama alanı geni ş ölçekli ve hakkında yeterli G-H-J verilerinin mevcut olmadı ğı akifer sistemlerinde GSD’nın belirlenmesidir. Bu amaçla, atmosferik çevresel izleyici deri şiminin zamansal de ği şimi sistem girdi fonksiyonu olarak kullanılmakta, konvolusyon tekni ğiyle bu fonksiyon sistemin uydu ğu varsayılan tepki fonksiyonu tarafından çıktı fonksiyonuna, yani sistemden kaynak-kuyu vb yollarla çıkan izleyici deri şiminin zamanda de ği şimine dönü ştürülmektedir. Bu yolla hesaplanan zamansal izleyici çıktı derişimlerinin belirli zamanlarda gözlenen izleyici deri şimleri ile uyu şması durumunda kullanılan sistem tepki fonksiyonunun incelenen akifer sisteminde YAS GSD’nı temsil etti ği kabul edilmektedir. Bu açıdan bakıldı ğında, 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 karı ştırmadan iletecek, ya da izleyici daha önceki anlara ait izleyici girdileri ile tamamen karı şarak iletilecektir. Bu yaklaşımlardan ilki piston akım (piston flow), ikinci tam karı şımlı akım (well mixed flow) yaklaşımı olarak adlandırılırlar. Bu iki yakla şım, do ğada kar şıla şılabilecek izleyici iletim (ta şınım) mekanizmaları açısından olası iki ekstrem (uç) durumu (end-members) temsil etmektedirler. Do ğal olarak, söz konusu ta şınım mekanizmaları ile do ğada kar şıla şılması mümkün olmakla birlikte, tüm doğal sistemlerin bu şekilde davranması beklenemez. Bu nedenle, bu iki ekstrem durum arasındaki izleyici karı şım ve iletim durumlarına uygun tümsel model sistem tepki fonksiyonları türetilmi ştir. Bu türetmeler genellikle piston akım ve tam karı şım modellerinin çe şitli kombinasyonlarından olu şmaktadır (Şekil 2). İdeal bir durum olarak ele alınan piston akım modelinde ardı şık yıllara ait beslenimlerini takip eden fakat birbirleriyle karı şmayan bir biçimde sistem içinde ilerledi ği varsayılmaktadır ( Şekil 2). Bu durumda, YAS’nun beslenim ve örneklenmesi arasındaki süre dengeli akım ko şullarında sabit olup, geçi ş süresi da ğılımı söz konusu de ğildir. Beslenim ve örnekleme anları arasındaki süre sistemin geçi ş süresine ya da YAS’nun ya şına e şittir. Di ğer bir ideal durumu yansıtan tam karı şım modelinde ise her yılki beslenim, geçmi ş beslenimlerle tam olarak karı şmakta ve bu beslenimin sistemi teorik olarak t>0 anı ile t = + sonsuz arasında parça parça terk etti ği varsayılmaktadır. Sistem çıkı şından boşalan suda geçmi ş yıllardaki beslenimin a ğırlı ğı genç sulardan ya şlı sulara doğru eksponansiyel biçimde ve sistemin ortalama geçi ş süresine ba ğlı olarak azalmaktadır. Gerek piston akım ko şulları için öngörülen ardı şık beslenimlerin birbirleri ile hiç karı şmadıkları şeklindeki varsayımın ve gerekse tam karı şım modelinde öngörülen herhangi bir beslenimin sistemi terk etmesinin + sonsuza kadar sürece ği şeklindeki varsayımın doğa ko şullarında geçerli olması beklenen bir durum de ğildir. Bu nedenle, her iki “ideal” ko şulun de ği şik biçimlerde birleştirilmesinden olu şan tümsel modellerin kullanılması daha mantıklı görünmektedir. Di ğer bir deyi şle piston ve tam karı şım modellerin idealize edilmi ş, “ideal” akım ko şullarını, bunların kombinasyonları ile olu şturulan modellerin ise “ideal olmayan” fakat daha gerçekci akım sistemlerini temsil edecekleri söylenebilir. Çok kaba bir yakla şımla basınçlı akiferlerin piston, serbest akiferlerin ise tam karı şım modeline uygun oldukları söylenebilirse de, uygulayıcı yukarıda belirtilen uyarıları dikkate almalıdır. Çe şitli hidrojeolojik saha ko şullarına ya da kavramsal akifer modellerine uyan tümsel model kombinasyonlarından bazıları Şekil 3’de gösterilmi ştir. Bu şekillerden tümsel modelleme çalı şmalarında uygulayıcının öncelikle saha koşullarını dikkate alan bir taslak kavramsal (conceptual) akım modelini olu şturması gerekti ği anla şılmaktadır. Daha sonra kavramsal modele en uygun tümsel model seçilmelidir. Örne ğin örnekleme noktasının hem basınçlı, hem de serbest akiferden su alması durumunda birbirine paralel ba ğlanmı ş piston ve tam karı şım modellerini içeren bir tümsel modelin kullanılması gerekecektir. Di ğer yandan, ideal piston akım ko şullarının basınçlı akiferlerin do ğasına tam olarak uymamaları nedeniyle, piston akım modeli yerine bu modelin farklı akım dirençlerine sahip litolojilerden kaynaklanan makro dispersiyon etkisini içermek üzere de ği ştirilmi ş bir türevi olan dispersif akım modelinin kullanılması da mümkündür. Şekil 2: İdeal ve ideal olmayan akım ko şulları için GSD fonksiyonları. Yukarıda verilen örneğe benzer şekilde, istenilen sayıda piston ve tam karı şım akım modellerinin paralel ve/veya seri ba ğlanması yoluyla saha ko şullarına dayalı kavramsal modele daha uygun tümsel modellerin olu şturulması da mümkündür. Ayrıca, akiferlerde kar şıla şılması olası ölü hacim ve hızlı akım bile şenleri de bu tür modellerde içerilebilirler. Burada “ölü hacim” ile akım sisteminde akı şın sistemin diğer yerlerine göre dura ğan oldu ğu hacimler tanımlanmaktadır. Benzer şekilde “hızlı akım” terimi sistemin di ğer bölümlerine göre yüksek hıza sahip olan akım bile şenini temsil etmektedir. Bu benzeri gibi geli ştirilmi ş tümsel modeller aracılı ğı ile sistemin tanımlanan alt bile şenlerine ait hacimlerin ve/veya bu bile şenlerde geçerli olan akımların tahmin edilmesi de mümkündür. Bu durumda, tümsel modeller klasik “kara kutu” yakla şımının ötesinde sistem hakkında bazı fiziksel verilerin elde edilebildiği yakla şık-fiziksel (quasi physical) modellere dönüşmektedirler. 156 Şekil 3: Hidrojeolojik kavramsal modelden uygun tümsel modele geçi ş örnekleri. Bu yakla şımla tasarlanmı ş tümsel model kombinasyonlarından bazı örnekler Şekil 4’te gösterilmi ştir. Di ğer yandan, her tür modelde oldu ğu gibi anılan kombinasyonların geni şletilmesi ile orantılı olarak toplam varyansın büyüyece ği, belirli bir a şamadan sonra üretilen çıktı fonksiyonunun önemli düzeyde belirsizlikler içerece ği unutulmamalıdır. 157Model Tipi Model Yapısı Model Tipi Model Yapısı Model 1: Piston Model 15: Makro Dispersiyon Model 8: Paralel Piston Model 2: Piston + Ölü Hacim Model 9: Piston ve Tam Karı şım seri ba ğlı Model 3: Piston ve Hızlı Akım Model 10: Piston ve Tam Karı şım seri ba ğlı ve Ölü Hacim içeriyor Model 4: Tam Karı şım Model 11: Seri ba ğlıPiston ve Tam Karı şım, Ölü Hacim ve Hızlı Akım bileşeni içeriyor Model 5: Tam Karı şım ve Ölü Hacim Model 12: Piston ve Tam Karı şım seri ba ğlı ve aralarında akım geçi şi var Model 6: Tam Karı şım ve Hızlı Akım Model 13: Paralel bağlı Tam Karı şım ve Piston Model 7: Paralel bağlı Tam Karı şım Model 14: Seri ba ğlı Tam Karı şım Şekil 4: Tümsel model kombinasyonlarına ait bazı örnekler. 158 159 TÜMSEL PARAMETREL İ MODELLERDE DENGELİ VE DENGES İZ AKIM Bir akım sisteminde beslenim ve bo şalım miktarları arasında önemli farklılıkların oluşması akifer ya da akiferi olu şturan alt akifer parçalarında önemli hacim de ği şimlerine neden olabilmektedir. Bu durumda uygulayıcı, modelin kapsadı ğı zaman dilimi içerisinde dengeli ya da dengesiz akım koşullarının ne denli geçerli oldu ğuna öncelikle karar vermelidir. Do ğal olarak dengesiz akım koşullarının hüküm sürdü ğü bir akifer sistemine dengeli akım tümsel modellerinin uygulanması önemli bir kural ihlali olacaktır. Günümüzden 15 yıl öncesine kadar dengesiz rejim ko şullarının yalnızca da ğınık parametreli ve odasal modeller ile temsil edilebilmekte, bu ko şulları kapsayan tümsel model e şitliklerinin matematiksel çözümünün mümkün olmadı ğı düşünülmekteydi. Bununla birlikte, son 10 yıl içinde ortaya çıkan geli şmeler ile tümsel modellerin de dengesiz akım ko şullarını temsil edecek biçimde çalı ştırılmasına olanak sa ğlamaktadır. GEÇ İŞ SÜRES İ DA ĞILIMI VE ORTALAMA GEÇ İŞ SÜRESİ Yukarıda da belirtildiği gibi bir tümsel model girdi fonksiyonunu çıktı fonksiyonuna sistem tepki fonksiyonu aracılı ğı ile dönüştürmektedir. Sistem tepki fonksiyonu aynı zamanda girdilerin çıktı üzerindeki ağırlıklarını da belirledi ğinden, a ğırlık fonksiyonu olarak da adlandırılmaktadır. Bu açıdan bakıldı ğında, a ğırlık fonksiyonunun olasılık yoğunluk fonksiyonu ile benzer i şleve sahip olduğu söylenebilir. A ğırlık fonksiyonunun de ği şik zaman adımlarında alaca ğı de ğerler ise ilgili matematiksel e şitli ğin genel formuna ve akım sisteminin geçiş süresine bağlıdır. Dengeli akım ko şullarında akım sistemi tek bir geçi ş süresine sahip iken, dengesiz akım ko şullarındaki geçiş süresi her bir zaman adımındaki girdi-çıktı debileri ile sistem hacmi tarafından belirlenmektedir. Şekil 5’te dengeli akım ko şullarına ait bir tam karı şım modeline ait girdi-çıktı derişimleri ile, geçiş süresi ve a ğırlık fonksiyonunun de ği şik zaman adımlarında aldı ğı de ğerler gösterilmi ştir. A ğırlık fonksiyonunun zaman içindeki deği şimi exponansiyel formda olup, fonksiyonun belirli zaman adımlarındaki de ğeri, o zaman adımlarındaki girdi a ğırlı ğını belirlemektedir. Bu uygulamada, geçi ş süresi her bir zaman adımı için aynı olup, ortalama geçiş süresi ile aynı de ğere sahiptir. Geçi ş süresi sistem hacminin sistemdeki akı şa oranı oldu ğundan (V/q) ve dengeli akım ko şullarında sistem hacmi ve akı ş (debi) sabit oldu ğundan, her zaman adımında geçiş süresinin aynı de ğeri alması beklenen ve ola ğan bir durumdur. Şekil 6’da dengesiz akım ko şullarında tam karı şım modeli için girdi-çıktı derişimleri ile a ğırlık fonksiyonu ve geçi ş süresinin zamana bağlı de ği şimi gösterilmektedir. Giri ş ve çıkı ş debilerinin de ği şmesine ve bunlara bağlı olarak sistem hacminin her bir zaman adımında de ği şmesinden dolayı, dengesiz akım ko şullarında tek bir geçi ş süresinden bahsetmek mümkün de ğildir. Genel olarak giri ş debisi, çıkı ş debisini aştıkça sistem hacmi büyümekte, buna ba ğlı olarak da ilgili geçi ş süresi artmaktadır. Bu durumun bir sonucu olarak, tam karı şım modelinin eksponansiyel bir e şitlik ile ifade edilmesine karşın, dengesiz akım ko şullarına ait a ğırlık fonksiyonu Şekil 5’te oldu ğu gibi genel eksponansiyel formunu koruyamamaktadır (bkz. Şekil 6). A ğırlık fonksiyonu de ğerlerinin düzensiz deği şimi de ği şik zaman adımlarındaki izleyici girdi deri şimlerinin çıktı deri şimi üzerindeki etkisinin de her bir zaman adımı için de ği şmesine neden olmaktadır. Dolayısıyla dengesiz akım ko şullarının egemen oldu ğu akifer sistemlerine ait izleyici çıkı ş deri şimleri daha büyük zamansal salınım göstermektedirler. Bu durum, hesaplanan ve gözlenen çıktı derişimlerinde daha sağlıklı çakı ştırmaların yapılmasını olanaklı kılmaktadır. Böylece, akım sisteminin varsayılan kavramsal model uygun olup olmadı ğı konusunda uygulayıcı daha güvenli kararlar verebilmekte, sistem hacmi konusunda daha sa ğlıklı ipuçlarına ula şabilmektedir. 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 0 500 1000 1500 2000 2500 C Giri ş 0 10 20 30 40 50 60 70 Cçıkı ş 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 A ğırlık Fonksiyonu 4 6 8 10 12 14 16 Geçi ş Süresi Zaman (Yıllar) Geçi ş Süresi A ğırlık Fonksiyonu Çıkı ş Konsantrasyonu Giri ş Konsantrasyonu DENGEL İ AKIM Şekil 5: Dengeli akım ko şullarında tam karı şım modeli için girdi-çıktı deri şimleri ile a ğırlık fonksiyonu ve geçi ş süresinin zamana ba ğlı de ği şimi. 1601900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 0 500 1000 1500 2000 2500 C giri ş 0 20 40 60 80 100 120 C çıkı ş 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 A ğırlık Fonksiyonu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Geçi ş Süresi (yıl) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Q giri ş/çıkı ş, m 3 /yıl Çıkı ş Konsantrasyonu Giriş Konsantrasyonu A ğırlık Fonksiyonu Geçi ş Süresi Zaman (Yıllar) Çıkı ş Debisi Giri ş Debisi DENGESİZ AKIM Şekil 6: Dengesiz akım ko şullarında tam karı şım modeli için girdi-çıktı deri şimleri ile a ğırlık fonksiyonu ve geçi ş süresinin zamana ba ğlı de ği şimi. SONUÇLAR VE TARTI ŞMA Akifer sistemlerde geçi ş süresi da ğılımının belirlenmesinde da ğınık parametreli modeller, fiziksel sistemin daha iyi tanımlanmasına olanak verdiklerinden büyük bir üstünlü ğe sahiptirler. Bununla birlikte, akı ş sistemine ait geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik verilerin sınırlı ya da belirsiz oldu ğu durumlarda tümsel modeller geçiş süresi da ğılımının belirlenmesi için kullanılabilecek bir araç olarak ortaya çıkmaktadırlar. Geçen 10 yıl içindeki çalı şmalar sonucunda bu modellerin dengesiz akım ko şullarını da içerecek biçimde geli ştirilmesi bu modellerin incelenen sistemlerin kavramsal modele uygunluğunun yanısıra, girdi-çıktı debileri ile hacimlerinin de beklenen sınırlarda olup olmadı ğının belirlenmesine olanak vermektedir. Diğer yandan, hangi türden olursa olsun bir modelin yalnızca gerçekteki do ğanın bir yakınsaması olduğu unutulmamalı, uygulamada gözlenen ve hesaplanan de ğerlerinin tam çakı şmasından çok, modelin incelenen sistemi temsil etmedeki yeterlili ği dikkate alınmalıdır. Bu açıdan, tümsel modellerin esas olarak kavramsal model hipotezlerinin test edilmesi amacıyla kullanılması daha yaygın bir kullanım alanı olarak görünmektedir. DEĞİN İLEN 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. Do ğdu,N., Tezcan, L., 2002. Hidrojeolojik modellerin izotoplar yardımıyla modellenmesi, DS İ Hidrojeolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Sempozyumu, 21-25.Ekim.2002, Adana. Levenspiel, O., 1999. Chemical Reaction Engineering. 3rd edn. John Wiley & Sons, New York, 578 pp. 161 162 Maloszewski, P., 1996. LP models for the interpretation of environmental tracer data. In: Manual On Mathematical Models In Isotope Hydrology, IAEA-TECDOC-910. Vienna, Austria, pp.9- 58. Maloszewski, P., Zuber, A., 1982. Determining the turnover time of groundwater systems with the aid of environmental tracers, I-Models and their applicability. Journal of Hydrology 57(3-4), 207-231. Niemi, A.J., 1990. Processes with variable flows and volume. In Guidebook on Radioisotope Tracers in Industry, Chapter4.5, IAEA, Vienna, 74-91. Tezcan, L., 2002. İzotop hidrolojisi çalı şmalarında kullanılan matematiksel modelleme yakla şımları ve yeraltısuyu ya şı kavramı, DSİ Hidrojeolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Sempozyumu, 21-25.Ekim.2002, Adana. Tezcan, L., 1993. Karst akifer sistemlerinin trityum izotopu yardımıyla matematiksel modellemesi.Hacettepe Üniversitesi, Doktora Tezi, 125s. Thereska, J., 2000, Radiotracer and sealed source techniques and applications, Trainning Course Handbook, IAEA, Vienna. Yurtsever, Y., Payne, B.R., 1986. Time-variant linear compartmental model approach to study flow dynamics of a karstic groundwater syste by the aid of envirnmental tritium (A case study of south-eastern karst area in Turkey), Karst Water Resources, IAHS Publication No.161, 545- 561. Zuber,A., 1986a. Mathematical models for the interpretation of environmental radioisotopes in groundwater systems. In: Fritz, P., Fontes, J.Ch. (Eds.), Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. Elsevier, Amsterdam. 1-59 pp. Zuber, A. 1986b. On the interpretation of tracer data in variable flow systems. Journal of Hydrology 86 (1-2), 45-57. 163 ORHANGAZ İ OVASI (BURSA) DOLAYINDAK İ SU KAYNAKLARININ H İDROJEOK İMYASAL YÖNDEN İNCELENMES İ HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZ İ PLAIN AND ITS ENVIRONS Baki CAN İK 1 & Suzan PASVANO ĞLU 2 1 Ankara Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh.Böl. Tando ğan-ANKARA 2 Kocaeli Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh.Böl. Kocaeli-IZM İT 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 çalı şmaları, 1/25000 ölçekli haritalarda, yakla şık 70 km 2 lik alanda yapılmı ştır. Temeli Alt Paleozoyik ya şlı metagrovak, fillit ve şist olu şturmakta, 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 kayna ğı ve doğusunda Kaynarcadaki sondajların sularından kar şılamaktadır. Kaynaklar mermerlerin üzerine dü şen ya ğı ş suları ile do ğrudan beslenmektedir. Bu kaynakların belirlenen yöndeki hızını ve birbirleri ile olan ili şkilerini hidrojeokimyasal açıdan ara ştırmak amacıyla fluoresein boya deneyi, su kimyası ve izotop analizleri yapılmı ştır. 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 ba ğlantısının bulunmadı ğı tesbit edilmi ştir. Kaynak sularında hakim iyon Ca + ve HCO 3 - olup yıllık ya ğı şların etkisi altında bulunan meteorik kökenli sulardır. Ayrıca kaynakların 17 Agustos 1999’da, 7.4 büyüklü ğündeki (M w ) Izmit- Gölcük depremi nedeniyle debilerinde de ği şiklik olmasına kar şın kimyasal bile şimlerinde herhangi bir de ği şiklik gözlenmemi ştir. 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 km 2 . The basement of the region is made up of metagreywacke shale and schist which are overlain by marbles with the 164 extensive karstic features such as caves, polya, etc. The Pliocene aged lacustrine unconformably overlying the marbles are covered with alluvium in Orhangazi plain. At present, the Nadir and Kaynarca springs supply water for the town of Orhangazi. The Nadir spring flows naturally towardsa the municipality water system whereas the Kaynarca spring water is pumped into the system. These springs are naturally fed by precipitation through the marbles. In order to investigate the velocity of these water sources in the specified direction and thier relation with each other, experiments of dye trace, water chemistry and isotopic analyses from hydrochemical point of view were conducted. Based on these observations, it was found that the source area of the Kaynarca and Ilıpınar spring waters were to the east and south of the source area of the Nadir spring and that there was no connection between the sources of water to Nadir spring and that of the other two springs. Also, the predominant ions in the source waters are Ca +2 and HCO 3 - . 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.G İR İŞ Armutlu yarımadasının güneyinde, Yalova ile Gemlik arasında bulunan Orhangazi ilçesi süratle büyüyüp geli şen önemli bir yerle şim yeridir. Buranın su gereksinimi kaynak ve sondaj kuyularından sağlanmaktadır.Bunları besleyen karstik akiferin geçirimlili ği çok yüksektir. Kaynak ve kuyuların kimyasal bile şimi kadar, korunma alanların belirlenmesi ve koruma kurallarına uyulması da önemlidir. 1999 ve 2000 yıllarında sürdürülen arazi ve büro çalı şmaları, Orhangazi batısında mostrada olan mermerlerin önemli bir depolama gücü oldu ğunu ortaya koymu ştur. 2.CO ĞRAFYA İnceleme alanı yakla şık 70 km 2 olup Armutlu yarımadasının GD şundadır (Şekil 1). Topografik rakım Orhangazi ilçesi ve Çeltikçi köyünde 130 m, Kulenönü tepede 308 m, Ku şaklı tepede 800 m, Üçoluk tepede 850 m ye ula şmaktadır. Alanın doğusunda en düşük rakım 85 m ile İznik gölü sahilidir. Orhangazi–Çeltikçi köyü hattından do ğu ve kuzeydo ğuya do ğru arazi düz olup ova görünümündedir. Ovada rakım 85 m ile 120 m arasında de ği şmektedir. Orhangazi meteoroloji istasyonunun 17 yıllık ölçümlerine göre yıllık ya ğı ş ortalaması 615 mm, sıcaklık ortalaması ise 14.1 °C’dir. 3. JEOLOJ İ Alandaki olu şukların alttan üstte do ğru türlü özellikleri özetlenerek açıklanacaktır. 3.1. Metamorfik Şistler İnceleme alanında en altta metamorfik şistler bulunmaktadır. Sürekli mostraları alanın kuzeyinde güneyinde ve güney batısında izlenir ( Şekil 1). 165 166 Metamorfik şistlerin ço ğu metagrovak, fillit, yesil şist ile klorit muskovit şistlerden olu şur. Arada kalınlı ğı 1m’ye ulaşabilen kuvarsit tabakları bulunmaktadır. Serinin sık sık ve oldukça geni ş yer kaplayacak biçimde bazik volkanik damarlarla kesildikleri gözlenmektedir. Damar kayaları ço ğunlukla bozu şmu ş olup kaolinle şme ve zeolitle şme görülür . Metemorfik şistlerin ya şı Alt Paleozoik olmalıdır (Abdüsselamo ğlu, 1959; Akartuna, 1968; Canik, 1988) . 3.2. Mermerler Metamorfik şistlerin üzerine uyumsuz olarak gelirler ( Şekil 1, Şekil 2). Alanda geni ş yer kaplarlar; ço ğu gri ve beyaz renkli, granoblastik dokuludur. Çok az tabaklanma gösterirler. Kalınlıkları 400 m ye ula şır. Faylı, bol kırık çatlak ve erime bo şlukludur. Çatlakların ço ğu sonradan beyaz kalsit damarları ile dolmu ştur. Alanda mermerler metamorfik şistlerin dokana ğında pek çok obruk, dolin, düden gibi farklı boyutta karst şekilleri vardır. Mermerler de metamorfik şistler gibi bazik volkanik damarla sıkça kesilmi şlerdir. Bu damar kayaları ço ğunlukla koyu gri, yeşilimsi kahve renkli, bazen ileri derecede bozu şmu ş olup, karbonatlaşma kaolinle şme ve zeolitle şme gözlenmektedir. Mermerlerde fosil bulunamamı ş olup, ya şları oransal olarak Orta- Üst Paleozoyik tahmin edilmektedir (Canik, 1988). 3.3. Göl Çökelleri Bunlar altta kırmızımsı çakıl ta şı, kumta şı, silt ve kilden olu şur. Arada kalınlı ğı 1.5 – 2 m olabilen beyaz killi kireçta şı ve marn vardır. Üstte fazla sıkıla şmamı ş kırmızı kil çimentolu çakılta şı kumta şı ve kil bulunur. Kalınlı ğı 120 – 160 m kadardır. Metamorfik şistler ve mermler üzerine uyumsuz olarak gelmektedir. Sürekli mostraları Orhangazi’den kuzeye ve kuzeydo ğuya doğru devam eder. Orhangazi’nin do ğu ve güneyinde ise alüvyonun altında devam etti ği ve kalınlıklarının 250 m’ye ulaşabilece ği dü şünülmektedir. Ya şları, kar şıla ştırma yolu ile Pliyosen olmalıdır (Şekil 1). 3.4. Alüvyon Dere yataklarında türlü boydaki çakıl, kum, kil ve siltin sellenme ile taşınıp depolanması ile olu şmu şlardır. Özellikle Dereköy dere ve Çeltikçi deresinin ovaya açıldı ğı Bursa – Yalova yolunun doğusunda alüvyon geni şliyerek İznik gölüne kader devam eder. Orhangazi ovasında Pliyosen ya şlı göl çökelleri ile birbirlerinden ayrılamazlar Alüvyonun kalınlı ğı 20 – 25 m dolayındadır. Di ğer dereler mevsimlik olup etkili ya ğı ş döneminde suludurlar. 4. KAYAÇLARIN H İDROJEOLOJ İ ÖZELL İKLERİ Metamorfik şistlerin ço ğu geçirimsiz olup, bozuşma fazladır. Bozu şma ürünü killidir. Şistler bazen ardalanmalı olan grovak ve kuvarsit seviyelerinin kırık ve çatlakları ile şistlerin tabaka yüzeyleri faylar vb gibi gözeneklilik ve geçirimlili ğin arttı ğı kuşaklar boyunca bo şalan 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 ba ğlı olarak gravite faylarının çokluğu dikkat çekicidir. Fayların ço ğunlu ğu kuzeybatı-güneydoğu, kuzey-güney ve kuzeydo ğu – güneybatı yönündedir. Çatlaklı ve kırıklı yapı, yeraltında suyun depolanması için 167 uygun ortam hazırlamı ştır. Mermerlerin ikincil gözeneklik ve geçirgenli ği çok artmı ş olup, kimyasal bile şim ve çatlaklı yapının denetledi ği karstla şma çok gelişmi ştir. Mermerlerin % a ğırlık olarak kimyasal bile şiminde CaO oranı % 53-57 arasında, ate şte zayiat yani CO 2 oranı % 40-44 arasında de ği şir. Ayrıca % 01-5 arasında de ği şen oranlarda MgO, SiO 2 , Fe 2 O 3 vb bulunur (Canik, 1988). Mermerlerin çatlaklı, kırıklı ve faylı yapıları yeraltı suyunun hareketini kolayla ştırdı ğından erimeli yapı kazanmaları da artmı ştır. Şist ve mermerlerin türlü basınç kar şısındaki tepkileri farklıdır. Bu nedenle dokunakları çok daha fazla geçirgen olup, alandaki obruk ve suyutanlar buralarda olu şmu ştur. Orhangazi’nin su gereksiniminin çok önemli bir kısmını tek ba şına kar şılayan Nadir karstik kayna ğı da bu mermerlerden beslenmektedir. Pliyosen göl çökelleri heterojen bir olu şuk olduğundan dü şey ve yatay do ğrultuda gözenek ve geçirimlilikleri farklılık sunar. Göl çökellerinin iri kırıntılılardan olu şan çakıllı ve kumlu seviyelerinde etkili gözeneklilikleri yüksektir. Bunlar havza kenarlarında daha yaygın, havza ortalarına do ğru daha çok siltli ve killi olup, etkili gözeneklilikleri çok dü şüktür. Ancak, Orhangazi ve dolayında mermerlerden do ğuya doğru boşalan sular, bunların çakıllı seviyelerinde depolanarak basınçlı akiferler olu şturabilirler. Alüvyon, daha az sıkıla şmı ş türlü boydaki kırıntıların vadi tabanlarında birikmesi ile olu şmu ştur. Kırıntıların irili ği oranında depoladıkları yeraltı suyundan yararlanılmaktadır. 4.1. Yeraltı Suyu Akiferleri Orhangazi ovası birle şik bir hidrolik sistem olu şturur. Yani geçirimli ve geçirimsiz ku şaklar ardalanmaktadır. Böylece ovada bir serbest akifer ve onun altında yarı basınçlı veya basınçlı akiferler olu şmu ştur. 4.1.1. Serbest akifer Yeryüzünden itibaren geçirimli ku şakların gözeneklerinde suyun depolanması ile kalınlı ğı ve verimi de ği şen serbest akifer olu şmu ştur. Alanın güney ve do ğusunda derin olmayan ( 15 – 20 m derinlikte) sondajlarla adi ve çakma kuyular bu akiferden beslenirler. Serbest akifer mostraya düsen ya ğı şla beslenmektedirler. Açılan kuyularda serbest akiferde su seviyesi ölçümlerine göre alanın su tablası haritası yapılmı ştır (Şekil 1). Haritada yeraltı suyu akımının İznik gölüne do ğru olduğu görülmektedir. Orhangazi – İznik gölü arasında hidrolik e ğimin 1.11 x 10 –2 - 5.5 x 10 –3 arasında de ği şti ği anlaşılmaktadır. Alanın güney doğusunda su tablası topografyayı kesti ğinden, burada küçük kaynaklar ve sazlık oluşmu ştur. Ovada su tablası kotu 86 m ile 105 m arasında de ği şmektedir. Serbest akiferde açılan kuyuların verimleri 5 – 7 l/s arasında de ği şmektedir. 4.1.2. Basınçlı akifer Orhangazi ovasında serbest akiferin altında jeolojik koşullarla beraber hidrodinamik ko şulların da uygun oldu ğu yerlerde basınçlı ve yarı basınçlı akiferler olu şur. Basınçlı akiferlerden bir kısmı fı şkıran arteziyen suyu verirken, bir kısmı asılı arteziyen suyu vermektedir. Ovanın doğusu ve güneyinde açılanların ço ğu fı şkıran arteziyen suyu vermektedir. Basınçlı akiferler Pliyosen göl çökellerinin çakıllı ve kumlu seviyelerinde olu şmaktadır. Bunların fı şkıran debisi 0.01 – 10 l/s arasında de ği şmektedir. Bu kum, kumtaşı veya çakılta şı akiferi mostradaki Pliyosen oluşuklarının üzerine dü şen ya ğı şla veya şartlar uygunsa, altında bulunması muhtemel mermer akiferden olmaktadır. Beslenme ayrıca mostradaki mermerlerden do ğuya doğru boşalımla ve Dereköy deresi, Çeltikçi deresi vb gibi sulu derelerinin ovaya açılma yerlerinden geçirimli ku şaklar 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 do ğusundaki Kaynarca kayna ğı ile yakla şık 2 km güneydeki Ilıpınar kaynaklarıdır. 5. JEOF İZ İK İNCELEMELER Jeoloji İncelemelerden sonra Orhangazi ovasında alüvyonun altındaki farklı özellikteki kayaların yayılım ve kalınlı ğını bulmak ve yapıyı ortaya çıkarabilmek için 12 noktada jeofizik rezistivite incelemesi yaptırılmı ştır. 1 nolu jeofizik dü şey kesitte 5, 7 ve 11 ölçüm noktalarının derinlere do ğru de ği şimi görülmektedir ( Şekil 3). 2 nolu kesitte özellikle do ğuya yani havzanın ortalarına doğru Pliyosen göl çökellerinde kil ve killi malzemenin arttı ğı 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 geçi şini engellemektedir. Bu faya ula şan 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 kar şılayan çok önemli üç kaynak Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarıdır. Nadir ve Kaynarca kaynaklarının kaptajları yapılarak halen şehrin su ihtiyacı için kullanılmaktadır. Nadir kayna ğı doğal akım ile şehir şebekesine katılırken, Kaynarca kaptajından su pompalarla şehir şebekesine verilmektedir. Kaynaklar mermerler üzerine dü şen ya ğı ş suları ile do ğrudan beslenmektedir. Beslenme alanına düşen ya ğı ş fay kuşakları, yarık, çatlak, erime bo şlukları ve di ğer karst şekilleri gibi suyun hareketine uygun ku şaklar boyunca doygun ku şa ğa ula şır ve oradan kayna ğa do ğru hareket eder . Nadir kayna ğının debisi 75 – 600 l/s arasında de ği şebilmektedir. 15 Mart 1996 yılında yanlardan daraltılmı ş savak yardımıyla debi 352.5 l/s olarak belirlenmi ştir. 30 Mart 1996 tarihinde debide büyük artı şlar olmu ş ve 575 l/s olarak ölçülmü ştür (Canik,1988). Orhangazinin 770 m kuzey do ğusunda bulunan Kaynarca kayna ğı ise Pliyosen yaşlı çakılta şı, kumta şı, kil vb.nin alüvyonla dokana ğında olu şmu ştur. Beslenme alanı batıda Paleozoyik ya şlı mermerlerdir. Bunlardan süzülen sular do ğuya doğru hareketle Pliyosen olu şuklarının geçirimli kuşakları boyunca Kaynarca kayna ğına ula şmaktadır. Kayna ğın dört kö şeli, barbakanlı beton kuyu şeklinde kaptajı yapılmı ştır. Kaptajdan pompa ile A ğustos 1994’de 60 l/s, 29 Mart 1996’da 65 l/s su alınmı ştır (Canik, 1988). Burada kayna ğın 30 m 169 170 batısındaki sondajda 62 l/s debi ile pompaj yapılmı ştır. Jacob yöntemi ile transmisivite de ğeri T=4.63 x 10 –3 m 2 /s olarak hesaplanmı ştır. Nadir kayna ğının 2 km güneyinde bulunan Ilıpınar kaynağında su, sayısız noktalardan çıkmaktadır. Burası yakla şık 2500 m 2 lik bir kaynak alanı görünümündedir. Kaynak alanında kabarcıklar şeklinde gaz çıkı şı da gözlenmektedir. Su, tarımsal amaçlı olarak kullanılmaktadır. Kayna ğın 15 Mart 1996’da, OTT tipi pervaneli muline ile ölçülen debisi 260 l/s dir (Canik, 1988). 6 A ğustos ve 9 Eylül 1999 tarihindeki yine OTT tipi pervaneli muline ile debileri 125 l/s ve 134 l/s olarak ölçülmü ştür. 6.1. Sondaj Kuyuları Hakkında Özet Bilgiler 1 Nolu Kaynarca Sondajı ( Kaynarca kaptajin 150 m batısında ) Litoloji de ği şimi : 0 – 40 m silt, kil, 40 – 82 m kumta şı, 82 – 16 m kumta şı çakıltası şeklinde olan kuyu 0 – 40 m 12`` kapalı, 40 – 160 m 8`` filtreli olarak donatılmı ştır. Filitrenin arkası çakıllanmı ştır. Kuyu derinli ği 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 de ği şimi 0 – 5 m nebati toprak, 5 – 245 m arası kireçta şı olan kuyu 0 – 40 m 12`` kapalı boru, 40 – 60 m arası 8`` filtre ile donatılmı ş olup 185 m 6`` açılmı ş ve çıplak bırakılmı ştır. Kuyuda çakıllama yapılmamı ştır. Kuyu derinli ği 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 de ği şimi : 0 – 39 m kil- silt, 39 – 250 m kireçta şı olan kuyu 0-39 m kapalı, 39 – 71 m 8`` filtreli, 71 – 250 m arası ç ıplak bırakılmı ştır. Kuyu derinli ği 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. KARST İK YERALTI SULARININ İZLENMES İ İnceleme alanında bulunan suların kökenleri ve birbiri ile olan ili şkileri yapılan jeolojik, hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalı şmalarla ortaya konmu ştur. Özellikle, fluoresein boya deneyi ve izotop analizleri ile önemli bilgiler elde edilmi ştir. 7-1. Boya Deneyi Mermerlerde depolanan suyun kuzeye do ğru hareketi metamorfik şistlerin geçirimsiz sınır olu şturmasi nedeniyle mümkün görülmemektedir. Alanın ortasında bulunan Fındıklı’dan, KB ve GD yönünde uzanan metamorfik şistler burada geçirimsiz sınır olu şturdu ğundan, Fındıklı’dan kuzeydeki mermerler üzerine dü şen ya ğı şın, güneye akımını engellemektedir. Doygun ku şa ğa ulaşan yeraltı suyu karst sistemine ba ğlı olarak yersel yön de ği şmeleri yapsa da genel akım yönü güneyden kuzeye ve kuzeybatı ile batıdan doğuya yani Nadir kaynağına do ğrudur ( Şekil 1) (Canik, 1988). Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının belirlenen yöndeki hızını ve birbirleri ile olan ili şkilerini belirlemek için fluoresein boya deneyi yapılmı ştır. Boya, 4/9/1999 günü saat 15’de inceleme alanının kuzeyinde bulunan Hamzalı köyünün 1 km güneyindeki Himmetalan obru ğundan yeraltına gönderilmiştir (Şekil 1). Boya 2325 m yol katederek ortalama 36 saat sonra Nadir kayna ğında maksimum konsantrasyona ula şmı ş ve boya kaynakta çıplak gözle de uzun süre izlenmi ştir. Alınan örnekler H.Ü. Yeraltı Suyu İzleme Laboratuvarı’nda okunmu ştur. Buna göre karstik yeraltı suyunun en az hızı V= yol/zaman eşitli ğinden V=2325 / 36 = 64.6 m/saat olarak hesaplanmı ştır ( Şekil 5). Aynı zaman aralı ğında Kaynarca kaynağından 4 gün, Ilıpınar kayna ğından da 6 gün e şit zaman aralıkları ile örnek alınmasına devam edilmi ştir. Fluorometrede yapılan boya konsantrasyon ara ştırmasında Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarından alınan örneklerde boyaya rastlanmamı ştır. Bundan dolayı bu iki kayna ğın beslenme alanının, Nadir kaynağının beslenme alanından daha doğuda ve güneyde olduğu, Nadir kayna ğını besleyen karstik akiferin, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarını besleyen akiferle hidrolik bir ba ğıntısının bulunmadı ğı anla şılmı ştır. 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 (O 18 ) ve Döteryum (D) analizleri yapılmı ştır. Analizler, Ankara DS İ Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi İzotop Laboratuvarı’nda yaptırılmı ştır (Tablo 1). Kaynak sularının O 18 ve döteryum değerleri sırası ile, 97. m, 106. m ve 150. m’lerde örneklenmiştir. 171 172 Şekil 6 de görüldü ğü gibi tüm sular do ğu Akdeniz ya ğı şlarına ait do ğru (?D=8 ? 18 O +22) ile Dünya meteorik do ğrusu( ?D=8 ? 18 O +10) arasında yer almaktadır. Bu sular meteorik kökenli olup derin bölgesel karstik yeraltı sular tarafından beslendi ğinin bir kanıtıdır. Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynak sularının izotopik olarak deği şimi az miktardadır. Bu de ği şim, belki seçme süreciyle, yeraltı suyunun depolanmasındaki mevsimsel farklılıklardan olabilece ği gibi ya ğı şın dü şmesinden sonra yeraltındaki erimeli bo şluklarda çok yavaş hareket eden karstik sularla karı şmasıyle da açıklanabilir. Ayrıca duraylı izotoplardan Döteryum ile Oksijen-18 arasındaki ili şki, belli ya ğı ş rejimleri için de ği şemez. Bu nedenle, örneklerdeki Döteryum fazlası kullanılarak farklı ya ğı ş rejimlerinin etkisi belirlenebilir (Df N =17.25, Df K =17.89, Df I =17.82). Görüldü ğü gibi Nadir kayna ğındaki Df en dü şük de ğerdedir. Bu değer karasal kökenli ya ğı şları temsil etmektedir. Di ğer kaynaklarda Df yüksek de ğerlerdedir. Ilıpınar kayna ğındaki Df, iki ya ğı ş tipinin ara de ğerini temsil etmektedir. Bu da Ilıpınar sularının bir karı şımdan olduğunu göstermektedir. Bu, karstik yeraltı suyuna kırıntılı genç çökellerde depolanan suların karı şımı olabilir. Aynı ya ğı ş rejiminden etkilenen sularda ?Df, birbirine yakın olacaktır. Öte yandan Trityum içeri ği yağı şın katıldı ğı dolaşımı ifade edecektir. Şekil 7’de görüldü ğü gibi Kaynarca ve Nadir kayna ğı Trityum içeri ği yönünden Ilıpınar’dan farklıdır. Bunlar üst akifer sisteminin ve dolayısıyla yeni ya ğı şların etkisinde oluşan kaynaklardır. Ilıpınar kayna ğının ise Trityum yönünden farklı olması, eski ya ğı şların etkisinde olan yeraltı suyu bo şalımından dolayı olmalıdır. Kaynak sularının Oksijen-18 / Ec ve Trityum/ Ec ili şkisi Şekil 8 ve 9’da verilmi ştir. Kaynarca ve Ilıpınar sularının yüksek elektriksel iletkenli ğe sahip olması, Oksijen -18 bakımından zengin olan düşük kotlardan beslenen akiferle uzun süre temas eden derin dola şımlı sular olmasındandır. Nadir kayna ğı ise oksijen-18 ve Ec bakımından fakir yüksek kotlardan beslenen, yüksek Trityumlu, geçiş sürelerinin kısa, ve akiferle kısa süre temas eden daha sı ğ dola şımlı sulardır. 8. SULARIN K İMYASAL BİLE ŞİMLERİ Orhangazinin kullanma ve sulama su ihtiyacını kar şılayan çok önemli 3 kaynak, Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarıdır. Nadir ve Kaynarca kaynaklarının kaptajları yapılarak halen şehrin ihtiyacı için kullanılmaktadır. Nadir kayna ğı doğal akımı ile şehir şebekesine katılırken, Kaynarca kaptajından su pompalarla şehir şebekesine verilmektedir. Bu üç kayna ğın suyunun farklı kimyasal özelliklerini incelemek amacıyle 1999 ve 2000 yıllarında arazide alınan su örnekleri üzerinde laboratuvarda analizler yapılmı ştır. Bu analizlerin sonuçları ile daha önceki yıllarda yapılan analizlerin sonuçları toplu halde Tablo 1 de verilmi ştir. Suların yarı logaritmik Schoeller diyagramında iyonları birle ştiren doğrular ya üstlenmekte veya çok yakın paralel geçmektedir ( Şekil 10). Ilıpınar ve Kaynarca kaynaklarının suları birbirinin çok benzeri olup, Nadir kayna ğının suyu ile de benzerdirler. Bunların aynı litoloji bile şimli akiferden boşaldı ğı dü şünülmektedir. Bu sular CaCO 3 bile şimli kayaçlardan; yani mermerlerden gelmektedir. 173 Nadir kayna ğında farklı zamanlarda yapılan tahlillerde pH de ğerleri yüksek, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarınınki daha düşüktür. Beslenme alanı ve kaynaklar arasındaki mesafe kar şıla ştırılırsa, yüksek kotlardan beslenen Nadir kayna ğında bu mesafe fazla, dü şük kotlardan beslenen Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarında, Nadir kayna ğına göre daha azdır. Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının beslenme alanında çok sayıda kireç ocağı bulunmaktadır. Bu ocaklardan yıl boyunca çıkan CO 2 gazı ya ğı ş suları ile birleşerek pH de ğerlerini dü şürmekte ve mermerlere daha çok etki yapmaktadır. Böylece, Ca ve HCO 3 de ğerleri Nadir kayna ğına göre daha yüksek de ğerlere ulaşmaktadır (Tablo1). 174 Tablo 1: İnceleme alanındaki suların kimyasal ve izotop analizleri Num. Adı Tarih pH (25°C) EC (µmho /cm) T(°C) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Na (mg/l) K (mg/l) Cl (mg/l) SO 4 (mg/l) HCO 3 (mg/l) TDS (mg/l) Fr.s° ? 18 O o% ?D o% T(TU) Nadir kay. 27.8.1987 7.52 340 106.0 4.8 2053 0.55 12.43 1.73 207.4 425 28.5 11.9.1999 7.0 460 13.2 74 6.0 2.7 0.4 9.2 3.0 244.0 340 21 -9.39 - 62.31 11.85±1.10 22.1.2000 7.35 451 12.8 - - - - - - - - - 4.3.2000 7.3 412 12.9 78.0 1.2 2.9 0.4 8.5 16.2 213.5 - 20 - 10.20 - 59.91 11.20±1.20 Kaynarca kay. 16.8.1994 7.0 516 110 5.0 9.0 0.8 16.0 31.0 354 536 29.5 11.9.1999 6.9 700 15.6 115.0 4.2 7.8 0.9 17.0 11.6 347.7 504 30.5 -9.47 - 57.85 10.85±1.10 22.01.2000 7.31 711 15.3 - - - - - - 4.3.2000 7.2 632 15.6 - - - - - - - -9.56 - 58.61 11.85±1.10 Ilıpınar kay. 18.12.1995 7.85 503 107 5.0 7.2 1.0 20.0 17.0 336 501 28.8 11.9.1999 6.9 710 18.4 107 6.0 7.3 0.8 14.2 9.7 338.5 484 28.25 -9.56 - 58.38 6.90±1.00 22.1.2000 7.20 690 17.2 - - - 4.3.2000 7.0 657 16.18 126 1.2 8.1 0.7 17.0 17.9 356.8 - 32.00 -9.34 - 57.18 7.90±1.15 Hacı Aslan Aytimur sondaj kuyusu 1 1.4.2000 7.01 609 16 113.8 2.9 - 0 - 80.1 288.1 - 29.65 - - - Kaynarca sondaj kuyusu 2 31.3.2000 6.94 617 15.6 115.4 1.9 - 0 - 47.3 289.3 - 29.64 - - - Kaynarca sondaj kuyusu 3 2.4.2000 7.03 652 17.1 111.4 4.4 - 0 - 31.7 286.7 - 29.68 - - - -10 0 10 Oksijen-18 ( %o SMOW) -10 0 0 100 200 Döteryum ( %o SMOW) Dünya Meteorik Do?rusu Nadir kay. Kaynarca kay. Ilypynar kay. Do?u Akdeniz Do?rusu -11.00 -10.00 -9.00 Oksijen-18 2 4 6 8 10 12 14 Trityum Nadi r kay Kayn ar ca kay Ilypynar kay Şekil 6: İnceleme alanına ait suların 18 O- D ili şkisi Şekil 7: Orhangazi Kaynaklarının 18 O-Trityum ili şkisi 200 400 600 EC -10.40 -10.00 -9.60 -9.20 O-18 Nadir kay. Kaynarca Ilypynar kay. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 EC 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 Trityum Nadir kayna?y Kaynarca kayna?y Ilypynar kayna?y Sy? dola?ym Derin dola?ym Şekil 8. Kaynak sularının 18 O- EC arasındaki ili şki Şekil 9: Trityum - EC arasındaki ili şki 175 Schoeller Diagramı (11.9.1999) Mg SO4 Na+K Cl Ca HCO3 0,01 0,1 1 10 meq/l Nadir kayna ğı Kaynarca kayna ğı Ilıpınar kayna ğı 0,01 0,1 1 10 Ca Mg Na+K Cl SO4 HCO3 meq/l (27,8,1987) Nadir kayna ğı (11.09.1999) Nadir kayna ğı Şekil 10: Kaynak sularının schoeller diagramı Şekil 11: Nadir kayna ğına ait Schoeller diagramı 0,1 1 10 Ca Mg Na+K Cl SO4 HCO3 Meq / L (16,8,1994) Kaynarca kayna ğı (11.9.1999) Kaynarca kayna ğı 0,1 1 10 Ca Mg Na+K Cl SO4 HCO3 Meq / L (18,12,1995) Ilıpınar kayna ğı (11.9.1999) Ilıpınar kayna ğı Şekil 12: Kaynarca kayna ğına ait schoeller Şekil 13: Ilıpınar kayn ğına ait schoeller diagramı d i a g r a m 176 177 9. DEPREM İN KAYNAKLARA OLAN ETK İS İ 17 Agustos 1999 da 7.4 büyüklü ğündeki Izmit-Gölcük depremi nedeniyle Orhangazi dolayındaki kaynaklardan Nadir, Kaynarca, Ilıpınar ve Keramet-Ilıca su kaynaklarında degi şmeler gözlenmi ştir. Orhangazi’nin içme suyunu sa ğlayan Nadir ve Kaynarca kaynaklarının depremden önceki kimyasal bile şimleri, depremden sonrakilerle kar şıla ştırılmı ştır. 9.1. Nadir Kayna ğı Orhangazi’nin su ihtiyacinin önemli bir bölümünü kar şılayan Nadir kayna ğının debisinde % 30 dolayında azalma olmu ş, kaynak bulanmı ş ve bu bulanıklık 3 gün sürmü ştür. Debi daha sonra eski miktarına yakla şmı ştır. Nadir kayna ğının 1987 ve 1999 tahlil sonuçlarını kar şıla ştırmak amacıyla Schoeller diagramı çizilmi ştir (Şekil 11). Ayrıca, kaynak ba şında pH = 8.33, Ec= 350 µsiem.m, t = 13.2 °C ölçülmüştür. 9.2. Kaynarca Kayna ğı Yaz mevsiminde Orhangazi’nin su ihtiyacının önemli bölümünü kar şılayan kayna ğın batısında yapılan iki sondajın suyu depremden hemen sonra bir miktar bulanmı ştır. Bir gün sonra durulan su, depremin üçüncü gününde 5 büyüklü ğündeki artçı depremle tekrar çok az bulanmı ştır. Depremden hemen sonra kayna ğın debisinde çok az bir artma olmu ştur. Kaynarca kayna ğının 16 A ğustos 1994 ve 11 Eylül 1999 tahlil sonuçlarını kar şıla ştırmak amacıyla Schoeller diagramı çizilmi ştır (Şekil 12). Kaynak ba şında pH = 8.30 , Ec= 583µsiem.m , t= 15.6°C ölçülmüştür. 9.3. Ilıpınar Kayna ğı Kayna ğın debisi depremden hemen sonra artmı ştır. 9 Eylül 1999 tarihinde muline ile yapılan ölçümde debi 131 l/s dir. Ilıpınar kayna ğının 18 Aralık 1995 ve 11 Eylül 1999 tahlil sonuçları da Schoeller diagramı ile kar şıla ştırılmı ştır (Şekil 13). Bu üç kayna ğın yarı logaritmik Schoeller diagramında iyonları birle ştiren doğrular birbirlerine yakın paralel geçmektedir. Ilıpınar kayna ğı, Nadir kaynak suyuna benzeyen kimyasal bilesimi ile Orhangazi’nin su sorununu çözecek çok büyük bir potansiyel olarak görülmektedir. Ileriki yıllarda bu kayna ğın da Kaynarca kayna ğı gibi kaptajının yapılarak buradan suyun pompa ile yükseltilip kullanıma sunulması düşünülmelidir. 10. KAYNAKLARIN KORUNMA ALANLARI Orhangazi bölgesinde üzerinde büyük bir titizlikle durması gereken konuların ba şında kaynakların korunma kurallarına uyulması gelmektedir. Kaynarca kaynak ve sondaj sularının tahlilinde gözlenen çok az NH 4 <0.05 mg/l, NO 2 <0.05 mg/l NO 3 = 11-15 mg/l ve organik madde 0.1 mg/O 2 , suyun yeraltında akımı s ırasında kirlendi ğini 178 göstermektedir. Kirlenmeye Orhangazi ile Nadir kayna ğı arasındaki kireç ve ta ş ocaklarının türlü atıkları ile, Kaynarca kayna ğının batı ve kuzey batısındaki yerle şim 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. TA Ş OCAKLARININ ÇEVREYE OLAN ETK İS İ Orhangazi yöresindeki ta ş ocakları görünümü çok olumsuz etkileyen unsurlardır. Şehirlerin çevresinde mevcut bu tür olumsuzlukları, ki şilerin üzerinde bırakaca ğı kötü etkiyi en aza indirmek bazı çalı şmalarla mümkün görülmektedir. Halen çalı şanların ruhsatları bitince yenilenmemelidir. Mermerlerin işletilmesi zorunlu ise ta ş ocaklarının Orhangaziden görülmüyecek mekanlarda, örne ğin Orhangazi’nin en az 5 km batısında açılmasına izin verilmelidir. Ta ş ocaklarından özellikle terkedilenlerin ocak şevlerine çok hızlı büyüyen sarma şık türü ve bodur bitkiler dikilerek uzaktan görünüşlerini deği ştirmek mümkündür. Kimi ta ş ocaklarıda günübirlik turistik mekanlara dönüştürülüp, burada bodur bitikiler ile beraber ocak şevlerinin çirkin görüntüsünü engelleyen me şe vb gibi yapraklı ve boylu a ğaçlar dikilerek alana güzel bir gürüntü, Orhangazililere de göl ve da ğ manzaralı piknik alanları kazandırılabilir. Bu durumda atık katı ve sıvılar ta şocağı alanı ve mermerlerin mostra alanından uzakla ştırılmalıdır. Mermerlerin do ğal olarak yüksek olan geçirimlilikleri dinamit patlatılmaları nedeniyle ta ş ocaklarında daha da artmı ştır. Bu nedenle bu mekanlara kirletici katı ve sıvı hiç bir madde atılmamalı ve depolanmamalıdır. 12. SONUÇ VE ÖNERİLER İnceleme alanının yakla şık 70 km 2 lik 1 /25000 olçekli jeoloji ve hidrojeoloji haritası yapılmı ş, farklı olu şuklar ve istiflenmeleri aydınlatılmı ştır. -Karstik yeraltı suyunun akım hızını ve kaynakların birbirleri ile olan ili şkilerini belirlemek için fluoresein ile boya deneyi yapılmı ştır.Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının beslenme alanının Nadir Kayna ğınınkine göre daha do ğuda ve güneyde oldu ğu, Nadir kaynağını besleyen karstik akiferin, Kaynarca ve Iıpınar kaynaklarını besleyen akiferle hidrolik bir ili şkinin bulunmadı ğı anla şılmaktadır. -Arazide yapılan pompa testleri sonucunda, Jacob yöntemi ile transmisivite de ğerleri T= 4.63 x 10 –3 m 2 /s olarak hesaplanmı ştır. -Alanda bulunan tüm kaynak sularında hakim iyon Ca +2 ve HCO 3 olup, yıllık ya ğı şların etkisi altında bulunan meteorik kökenli sulardır. -Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarında depremden sonra debilerinde deği şiklik olmasına kar şın kimyasal bile şimlerinde her hangi bir de ği şiklik gözlenmemiştir. -Kaynarca kayna ğının korunma alanları ve koruma kurallarına titizlikle uyulmalıdır. -Ilıpınar kayna ğı Orhangazi’nin su sorununu çözecek büyük bir su potansiyeline sahiptir. Gelecekte bu kayna ğın Kaynarca kayna ğının kaptajı gibi modern bir tarzda kaptajı yapılarak buradan suyun pompa ile yükseltilip kullanıma sunulması düşünülmelidir. 179 13. KATKI BEL İRTME Orhangazi ovasının hidroloji incelemesine yönelik yapmı ş olduğumuz araştırma sırasında, Orhangazi Belediye Ba şkanı Sayın Turgut ÜNLÜ ‘ye gösterdi ği ilgi ve sorunlarımızı çözmede yardımcı olmasından dolayı kendilerine minnettarız. Ayrıca çalı şmalar süresince yakın ilgi ve yardımlarını gördüğümüz Belediye İşletme Müdürü Sayın Fevzi ÇAVU Ş’a ve bu çalı şmaya eme ğı geçen Belediyenin tüm personeline te şekkürler ederiz. Flureseinli su örneklerinin okunmasını lütfeden H.Ü. Jeoloji Müh. Böl. Ö ğretim üyesi Doç. Dr. Mehmet EKMEKC İ’ ye minnettarız. Bu projenin finansmanı Kocaeli Üniversitesi tarafından sa ğlanmı ştır. 14. KAYNAKLAR - Abdüsselamo ğlu, Ş.M., 1959, “Almacıkda ğı 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. Müdürlü ğü, Bursa. - Canik, B., 1989, “Orhangazi Nadir Karstik Kayna ğının Hidrojeoloji İncelemesi ve Kaynak Suyunun Bulanmasını Önleme Çalı şmaları” . 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 (Mu ğla) Ovasının Hidrojeoloji Incelemesi” Ankara Üniveritesi Fen Fakültesi Jeoloji Müh. Böl. A.Suat Erk jeoloji Simpozyum(2-5 Eylül) s.427-435, Ankara. - Pasvanoglu, S., Canik, B., ve R.Rosen, M., 2002, “ Hydrogeology and possible effects of the Mw. 7.4 Marmara Earthquake (17 Agust 1999 ) On the Spring waters in the Orhangazi- Bursa Area, Turkey”.Geological Society of India. 181 BEYPAZARI TRONA (DO ĞAL SODA) SAHASI AK İFER S İSTEM İN İN BESLENME KO ŞULLARININ ARA ŞTIRILMASINDA İZOTOP H İDROLOJ İS İ ÇALI ŞMALARI INVESTIGATION OF RECHARGE CONDITIONS OF AQUIFER SYSTEM IN BEYPAZARI TRONA FIELD BY USING THE ENVIRONMENTAL ISOTOPES Ahmet APAYDIN Jeoloji (Hidrojeoloji) Yük. Müh. DS İ V. Bölge Müdürlü ğü-ANKARA apaydinahm@isnet.net.tr ÖZET Beypazarı trona (do ğal soda) sahasında, sodalı zon üzerinde yer alan akifer sisteminin beslenim koşullarının ara ştırılmasında suyun yapısında bulunan çevresel izotoplardan yararlanılmı ştır. Miyosen ya şlı çörtlü kireçta şı, tüf-tüfit bile şimli basınçlı akifer sisteminin özellikle beslenim kotlarının ve yeraltısuyu dola şımının ortaya konması amacıyla hidrodinamik yapının belirlenmesinde izotop verileri kimyasal verilerle birlikte yardımcı araç olarak kullanılmı ştır. 18 O and 2 H verileri, yeraltısuyu besleniminin geçirimli birimlerin kendi yüzey alanlarınan ve daha yüksek kotlardaki Keltepe kireçta şlarından gerçekle ştiğini göstermi ştir. Ancak mevcut jeolojik- hidrojeolojik yapı, Keltepe kireçta şlarından beslenimin mümkün olmadı ğını 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. 18 O 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. G İR İŞ Beypazarı trona (do ğal soda) madeninin bulundu ğu sahada içme-kullanma ve sulama amacıyla yoğun bir şekilde yeraltısuyu çekilmekte ve ayrıca trona i şletme amacıyla açılan desandre bölgesinde yeraltısuyu seviyesini düşürmek için kuyularla yeraltısuyu tahliye edilmektedir. Trona madeninin üzerinde yer alan akiferlerden yılda yakla şık 6 milyon m 3 yeraltısuyu çekilmektedir. Çekimin 2 milyon m 3 ’ü Beypazarı Belediyesinin içme-kullanma suyu olarak kullanılmakta, 1 milyon m 3 ’ü trona i şletmesi tarafından tahliye edilmektedir. Ayrıca DS İ‘nin trona sahası ve güneyinde iki sulama kooperatifi mevcut olup, az sayıdaki şahıs kuyularıyla birlikte yılda yaklaşık 3 milyon m 3 yeraltısuyu çekilmektedir. Yöredeki su ihtiyacının ba şka bir kaynaktan pratik ve ekonomik olarak sa ğlanması mümkün olmadı ğından, trona sahası ve yakın çevresindeki yeraltısuyuna olan talep de artmaktadır. Ancak, yeraltısuyu yöre halkı için çok önemli olmasına ra ğmen, akiferlerin altında ülke madencili ği için 182 büyük önem ta şıyan trona madeninin bulunması, sorunu oldukça karma şık bir hale getirmektedir. Çünkü yöre halkının su ihtiyacının kar şılanması açısından son derece önemli olan ve bu nedenle kalite ve miktar olarak korunması gereken yeraltısuyu, arzu edilen bir kaynak; trona madencili ği açısından bakıldı ğında ise sahada bulunması sorun yaratan, bu nedenle de ortamdan uzakla ştırılması gereken, yani istenmeyen bir kaynaktır. Bu nedenle, trona işletmesinin yeraltısuyu sistemine verece ği zararı en aza indirerek yürütülmesi son derece önemlidir. Bunun için, gerek içme-kullanma ve sulama suyu ve gerekse maden i şletme amacıyla yapılan çekimlerin hidrojeolojik sistemi nasıl etkiledi ği ve gelecekte nasıl etkileyece ği; ba şka bir deyi şle bölgedeki yeraltısuyu tesislerinin ve halkın gelecekte nasıl etkilenece ğinin belirlenmesi amacıyla akiferlerin beslenim ko şullarının ara ştırılması 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 (kom şu birimlerden, ko şu havzalardan vb.) ara ştırılmasını gerektirmektedir. Bunun için fiziksel jeolojik-hidrojeolojik yapının ortaya konmasının yanında, izotop ve kimyasal yöntemlerden de yararlanılması planlanmı ştır. 2. İNCELEME ALANI Yakla şık olarak 9 km 2 olan trona (doğal soda) sahası, Ankara’ya 100 km uzaklıktaki Beypazarı ilçe merkezinin 15 km KB’sında yer almaktadır (Şekil 1). Trona sahasını içeren çalı şma alanı yakla şık 150 km 2 ’dir. Kuzeyde Köst köyü ve Keltepe sırtları, do ğuda İnözü deresi ve Beypazarı ilçe merkezi, güneyde Beypazarı-Çayırhan yolu ve batıda Koza ğaç ve Çantırlı köyleri ile sınırlanan çalı şma alanı 650-1880 m kotları arasında yer alır. Oldukça engebeli olan arazinin e ğimi genelde kuzeyden güneye do ğrudur. İç Anadolu’ya özgü kurak-yarıkurak iklim ko şullarının egemen oldu ğu bölgede yazlar sıcak ve kurak, kı şlar so ğuk ve ya ğı şlı geçmektedir. Beypazarı DM İ istasyonu verilerine göre 1966-1995 yılları arasındaki verilere göre ortalama yıllık ya ğı ş 392 mm; yıllık ortama sıcaklık 12.9 0 C, yıllık ortalama buharla şma 1122 mm’dir. Yıllık ya ğı şın % 75’i Aralık-Mayıs döneminde gerçekle şmektedir. Ya ğı şın en fazla olduğu ay Aralık, en az oldu ğu ay ise A ğustostur. 183 184 3. GENEL H İDROJEOLOJ İK DURUM İnceleme alanının jeoloji haritası Şekil 2’de; jeolojik enine kesitler Şekil 3’de; hidrojeoloji birimlerinin genel özellikleri Tablo 1’de verilmi ştir. Tablo 1. Trona sahasındaki hidrojeoloji birimlerinin genel özellikleri (Formasyon adları MTA, 1986’dan alınmı ştır) YA Ş HİDROJEOLOJ İ B İR İMLER İ KALINLIK (m) L İTOLOJ İ H İDROJEOLOJ İK ÖZELL İKLER KUVA- TERNER ALÜVYON 10-30 Kil, kum, çakıl Geçirimli: Keson kuyularla az miktarda su elde ediliyor. PL İYOSEN ÜÇYATAK 30-70 Kiltaşı, siltta şı, tüfit Geçirimsiz kabul edilebilir. Kaynak boşalımları gözlenmiyor. ZAV İYE 50-200 Kiltaşı, tüf-tüfit, killi kireçta şı, kireçta şı Basınçlı sistemin (Çakıloba, sarıa ğıl, Çakıloba) örtü kayacı durumunda. Alt seviyelerindeki kiltaşı zonları geçirimsiz. ÇAKILOBA 30-80 Çörtlü kireçta şı, riyolitik tüf Geçirimli: Formasyonun tabanından çok sayıda kaynak bo şalıyor. Açılan kuyulardan yüksek verimler elde edildi. SARIAĞIL 30-80 Kilta şı, tüfit İki adet kuyuda yapılan BST’lere göre ise geçirimli. KARADORUK 10-40 Çörtlü, tüflü kireçta şı, çört Geçirimli HIRKA >300 Kiltaşı, şeyl, tüfit, trona Üst seviyelerinde kilta şı-şeyl hakim. Trona sahası güneyinde açılan DS İ kuyularında alt akiferden sonra yo ğun kil tabakasına girildi. Kaynak boşalımlarına rastlanmadı. Geçirimsiz. M İYOSEN BOYALI 200-300 Çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı İnceleme alanının kuzeyinde yaygın. Geçirimsiz kabul edilebilir. Ancak trona sahasının kuzeyinde küçük debili kaynaklara rastlandı. JURA- KRETASE KELTEPE ? Kireçta şı Sondajla denenemedi. Ancak litolojik ve yapısal özellikleri ve kaynak bo şalımları nedeniyle geçirimli oldu ğu anla şılıyor. 185 186 187 Trona sahası ve çevresinde yaygın olan ve çörtlü kireçta şı ve tüflerden olu şan Çakıloba formasyonu (üst akifer) ile Karadoruk formasyonu (alt akifer) gözenekli ve geçirimli birimlerdir. İki geçirimli birim arasındaki Sarıa ğıl formasyonu, önceki çalı şmalarda (Özgür, 1986) litolojik özellikleri nedeniyle geçirimsiz kabul edilmi ştir. Ancak daha sonra E İE İ 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 sa ğladı ğından, geçirimli oldu ğu anla şılmaktadır. Trona içeren Hırka formasyonu, geçirimsiz olup, tavanında yer yer 100 m kalınlı ğa sahip olan kiltaşları ve yer yer şeyller, alt akifer için geçirimsiz taban olu şturmaktadır. Trona sahasının kuzeyinde üstteki birimlerin a şınması ile yüzeylenen Hırka formasyonunda kilta şı ve şeyl litolojisi hakim durumdadır. Üst akiferin üzerinde yer alan ve kilta şı, tüfit, killi kireçta şlarından oluşan Zaviye formasyonunun alt seviyelerindeki kalın kilta şları geçirimsizdir. İnceleme alanının doğu bölümlerinde üst seviyelerindeki kireçta şı seviyeleri kırıklı-çatlaklı ve geçirimlidir. Çe şitli kurumların açtı ğı sondajlarda bu birimin üst seviyelerinde ilerlerken sirkülasyon sıvısında kayıplar gözlenmi ştir. ZK- 2 ve ZK-4 sondaj kuyularında yapılan BST’lerde, formasyonun 5.3-27.5 m’leri arasındaki kısmının çok geçirimli oldu ğu ortaya konmu ştur (Gedik Sondaj Müh, 2001). Zaviye formasyonu trona sahasının do ğu kesiminde ve güneyinde basınçlı olan geçirimli birimlerin (Çakıloba, Sarıa ğıl 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 aşınmı ş ve kimi yerde faylarla bloklar arası ba ğlantısı kesilmi ştir. Akiferin yüzey alanı ve üzerine dü şen ortalama ya ğı ş miktarı göz önüne alındı ğında, ya ğı ştan do ğrudan beslenmenin oldukça az olabilece ği anla şılmaktadır. Karadoruk birimi Elmabeli, Kanlıceviz ve Başören vadilerinde aşınma ile dik yamaçlarda dar alanlarda yüzeylenmektedir. Dolayısıyla bu birimin ya ğı ştan doğrudan beslenimi mümkün de ğildir. 4. İZOTOP H İDROLOJİS İ ÇALI ŞMALARI Hidrolojide 1960’lardan itibaren yaygın bir şekilde kullanılan çevresel izotoplar, su kaynaklarının ara ştırılması, geli ştirilmesi ve i şletilmesi sırasında ortaya çıkan ve klasik yöntemlerle çözülemeyen birçok sorunun çözümüne önemli katkılar sa ğlamaktadırlar. Çevresel izotoplardan suyun moleküllerini olu şturan hidrojen ve oksijen izotopları, hidrojeolojik sistemde su ile birlikte hareket ettiklerinden ve kimyasal süreçlerden ço ğunlukla etkilenmediklerinden, birer ideal izleyicidirler. Suyun kararlı izotoplarından oksijen-18 ( 18 O) ve döteryum ( 2 H) yeraltısuyunun kökeni, beslenme kotu ve alanı, farklı suların karı şım oranlarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ayrıca, radyoaktif Trityum izotopu yeraltısuyu akım hızı ve geçi ş süresi ile yüzeysuları-yeraltısuları ilişkisinin belirlenmesinde de önemli bir araçtır. Bu nedenle çalı şmalarda, hidrojeolojik sistemin davranı şlarının ara ştırılmasında izotop ve kimyasal yöntemlerden de yararlanılmı ştır. 188 4.1. Örnekleme Çalı şmaları 4.1.1. Ya ğı ş Örnekleri Hidrojeolojik araştırmalarda akiferlerin beslenme kotu ve beslenme bölgelerinin belirlenmesinde, öncelikle yeraltısuyunun beslenme kaynağı olan ya ğı şın izotop içeri ğinin belirlenmesi gerekmektedir. Özellikle 18 O kararlı izotopu, ya ğı ş-kot ili şkisini net bir şekilde verebilmektedir. Bu nedenle, izotop hidrolojisinden yararlanılan hidrojeolojik çalı şmalarda ya ğı şın ortalama kararlı izotop ( 18 O ve D) içeri ğini belirlemek için, en azından bir-iki yıl boyunca, farklı kotlarda bulunan YGİ’larından izotop analizi yapılmak üzere yağı ş örnekleri alınır. YGİ’larının sayısının ve da ğılımının yetersiz oldu ğu veya ya ğı ş örneklerinin alınamadı ğı durumlarda ise, farklı kotlardan bo şalan ve farklı beslenim kotlarına sahip, beslenme alanı ve rezervuar hacmi küçük ve dola şım yolu kısa; bu özellikleriyle güncel ya ğı ştan beslenen kaynaklardan örnekleme yapılabilir. Çalı şma alanında izotop analizi yapmak amacıyla yağı ş örnekleri alınamamı ştır. Ancak, havzanın de ği şik kotlarından boşalan ve güncel ya ğı ştan beslenen çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bu kaynaklar jeolojik-jeomorfolojik konumu itibariyle bo şaldı ğı kota yakın bölgeden beslenen, debisi düşük (çoğunlukla 1 l/s’nin altında), kurak mevsimlerde ve yıllarda kuruyan ve ya ğı şların artmasıyla tekrar akı şa geçen kaynaklardır. Bu kaynaklar nispeten dü şük TDI ve yüksek Trityum içeri ğine sahip kaynaklardır. Çalı şma alanına düşen ya ğı şın 18 O ve D ve Trityum içeri ğini belirlemek amacıyla, ya ğı şı temsil eden kaynaklarda Mayıs ve Aralık 1999, Mayıs ve Kasım 2000 ve Mayıs 2001’de örnekleme yapılarak DSİ Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Ba şkanlı ğı İzotop Laboratuvarlarında analizleri yaptırılmı ştır. Örnekleme yapılan su noktalarını gösteren harita Şekil 4’de; ya ğı şı temsil eden kaynaklar ve di ğer yeraltısularına ait 18 O-D grafikleri Şekil 5 a, b, c’de verilmi ştir. 4.1.2. Yeraltısuyu Örnekleri Yeraltısularının 18 O, D ve Trityum içeri ğini, bu izotopların alan ve derinlikle de ği şimini belirlemek amacıyla yukarıda belirtilen tarihlerde kaynaklardan ve sondaj kuyularından örnekleme yapılmı ştır. Ayrıca, 2000 yılı Mayıs ayında kimyasal amaçlı örnekleme yapılarak yerinde ve HÜ UKAM Su Kimyası Laboratuvarında analizleri yapılmı ştır. 4.2. İzotop Verilerinin De ğerlendirilmesi ve Yorumlanması İzotop verileri öncelikle yeraltısuyunun ba ğıl ya şı ile beslenme kotları ve alanlarının belirlenmesi amacıyla değerlendirilmi ştir. 189 BEYPAZARI D-0-18 GRAF İĞ İ (MAYIS, 2000) 30 18 31 32 14 11 29 26 1 9 20 10 17 21 4 3 6 24 2 22 23 25 28 19 27 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 O-18 D Dünya meteorik doğrusu (a) BEYPAZARI D- (O-18) GRAF İĞ İ (KASIM, 2000) 26 31 11 27 12 17 28 -10 20 13 8 25 4 22 2 35 24 21 3 23 29 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 O-18 D Dünya meteorik do ğrusu (b) Şekil 5a,b. Kuyu ve kaynak sularının 18 O-D grafi ği 190YA ĞI ŞLARDA DÖTERYUM-OKS İJEN-18 İLİŞK İS İ (MAYIS'2000) 19 20 31 28 29 18 23 24 26 D = 8 Oks. + 13 r = 0.95 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 O-18 D (a) YA ĞI ŞLARIN DÖTERYUM-OKS İJEN-18 İLİŞK İS İ (KASIM'2000) 20 23 24 29 31 D= 8 Oks. + 16 r= 0.83 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 O-18 D D = 8*Oks. + 10 D = 8*Oks. + 10 (b) Şekil 6. a,b. Ya ğı şı temsil eden kaynaklarda 18 O-D ili şkisi 191 192 4.2.1. Kot- 18 O İli şkisi Bilindi ği gibi ya ğı şlarda 18 O içeri ği sıcaklık, co ğrafik konum, miktar, enlem ve kot ile orantılı olarak de ği şmektedir. Genel olarak her 100 m kot artı şına kar şılık 18 O içeri ğindeki azalma, Yurtsever ve Gat (1981)’a göre %o 0.15 ile %o 0.50 arasındadır. Günay ve Bayarı (1989) tarafından Köprüçay havzasında yapılan çalı şmalarda bu azalma %o 0.25/100 m olarak belirlenmi ştir. Yine, Kurtta ş (1997) tarafından Gökova karst kaynakları bölgesinde yapılan izotop hidrolojisi çalı şmalarında her 100 m kot artı şına kar şılık 18 O içeri ğindeki azalma %o 0.15-0.25 olarak elde edilmi ştir. İnceleme alanında ya ğı şların kot- 18 O ili şkisi incelendi ğinde, her 100 m kot artı şında ya ğı şların 18 O içeri ğindeki azalma %o 0.44 civarındadır. Karasal kökenli ya ğı şların egemen oldu ğu bölgede, yeraltularının kayna ğı olan ya ğı şların kot ile de ği şimi do ğrusala yakın bir ili şki vermektedir. Yapılan analizlerde, inceleme alanında her 100 m kot artı şında 41 mm ya ğı ş artı şının oldu ğu belirlenmiştir. Bilindi ği gibi, yo ğun ya ğı şların a ğır izotop içeriği hafif ya ğı şlara göre daha dü şüktür. İnceleme alanında yüksek kotlara do ğru miktarı artan ya ğı şların 18 O içeri ğinde doğal olarak azalma (daha negatif değerler alma) sözkonusudur. Kot yükseldikçe sıcaklı ğın ve buna ba ğlı olarak buharlaşmanın azalması, bu negatifle şme oranını arttırmaktadır. Akiferlerin beslenme kotlarının belirlenmesinde güncel ya ğı şı temsil eden kaynaklara ait 18 O verileri kullanılmı ştır. Her örnekleme dönemine ait 18 O de ğerleri kota kar şı grafi ğe dökülmü ş ve böylece 18 O’in kot ile de ği şimini ifade eden en uygun do ğru elde edilmi ştir. Aynı grafi ğe, beslenme kotları belirlenmek istenen kuyu ve kaynaklar i şlenmi ştir (Şekil 6). Kot- 18 O do ğrusuna her su noktasından doğrular çizilerek, beslenme kotları ayrı ayrı belirlenmi ştir. Farklı tarihlere ait verilerden, az-çok farklı kotlar elde edilmi ş; bu verilerin ortalaması beslenim kotu olarak kabul edilmi ştir (Tablo 2). Kuyu ve kaynakların beslenme bölgeleri incelendi ğinde, inceleme alanının güney kesimindeki derin kuyuların, orta bölgelerdeki daha sı ğ kuyulara göre daha yüksek kotlardan; ba şka bir deyi şle daha uzak bölgeleden beslendi ği görülmektedir. Özellikle, diğer su noktalarına göre daha dü şük kotlarda bulunan 2,3,4 ve 16 no.lu kuyularda 18 O içeri ği daha negatif değerler almaktadır. YA ĞI ŞIN OKS İJEN-18 İÇERİĞ İN İN KOT İLE DE Ğİ Ş İM İ (MAYIS, 2000) 24 27 26 23 20 19 31 28 18 O-18= -0.0044 * Kot- 4.811 r = 0.97 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 -11,8 -11,6 -11,4 -11,2 -11 -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 -8,8 -8,6 -8,4 OKS İJEN-18 KOT (m) Kaynak Adı Formasyon 18-Beyseri kayna ğı Zaviye 19-Elmabeli kayna ğı Çakıloba 20-Kaplan yolu kayna ğı Çakıloba 23-Doğanyurt çeşmesi Keltepe 24-Dömentepe (Köst) Boyalı 26-Çakıloba çe şmesi Çakıloba 27-Fındıcakdere kayna ğı Çakıloba 28-Köprüba şı (Kaplan) Zaviye 31-Sazakdere kayna ğı Çakıloba 2 3 16 4 9 1 17 10 11 14 Kuyu Adı 1-DS İ 45742-B kuyusu 2-DS İ 52545 kuyusu 3-DS İ 52547 kuyusu 4-DS İ 52544 kuyusu 9-ET İ SODA 15-A kuyusu 10-DS İ 53014 kuyusu 11-ET İ SODA SK-14 kuyusu 14-ET İ SODA SK-16 kuyusu 16-DS İ 52546 kuyusu 17-BELED İYE L-4 kuyusu (a) YA ĞI ŞIN OKS İJEN-18 İÇERİĞİN İN KOT İLE DEĞİ ŞİM İ (KASIM, 2000) 24 26 31 23 20 27 28 O-18 = -0.0044 * Kot - 4.838 r = 0.98 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 -11,8 -11,6 -11,4 -11,2 -11 -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 -8,8 -8,6 -8,4 OKS İJEN-18 KOT (m) Kaynak Adı Formasyon 20-Kaplan yolu kayna ğı Çakıloba 22-Yaylabo ğazı kayna ğı Boyalı 23-Doğanyurt çe şmesi Keltepe 24-Dömentepe (Köst) Boyalı 26-Çakıloba çe şmesi Çakıloba 27-Fındıcakdere kayna ğı Çakıloba 28-Köprüba şı (Kaplan) Zaviye 31-Sazakdere kayna ğı Çakıloba 3 4 2 8 10 11 12 13 17 Kuyu Adı 2-DS İ 52545 kuyusu 3-DS İ 52547 kuyusu 4-DS İ 52544 kuyusu 8-BELED İYE 605 kuyusu 10-DS İ 53014 kuyusu 11-ET İ SODA SK-14 kuyusu 12-ET İ SODA SK-13 kuyusu 13-ET İ SODA 8-A kuyusu 17-BELED İYE L-4 kuyusu (b) Şekil 7.a,b. Ya ğı şlarda Kot- 18 O ili şkisi ve çe şitli suların beslenme kotlarının belirlenmesi 193 194 Tablo 2 : Beypazarı trona sahasında kuyu sularının 18 O izotop verilerine göre beslenme kotları BESLENME KOTU (m) NO KUYU ADI KOT(m) Aralık 1999 Mayıs 2000 Kasım 2000 Mayıs 2001 ORTALAM A 1 DS İ 45 742-B 506 929 1108 - 1020 2 DS İ 52545 360 1164 1440 1344 1386 1335 3 DS İ 52547 426 1435 1420 1518 1412 1445 4 DS İ 52544 458 1117 1254 1414 1220 1250 8 BELED İYE 605 575 1172 1169 1210 1185 9 ET İ SODA 15-A 630 1076 1106 1090 10 DS İ 53014 725 1041 1086 1175 1065 11 ET İ SODA SK-14 700 1165 1062 1110 12 ET İ SODA SK-13 700 1167 1164 1165 13 ET İ SODA SK-8A 715 1100 1164 1132 14 EST İ SODA SK-16 697 975 975 16 DS İ 52546 573 1395 1395 17 BELED İYE L-4 680 1130 1065 1098 4.2.2. Trityum- 18 O ve Trityum-Sıcaklık İli şkisi Hidrojenin radyoaktif izotopu olan ve bozunmaya u ğrayarak parçalanan; bu özelli ğiyle sulardaki derişimi zamanla azalan Trityum izotopu, güncel ya ğı şlardan beslenen kaynaklarda 10-16 TU arasında de ği şirken, beslenme bölgelerine en uzak olan kuyularda (52544, 52545, 52546, 52547) sıfır ya da sıfıra çok yakın de ğerler vermektedir. Yüksek kotlardaki güncel ya ğı ş kaynaklarından en güneydeki derin kuyulara do ğru da Trityumda genel biz azalma söz konusudur. Güneyden kuzeye, yani alçak kotlardan yüksek bölgelere do ğru gidildikçe suların göreceli olarak daha genç ya ğı şlardan beslendi ği anla şılmaktadır. İnceleme alanında su örneklerinde Trityum de ğerleri 0-16 TU arasında de ği şmektedir. • Sı ğ dola şımlı 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 kalı ş süreleri arasındaki ilişkiyi yansıtmaktadır. Şekil 7a,b,c’de dü şey eksen boyunca orijine doğru yaklaşıldıkça suların beslenme alanı kotu; yatay eksen boyunca orijine do ğru yakla şıldıkça akifer içinde kalı ş süresi artmaktadır. Farklı tarihlerde alınan örneklerden hazırlanan aşa ğıdaki grafiklerde, eksenlerin kesi şin noktasına en yakın noktalarla temsil edilen 2,3,4 ve 16 no.lu kuyular beslenme bölgesine en uzak kuyulardır. TU-(OKS İJEN-18) İL İŞK İS İ (ARALIK, 1999) 13 11 14 9 15 10 2 19 26 3 4 1 12 27 29 20 31 -12 -11.5 -11 -10.5 -10 -9.5 -9 -8.5 -8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TR İTYUM(TU) OKS İJEN-18 YAS akım yönü (a) 1 4 3 2 10 27 8 16 17 31 14 9 29 19 26 20 -11.5 -11 -10.5 -10 -9.5 -9 -8.5 -8 024681 01 21 41 6 TR İTYUM(TU) OKS İJEN-18 1 8 TU-(OKS İJEN-18) İL İŞK İS İ (MAYIS, 2000) YAS akım yönü (b) 195 196 36 31 27 29 3 13 4 2 26 8 11 12 10 20 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TR İTYUM (TU) OKS İJEN-18 17 TU - (OKS İJEN-18) İL İŞK İS İ (KASIM, 2000) YAS akım yönü (c) Şekil 7 a,b,c Kuyu ve kaynak sularında 18 O-Trityum ilişkisi TR İTYUM-SICAKLIK GRAF İĞ İ (MAYIS, 1999) 20 19 35 33 34 10 7 8 2 18 9 5 6 1 3 4 0 5 10 15 20 25 30 35 01234567891 01 11 21 31 41 5 TR İTYUM SICAKLIK (a) TR İTYUM-SICAKLIK GRAFİĞ İ (MAYIS, 2000) 2 4 1 8 3 23 10 9 24 28 32 29 22 21 18 31 20 26 19 25 27 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 TR İTYUM SICAKLIK YAS akım yönü (b) Şekil 8 a,b. Kuyu sularında TU-Sıcaklık ( o C) ilişkisi Şekil 8a,b’de genel olarak trityum de ğeri sıfıra yakın olan suların (2,3,4) sıcaklıklarının da yüksek olduğu görülmektedir. Bu tür suların di ğer sulara göre daha derin dola şımlı olduğu görülmektedir. SONUÇLAR Ya ğı şların kararlı izotop içeri ğinin kot ile de ği şiminin incelenmesiyle, inceleme alanındaki basınçlı akifer sisteminin, geçirimli birimlerin yüzeylendi ği alanlar ile daha yüksek kotlarda yayılımı bulunan Keltepe kireçtaşlarından beslendi ği ortaya çıkmı ştır. Ancak, jeolojik yapı, Keltepe biriminden beslenmenin mümkün olmadı ğını göstermektedir. Zaviye fayı güneyindeki senkinal yapı içinde trityum de ğeri sıfır, oksijen-18 ve döteryum içeriği beslenme bölgelerine yakın kuyulara göre daha negatif olan sular, aslında aynı kotlardan beslenen ve aynı geçirimli sistem içinde dola şan sular olup, bu suların geçi ş sürelerinin; yani sistem içerisinde kalı ş sürelerinin farklı oldu ğu şeklinde yorumlanmalıdır. Bu durum, sistemdeki yeraltısuyu besleniminin bir kısmının (beslenme bölgelerine en uzak bölgedeki sular) geçmi şte sıcaklı ğın ve buharla şmanın bugünküne göre daha düşük, ya ğı şların daha fazla oldu ğu soğuk iklimlerde gerçekle şmi ş olduğuna i şaret etmektedir. Bu kuyularda trityum içeriklerinin de sıfır veya sıfıra yakın olması ve 18 O ve 2 H’da olduğu gibi trityumun da beslenme bölgesine do ğru artıyor olması bu tezi desteklemektedir. Bu nedenle inceleme alanında beslenme bölgesinden boşalım bölgesine do ğru, yeraltısuyu akım yolu boyunca alınacak yeraltısuyu örneklerinde 14 C analizleri ile yaş tayini yapılarak daha sa ğlıklı de ğerlendirmeler yapılabilecektir. 197 198 KAYNAKLAR E İE İ, 1997, Etibank Beypazarı Trona İşletmesi Arıseki ve Zaviye Sektörleri Kuyu Yerleri Jeoteknik Etüt Raporu, Yayın:97-5, 77 s (yayınlanmamı ş). GEDİK Sondaj Mühendislik Mü şavirlik İnş. San. ve Tic. Ltd. Şti., 2001, Beypazari Trona Sahası Soda Külü Tesisi ve Atık Barajı Jeoteknik Raporu, Lugeon Deney Sonuçları, 8 s (yayınlanmamı ş). Günay, G. and Bayarı, C.S., 1989, Isotope Survey of Western Taurids Karst Region, HÜ- IAEA Research Contract RB 5019, Progress Report 1, 30 p (unpublished). Kurtta ş, T., 1997, Gökova (Muğla) Karst Kaynaklarının Çevresel Izotop İncelemesi, HÜ Fen Bilim. Ens. Yük. Müh. Tezi, 220 s (yayınlanmamı ş) MTA, 1986, Beypazarı Trona (Do ğal Soda) Yata ğı Maden Jeolojisi Raporu, MTA Der. Rap. No: 8079, 74 s (yayınlanmamı ş). Özgür, C., 1986, Ankara-Beypazarı Soda (Trona) Sahası Hidrojeoloji İncelemesi, Yük. Müh. Tezi, AÜ Fen Fak., 54 s (yayınlanmamı ş). Yurtsever, Y. and Gat, J.R., 1981, Stable Isotope Hydrology, Technical Report Series No:210, IAEA, Vien 199 SAKARBA ŞI KARST İK KAYNAKLARININ (Ç İFTELER-ESK İŞEH İR) H İDROJEOLOJ İS İN İN HİDROKİMYA VE ÇEVRESEL İZOTOP YÖNTEMLER İ KULLANILARAK BEL İRLENMES İ DETERMINATION OF HYDROGEOLOGY OF THE KARSTIC SPRINGS OF SAKARBASI BY USING HYDROCHEM İSTRY AND ENVIRONMENTAL ISOTOPE TECHNIQUES a) Füsun (GÜVEN) GÜNER, b) İsmail Noyan GÜNER a) İller Bankası Genel Müdürlü ğü Makina Sondaj Dairesi Yeni Ziraat Mah. 14.sok. No:14 Dı şkapı ANKARA b) MTA Genel Müdürlü ğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Eski şehir Yolu 5.km 06520 Çukurambar ANKARA, e-mail: n.guner@mta.gov.tr, tel: 312-2873430/1163 ÖZET Sakaryabaşı Kaynakları Eski şehir ve Afyon illeri sınırları içerisinde 4222 km 2 ’lik bir drenaj alanına sahip Yukarı Sakarya Havzasında yeralmaktadır. Bu çalı şmada söz konusu kaynakların hidrojeolojik özellikleri jeoloji, hidroloji, çevresel izotoplar, su kimyası ve uzaktan algılama yöntemlerinin yardımı ile belirlenmesine çalı şılmı ştır. Bölgesel jeolojik yapı alttan üste do ğru; mika şistlerden olu şan Paleozoyik ya şlı İhsaniye metamorfik karma şı ğı, Alt Triyas ya şlı K ıyır formasyonu, Alt Triyas-Üst Kretase ya şlı karbonatlardan oluşan Gökçeyayla formasyonu, Üst Kretase-Alt Paleosen ya şlı Çö ğürler karı şı ğı ile Kınık ofiyolitinden oluşmaktadır. Üst Paleosen-Eosen ya şlı Hanköy formasyonu çalı şma alanındaki daha ya şlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örtmektedir. Çalı şma alanının büyük bir bölümü konglomera-marn-jips, tüf-kumlu kireçta şları, bazaltlardan olu şan Neojen serileri ile Pliyosen ya şlı peki şmemi ş çakıl-kil, kumlar ve Kuvaterner ya şlı alüvyonlardan olu şmaktadır. İnceleme alanında İhsaniye metamorfik karma şı ğı içinde yer alan Paleozoyik ya şlı mermerler, güneybatıdan güneye do ğru yaygın olarak yüzeylenen Triyas ya şlı Gökçeyayla formasyonuna ait kireçtaşları ile Neojen kireçtaşları ve Kuvaterner ya şlı alüvyon geçirimli birimlerdir. İhsaniye metamorfik karma şı ğı şistleri, Kıyır formasyonu, Çö ğürler karı şı ğı, Kınık ofiyoliti ve Hanköy formasyonu geçirimsiz birimleri olu şturmaktadır. Neojen ya şlı formasyonun konglomera-marn, kireçtaşı-kil-jips ardalanmalı k ısmı, tüf-aglomera-tüfit- andezit, Miyosen-Pliyosen ya şlı bazalt ve Pliyosen çökelleri yarı geçirimli birim olarak ayırtlanmı ştır. Alansal ya ğı ş, e ş ya ğı ş e ğrileri yöntemiyle 403 mm/yıl olarak bulunmu ştur. Havza genelinde yağı ş oranı Mayıs ayında, akım oranı ise Mart ayında en yüksek de ğerini almaktadır. Bu durum havza dı şından bir beslenme oldu ğunu göstermektedir. Gerçek buharla şma-terleme de ğeri Turc yöntemi kullanılarak 338 mm olarak bulunmu ştur. Sakaryabaşı kaynaklarının toplam verdisi Aralık 1995’te boya seyreltme yöntemi ile 5.6 m 3 /s olarak belirlenmi ştir. 200 İnceleme alanında Sakaryabaşı kaynakları ve di ğer kaynaklardan ya ğı şlı ve kurak dönemlerde toplanan izotop ve su kimyası örneklerinin analizleri yapılmı ştır. İnceleme alanı genelinde Oksijen- 18 içeri ği, her 100 m’lik yükseltide -0.33 %o (? 18 O) ‘lik bir azalma göstermektedir. İzotop içeriklerinden di ğer kaynaklara göre Sakaryaba şı kaynaklarının daha yüksek kotlardan beslendi ği, daha uzun geçiş süresine sahip olduğu anla şılmı ştır. Sakaryabaşı kaynaklarının beslenme alanı, inceleme alanının güneybatısından güneydo ğusuna doğru geni ş bir şekilde yayılım gösteren Gökçeyayla formasyonuna ait dolomitik kireçta şlarıdır. Su kimyası analiz ve de ğerlendirme sonuçlarına göre, tüm örnekleme noktalarındaki sular kalsiyum-karbonatlı sular olup, Ca > Mg > Na+K, CO 3 +HCO 3 > SO 4 > Cl dizilimi belirlenmi ştir. Yapılan doygunluk analizi çalı şmaları sonucunda incelenen sular genel olarak kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine doygun; halit, jips, anhidrit ve manyezit minerallerine doygun de ğildir. ABSTRACT Sakarbasi Springs are located in the Upper Sakarya Region, with a drainage area of 4222 km 2 , 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 Çö ğürler 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 Sakarba şı and other springs during the wet and dry periods. Oxigene-18 constituent decreases every 100 meters of elevation by a value of –0.33%o. As a result of the isotopic analysis, it has been observed that the 201 Sakarbaşı springs are recharged from higher altitudes, and have longer flow periods with respect to the other springs. Recharge area of the Sakarba şı 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. G İR İŞ Sakarya Nehri Eskişehir-Çifteler yöresinde karstik kaynak grubu olarak bo şalmaktadır. Bu kaynakların ba şlıcaları Sakarba şı, Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin, Gümü şbel Kaynak Grupları ile, Hamampınarı, Ilıcabaşı ve Nimet Kaynaklarıdır. Orta Anadolu gibi yıllık toplam yağı şların dü şük olduğu bir alanda bu kadar boşalımlı kaynakların varlı ğı her zaman dikkat çekmi ştir. Bu kaynakların olu şumu ve bo şalım mekanizması ile ilgili olarak geçmi şte yapılan ciddi ve detaylı çalı şmalar Mumcu (1971) ve Esen (1978) tarafından yapılmı ştır. Kaynakların yüzeylendi ği bölgede topo ğrafik yapı düz ova özelli ğinde oldu ğu için jeolojik yapı belirgin de ğildir. Kaynaklar Neojen-Alüvyon konta ğından boşaldı ğı için, boşalım mekanizmasına neden olan jeolojik ve tektonik özellikler belirgin değildir. Ancak bölgede büyük bir su potansiyeli bulunmaktadır. DS İ tarafından sulama amaçlı açılmı ş olan i şletme kuyularının varlı ğı bu potansiyelin kanıtıdır. ÇALI ŞMA ALANININ COĞRAF İ ÖZELL İKLERİ Çalı şma alanının % 50’den fazla büyük bir alanının topoğrafik kotu 800-1000 m arasında yeralmaktadır. Geri kalan ise 1000-1800 arasında de ği şmektedir. Yıllık ortalama sıcaklık 10.5 o C dir. Topoğrafya büyük ölçüde jeolojik yapıya ba ğlı olarak geli şmi ştir. Magmatik, metamorfik ve Mesozoyik kireçtaşlarının yüzeylendi ği alanlarda tektonizma etkisi ile sarp bir görüntü veren topoğrafya, Neojen sedimanter kayaçların yüzeylendi ği alanlarda daha dü şük bir eğime sahiptir. JEOLOJ İ Bu çalı şmada, inceleme alanı ve dolayında bulunan temel kayaçlarının jeolojik tanımlamaları ve adlandırmaları (Özcan vd., 1989)’dan alınmı ştır. Bunun yanısıra deği şik yazarların, inceleme alanı ve çevresinde gerçekle ştirdikleri jeoloji çalı şmalarında yeralan Neojen yaşlı formasyonlar Güven (1996) tarafından sadele ştirilmi ştir. 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 kalınmı ştır. Çalı şma bölgesinde görülen en eski birimi İhsaniye metamorfik karma şı ğı olu şturmaktadır. 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 ya şlı karbonatlar yer almaktadır. Alt Triyas ya şlı alacalı kırıntılardan olu şan akarsu ve sı ğ deniz karakterli Kıyır formasyonu İhsaniye metamorfik karma şı ğı üzerinde açısal bir uyumsuzlukla oturur ve üste do ğru Gökçeyayla formasyonuna geçer. lt Triyas ya şlı alacalı kırıntılardan olu şan akarsu ve sı ğ deniz karakterli Kıyır formasyonu İhsaniye metamorfik karma şı ğı üzerinde açısal bir uyumsuzlukla oturur ve üste do ğru Gökçeyayla formasyonuna geçer. 202 Gökçeyayla formasyonu Triyas-Üst Kretase ya ş kona ğında çökelmi ş şelf tipi karbonatlardan olu şmaktadır. Birimin alt bölümünde dolomitik kireçtaşları, üst bölümünde ise çörtlü kireçta şı Gökçeyayla formasyonu Triyas-Üst Kretase ya ş kona ğında çökelmi ş şelf tipi karbonatlardan olu şmaktadır. Birimin alt bölümünde dolomitik kireçtaşları, üst bölümünde ise çörtlü kireçta şı Şekil 1. Çalı şma alanı yerbulduru haritası Şekil 1. Çalı şma alanı yerbulduru haritası hakimdir. Birimin en üst kesiminde ise derinleşmeye i şaret eden şeyl ve radyolaritlerin ardından Çö ğürler karı şı ğına geçi ş izlenir. hakimdir. Birimin en üst kesiminde ise derinleşmeye i şaret eden şeyl ve radyolaritlerin ardından Çö ğürler karı şı ğına geçi ş izlenir. Çö ğürler karı şı ğı Üst Kretase-Alt Paleosen yaş aralı ğında geli şmi ş ofiyolitli bir olistostrom olarak nitelendirilmi ştir. Birim, kırıntılı kayalardan olu şan bir matriks ve çok de ği şik nitelikteki blokları içerir. Çö ğürler karı şı ğı Üst Kretase-Alt Paleosen yaş aralı ğında geli şmi ş ofiyolitli bir olistostrom olarak nitelendirilmi ştir. Birim, kırıntılı kayalardan olu şan bir matriks ve çok de ği şik nitelikteki blokları içerir. Ultramafik kayalar ile temsil edilen Kınık ofiyoliti Çö ğürler karı şı ğı üzerinde tektonik dokanakla yer alır. Birimin bugünkü yerine yerle şmesinin Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi gerçekle şti ği dü şünülmektedir. Ultramafik kayalar ile temsil edilen Kınık ofiyoliti Çö ğürler karı şı ğı üzerinde tektonik dokanakla yer alır. Birimin bugünkü yerine yerle şmesinin Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi gerçekle şti ği dü şünülmektedir. Üst Paleosen-Eosen ya şlı Hanköy formasyonu çalı şma alanında daha ya şlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örter. Üst Paleosen-Eosen ya şlı Hanköy formasyonu çalı şma alanında daha ya şlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örter. Neojen ya şlı birimler, farklı nitelikteki kırıntılı ve karbonat kayaları ile volkanik ve volkanosedimanter kayaların yanal ve dü şey geçişleri ile karakterize edilir. Neojen ya şlı birimler, farklı nitelikteki kırıntılı ve karbonat kayaları ile volkanik ve volkanosedimanter kayaların yanal ve dü şey geçişleri ile karakterize edilir. 50 40 30 20 10 0 10 ÖLÇEK Km POLATLI HAYMANA ÇAY SANDIKLI ŞUHUT YUNAK BOLV AD İN S İNCANLI AFYON ÇOBANLAR ÇELT İK DA VULGA EM İRDA Ğ B AYAT İSCEH İSAR ÜMRAN İYE GÜNYÜZÜ S İVR İH İSAR KAYMAZ Ç İFTELER HAN MAHMUD İYE BEYL İKOV A ALPU İNÖNÜ İHSANİYE ALTINTAŞ KIRKA SEY İTGAZ İ KÜTAHYA ESK İŞEH İR Ana asfalt Asfalt Şehir Merkezi Çalı şma alanı İlçe merkezi Şekil 2. Çalı şma alanı ve dolayının hidrojeoloji haritası (Güven, 1996). Alüvyon Geçirimli H İDROJEOLO ÖZELL İKLER AÇIKLAMALAR Bazalt Ya rı Geçirimli N1a N1b N2 Pl Qal ß N3 Th N1a: Riyolitik tüf, aglomera, tüfit J İK Ya rı Geçirimli N1b: Trakiandezit, tüfit Ya rı Geçirimli N2: Kireçta şı Geçirimli N3: Konglomera, marn, kireçta şı, Ya rı Geçirimli kil, jips, silt, turba Hanköy Formasyonu Ya rı Geçirimli Konglomera, kumta şı- kilta şı-siltta şıarabantlı Kınık Ofiyoliti: Geçirimsiz Serpantinle şmi ş peridoti, tgabro, piroksenit Çö ğürler Karı şı ğı: Geçirimsiz Kilta şı-çamurta şı, türbidik kumta şı, kireçta şı, ultramafik volkanosedimanter, mavi şist bloklu, ofiyolitli olistostrom Kof Kç TRKg Trk Pzi Pzim ? Trkç Kıyır Formasyonu: Geçirimsiz Siltta şı, kumta şı ve çakılta şı, yer yer kireçta şı, karbonat çimentolu çakılta şı İhsaniye Metamorfik Karma şığı: Geçirimsiz Peridotit Geçirimsiz Üst drenaj alanı Alt drenaj alanı Devamlı akarsu Mevsimlik akarsu Kaynak Sondaj kuyusu Ye r a l tısuyu seviyesi Fay(+ yükselen,- alçalan bl Gömülü fay(alçalan blok) 12-38 Alt drenaj alan no. Granit-biyotit-muskovit-albit şist- klorit şist-serisit şist-kuvarsit şist, kuvarsit ve mermer Gökçeyayla Formasyonu: ok) Geçirimli Dolomitik kireçta şı, kuvarsit, çörtlü kireçta şı 920 940 960 900 880 860 860 860 860 900 920 940 960 880 900 920 840 12 - 38 12 - 38 12 - 39 SAKARBA ŞI KAYNAKLARI VE DOLAYININ H İDROJEOLOJ İ HAR İTASI 860 + - 0 2 4 6 8 10 Jeoloji çalı şmaları, Mumcu (1971),Esen (1978), Özcan vd. (1989); Umut vd. (1991)’den derlenmi ştir. Uman ve Yergök (1979) Metin vd. (1988), Güven, F., 1996 1 6 7 2 3 12 13 14 15 10 11 9 8 4 5 klar: 1) Sakarba şı, 2) Eminekin, 3) Ilıcabaşı, 4) Sadırp ğlu, 5) Başkurt, 6) Kaymaz, 7) T.Mecidiye, alimpa şa, 9 )Pınarba şı, 10) Gümü şbel, 11) Nimet, 12) Kozyaka 13) Göcenoluk, 14) Akpınar, 15) Sı ğracık Pliyosen km Kayna 8 )S.h Kil, kum, çakıl, kumta şı Ya rı Geçirimli 203 204 H İDROJEOLOJ İ Çali şma alanında yeralan birimler geçirimli, yarıgeçirimli ve geçirimsiz olmak üzere üç de ği şik hidrojeolojik birime ayrılmı ştır Geçirimli Birimler İnceleme alanında İhsaniye metamorfik karma şı ğına ait mermerler (Pzim), havzanın batısından güneye doğru bir yay şeklinde uzanan ve dolomitik kireçta şından Mesozoyik ya şlı olu şan Gökçeyayla Formasyonu (Trkg), Seyitgazi ve Eminekin arasında yeralan Neojen yaşlı kireçta şları (N 2 ) ve Kuvarterner ya şlı alüvyon (Qal) geçirimli birimleri olu ştururlar. Yarı Geçirimli Birimler İnceleme alanında yer alan Neojen ya şlı formasyonun konglomera-marn,kireçta şı-kil-jips ardalanmalı bölümü (N 3 ), tüf-aglomera-tüfit-andezitten olu şan bölümü (N 1ab ), Miyosen-Pliyosen ya şlı Bazalt (ß) ve kil-kum-çakıl-kumta şı ardalanmasından oluşan Pliyosen çökelleri (Pl) yarı geçirimli birimleri olu şturmaktadırlar. Pliyosen’de açılmı ş sondaj kuyularında yapılan pompalama denemelerine göre hidrolik iletkenlik de ğeri 200 m 3 /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 ya şlı birimi olu şturan İhsaniye metamorfik karma şı ğı şistleri (Paleozoyik), Alt Triyas ya şlı K ıyır formasyonu (TRk), Üst Kretase-Alt Paleosen ya şlı Çö ğürler karı şı ğı (Kç), Kınık ofiyoliti (Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi) ve Üst Paleosen-Eosen ya şlı Hanköy formasyonu (Th) geçirimsiz birimleri olu şturmaktadır. Çöğürler karı şı ğı içinde Gökçeyayla formasyonuna ait kireçta şı bloklarının bulunduğu yerlerde küçük önemsiz kaynaklar bulunmaktadır. SU K İMYASI Çalı şma alanı içinde yeralan kaynaklarda 1994-1995 yıllarında su kimyası analizi için 3 dönem örnekleme yapılmı ştır. Ayrıca arazide pH, sıcaklık, elektriksel iletkenlik gibi parametreler ölçülmü ştür. Sakarbaşı kaynakları, Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin ve Pınarba şı kaynaklarının elektriksel iletkenlik de ğerleri 800-950 µS/cm arasında de ği şmektedir. Kaynakların elektriksel iletkenlik de ğerleri gerek ya ğı şlı gerekse kurak dönemler olsun kendi içinde hemen hemen aynıdır. En yüksek iletkenlik de ğeri Pınarba şı kayna ğına aittir. Bu de ğerin yüksek olmasının sebebi suyun bünyesindeki çözünmüş SO 4 iyonundan kaynaklanmaktadır. Söz konusu kaynakların sıcaklık de ğerleri 19 –21 o C arasında de ği şmektedir. Yapılan üç dönem arazi çalı şmasında, kendi içlerinde hemen hemen sabit de ğerler almaktadır. Bu da kaynakların derin dolaşımlı oldu ğunu ve yıllık ya ğı şlardan etkilenmediğini göstermektedir. Piper diagramına göre Sakarbaşı kaynakları, Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin ve Pınarba şı kaynakları kalsiyum-mağnezyumlu sülfatlı bikarbonat sularıdır. Sülfat iyonunun yüksek olması, suların faylar hatları boyunca yüzeye çıkı şı sırasında Neojen birimleri içindeki jipsli seviyelerden dolayıdır. Bu özellik Schöeller grafi ğinde de görülmektedir. Göcenoluk, Kozyaka, ve Kaymaz kaynakları ise kalsiyum bikarbonatlı sular sınıfına girmektedir. Akpınar ve Nimet kaynaklarındaki sülfat iyonunun di ğer kaynaklara göre yüksek olu şu, Neojen sedimanları içinde bulunan jipslerden kaynaklanmaktadır. Cl 20 40 60 80 HCO3+CO3 80 60 40 20 0 100 SO4 20 40 60 80 SO4+Cl 20 40 60 80 Ca+Mg 20 40 60 80 0 20 40 Ca 1 0 08 06 04 02 00 80 Na+K 60 40 20 Mg 60 80 Sakarba şı, Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin, Pınarba şı Ilıcabaşı, Nimet, Gümü şbel Kozyaka, Akpınar, Göcenoluk, Kaymaz Sakarba şı K. Havuzba şı K. Kırgız Gölü K. Hamampınarı K. Karaburgu K. Ilıcaba şı K. Eminekin K. Ba şkurt K. Pınarba şı K. Sadıro ğlu K. Ca Mg Na+K Cl SO HCO 43 10 1 0.1 Kaymaz K. Kozyaka K. Göcenoluk K. Akpınar K. Gümü şbel K. Sı ğracık K. Nimet K. Ca Mg Na+K Cl SO HCO 43 10 1 0.1 Şekil 3. İnceleme alanında yeralan su noktalarına ait Piper ve Schöeller grafikleri. Ilıcaba şı Karaburgu Kaymaz S.halimpa şaS ı ğracık T.M. Ilıksu T.M. Sondaj Havuzba şı Ba şkurt Kozyaka Nimet Pınarba şı Sadıro ğlu Sakarba şı Eminekin Göcenoluk Gümü şbel Hamampınarı Akpınar Kırgız 1.0 2.0 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2.0 -2.2 -2.4 -2.6 -2.8 -3.0 log(pCO ) 2 log(pCO ) 2 SI SI (aragonit) (kalsit) SI SI () ( ) jips dolomit Şekil 4. İnceleme alanında yeralan kaynakların pCO 2 -SI kalsit , SI dolomit , SI aragonit ve SI jips grafi ği. 205 206 Yapılan üç dönemlik arazi çalı şmalarında 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 (pCO 2 ) hesaplanmı ştır ( Şekil 4). Buna göre Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin, Sakarba şı, Havuzba şı, Hamampınarı, Ilıcabaşı, Karaburgu, Kırgız kaynakları kalsit, dolomit minerallerine doygun ancak Göcenoluk, Kaymaz, Gümü şbel, Kozyaka, Sı ğracık, Nimet ve Akpınar kaynakları doygun değillerdir. Bütün su noktaları jips minerali açısından doygun de ğildir. Şekil 4’e göre Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin, Sakarba şı, Havuzba şı, Hamampınarı, Ilıcabaşı, Karaburgu, Kırgız kaynakları derin dola şımlı birinci grup kaynakları, Göcenoluk, Kaymaz, Gümü şbel, Kozyaka, Sı ğracık, Nimet ve Akpınar kaynakları sı ğ dolaşımlı ikinci grup kaynakları olu şturmaktadır. İZOTOP H İDROLOJİS İ Oksijen 18 - Döteryum İlişkisi 1963 yılından itibaren IAEA-WMO gözlem a ğı çerçevesinde Adana, Antalya ve Ankara ya ğı ş gözlem istasyonlarında ya ğı ştaki ?O 18 , ?D, T de ğerleri aylık olarak ölçülmektedir. Ankara Y:G. İ’na istasyonuna ait 1964-1992 yılları arasında ölçülmü ş olan ? 18 O-?D de ğerleri kullanılarak Ankara Meteorik Doğrusu çizilmi ş ve doğru denklemi ?D = 8 ?O 18 + 14.5 olarak bulunmuştur. İnceleme alanına ait örneklerin oksijen-18/döteryum ilişkisi Şekil 5’de, gösterilmi ştir. İncelenen tüm suların ?D = 8 ?O 18 + 14.5 Ankara Meteorik Do ğrusu ile ?D = 8 ?O 18 + 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 yağı şlardan beslenen karst akiferlerine ait örnekler oksijen 18- döteryum grafi ği üzerinde birbirine yakın konumda bulunurlar. Şekil 5’de oksijen-18 ve döteryum ili şkisi incelendi ğinde, aynı karst akı ş sistemi içinde yer alan su noktalarının birbirine yakın konumlara sahip oldukları gözlenmektedir. Gümü şbel kayna ğı hariç di ğer tüm kaynaklar grafik üzerinde birbirlerine yakın konumda bulunmaktadırlar. Eminekin kayna ğının beslenme alanı di ğer su noktalarına göre daha yüksek kottadır, duraylı izotoplar bakımından hafif bir sudur. Ba şkurt, Havuzba şı, 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 Gümü şbel kaynakları kullanılarak çizilen regresyon do ğrusunun e ğimi, dü şük nem içerikli ya ğı şları i şaret etmektedir (Gonfiantini, 1986). Duraylı izotoplardan döteryum ile oksijen-18 arasındaki ili şki, belli ya ğı ş rejimleri için de ği şmemektedir. Bu nedenle, örneklerdeki döteryum fazlası kullanılarak farklı ya ğı ş rejimlerinin etkisi ve beslenme alanları konusunda bilgi edinme olana ğı vardır. Döteryum fazlası, ?D=8?O 18 +10 207 Çizelge 1’de verilmi ştir. ekil 5. İnceleme alanındaki kaynakların ? 18 O-?D grafi ği (Güven, 1996’dan) e şitli ği ile hesaplanabilir. İnceleme alanındaki örnekler için hesaplanan döteryum fazlası (Df), ? 21 8 H= O+22 ? ?? 21 8 H= O+14.5 ?? 21 8 H= O+10 ? 2 H (‰ VSMOW) ? 18 O (‰ VSMOW) -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 20 10 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -70 -80 -80 -11 -10 -9 Ba şkurt Karaburgu Eminekin Kırgız Göcenoluk Kozyaka Nimet Gümü şbel H.pınarı P. b a şı Havuzba şı Sadıro ğlu Ilıcaba şı T.mecidiye Saithalimpa şa Akpınar Kaymaz Ş 208 izelge 1. İnceleme alanındaki kaynakların döteryum fazlası de ğerleri (Güven 1996). Ç Örnek Adı Df Örnek Adı Df Örnek Adı Df Örnek Adı Df Eminekin K. 13.92 9.92 9.04 10.8 Kaymaz K. Nimet K. Sadıro ğlu K. Ba şkurt K. 12.8 Ilıcabaşı K. 9.86 Havuzba şı K. 15.38 Pınarbaşı K. 9.34 Hamampınarı K. K. 10.56 Kırkgız Gölü 11.42 Çizelge 2. İnceleme alanına ait çevresel izotop verileri (Güven 1996). Tarih Örnek Adı Türü ?O 18 (‰ ) SMOW ?D (‰ S W) MO T (TU) T(°C) EC (µ ) S/cm Yükselti (m) 7.7.94 Kaymaz K. Kaynak 16.6 27.5 -10.44 -73.6 350 1105 7.7.94 Ilıcabaşı K. Kaynak -10.17 -71.5 2.7 24.5 600 891 7.7.94 Eminekin K. Kaynak -10.79 -72.4 0.8 22.0 800 890 7.7.94 Ba şkurt K. Kaynak -10.6 -72 1.6 19.0 800 872 7.7.94 Sadıro ğlu K. -71.2 Kaynak -10.25 1.2 20.0 800 890 7.7.94 Pınarbaşı K. Kaynak -10.18 -72.1 2.7 20.0 950 910 8.7.94 Gümüşbel K. Kaynak -9.16 -67.6 6.1 15.0 410 918 8.7.94 Nimet K. Kaynak -10.53 -75.2 - 19.5 492 900 8.7.94 Havuzba şı K 1.7 Kaynak -10.56 -69.1 19.0 900 860 8.7.94 Kırkgız G.K. Kaynak -10.34 -71.3 1.4 20.0 780 880 8.7.94 H.pınarı K. Kaynak -10.57 -74 0.4 26.0 820 865 21.10.94 -74.7 S. H. Pa şa S. Kuyu -9.95 - 15.6 1000 870 22.10.94 T.Mecidiye S. 2.1 Kuyu -9.13 -65.8 15.7 550 900 23.10.94 Kozyaka K. Kaynak -10.55 -71.9 - 17.5 470 1150 23.10.94 Göcenoluk K. Kaynak -10.25 -70 9 9.6 325 1250 23.10.94 Akpınar K. Kaynak -9.82 -68.7 3.4 11.8 200 1100 23.10.94 Karaburgu K. Kaynak -10.51 -77.3 1.5 22.0 890 850 Oksijen 18 - Yükselti İli şkisi çmi şte yürütülen çalı şmalar sonucunda oksijen-18 içeri ğinin, co ğrafi u örneklerinin oksijen-18 içerikleri ve bo şalım örnekleme yükseltileri dikkate alınarak çizilen İzotop hidrolojisi konusunda ge konum, enlem vb. parametrelerin yanısıra, esas olarak yükselti ile ters orantılı biçimde azaldı ğı gösterilmi ştir (Payne and Dinçer, 1965). Genel olarak her 100 m’lik yükseklik artı şına kar şılık oksijen-18 içeri ğindeki azalma ‰ -0.15 ile ‰ -0.50 arasında de ği şmektedir (Clark ve Fritz, 1997). Güven (1996), Göcenoluk, Akpınar ve Gümü şbel kaynaklarını kullnarak yaptı ğı hesaplamada inceleme alanında ? 18 O/h de ği şimi ‰ -0.33/100 m olarak belirlemi ştir. Buna göre hesaplanan ortalama beslenme yükseltisi de ğerleri Çizelge 6’da verilmi ştir. S Şekil 6’dan örneklerin belirgin biçimde gruplandıkları gözlenmektedir. Grafi ğe göre Eminekin kayna ğı en yüksek, Gümü şbel kayna ğı da en alçak beslenme alanına sahiptirler. Ayrıca Ba şkurt, Hamampınarı, Havuzba şı, Karaburgu, Nimet kaynakları da yüksek beslenme alanına sahiptirler. Kırkgız Gölü, Sadıro ğlu, Ilıcaba şı ve Pınarba şı kaynakları biraz daha alçak beslenme alanına sahiptirler. Çizelge 3. Su örneklerinin oksijen-18 izotop içeriklerinden belirlenen ortalama beslenme yükseltileri (Güven, 1996) Örnek Adı ?O 18 Bo şalım Yük. (m) Beslenme Yük. (m) Fark (m) Kaymaz Kayna ğı -10.44 1015 1308 293 Ilıcabaşı Kayna ğı -10.17 891 1226 335 Eminekin Kayna ğı -10.79 890 1415 525 Ba şkurt Kayna ğı -10.6 872 1357 485 Sadıro ğlu Kayna ğı -10.25 890 1250 360 Pınarbaşı Kayna ğı -10.18 910 1229 319 Nimet Kaynağı -10.53 900 1335 435 Havuzba şı Kayna ğı -10.56 860 1344 484 Kırkgız Gölü Kayna ğı -10.34 880 1277 397 Hamampınarı Kayna ğı -10.57 865 1348 483 Karaburgu Kayna ğı -10.51 850 1329 479 Kozyaka Kaynağı -10.55 1150 1341 191 Akpınar Kayna ğı -9.82 1100 1119 19 Yükseklik (m) Ba şkurt Karaburgu Eminekin Kırgız Göcenoluk Kozyaka Nimet Gümü şbel H.pınarı P. b a şı Havuzba şı Sadıro ğlu Ilıcaba şı T.mecidiye Saithalimpa şa Akpınar Kaymaz 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 -9 -10 -11 ? 18 O = -0.0033 * h - 6.1538 r = 0.99 ? 18 O Şekil 6. İnceleme alanına ait su örneklerinin oksijen-18/yükselti ilişkisi 209Trityum - Elektriksel İletkenlik İlişkisi Suların izotopik de ğerlendirilmesinde kullanılan trityum ( 3 H) izotopu, duraysız bir izotop olmasından dolayı yeraltısuyunun rezervuarda kalı ş süresi ile orantılı olarak radyoaktif bozunmaya uğramaktadır. Dolayısı ile yeraltısularının ba ğıl ya şlarının ortaya konmasında 3 H izotopu en önemli parametrelerden biridir. Aynı şekilde örneklere ait EC de ğeri de, yeraltısuyunun rezervuarda kalı ş süresine ba ğlı olarak artı ş göstermektedir. Kaymaz, Göcenoluk, Gümü şbel ve Akpınar kaynaklarının yüksek trityum ve dü şük EC de ğerlerine sahip olmaları, bu kaynaklara ait suların geçiş sürelerinin kısa oldu ğunu, Ba şkurt, Sadıro ğlu, Eminekin, Kırkgız Gölü, Hamampınarı, Karaburgu, Havuzba şı ve Pınarba şı kaynaklarının dü şük trityum ve yüksek EC de ğerlerine sahip olmaları, bu kaynak sularının derin dola şımlı olduklarını göstermektedir. Ilıcabaşı kayna ğının EC de ğeri Sakaryaba şı kaynaklarına göre dü şük olmasına ra ğmen, dü şük trityum içeri ği bu kayna ğında derin dola şımlı olduğunu göstermektedir ( Şekil 7). T.mecidiye Sadıro ğlu P. b a şı Kırgız Karaburgu Kaymaz Ilıcaba şı Akpınar Ba şkurt Gümüşbel H.pınarı Göcenoluk Eminekin Havuzba şı Trityum (TU) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Elektriksel İletkenlik ( S/cm) µ Şekil 7. İnceleme alanına ait su örneklerinin trityum/elektriksel iletkenlik ili şkisi. Yeraltısuyunun Geçi ş Süresi Karst hidrojeolojisi çalı şmalarında trityum izotopunun başlıca kullanım alanı yeraltısuyunun akiferden geçiş süresinin belirlenmesidir. Yeraltısuyunun akiferden geçi ş süresi, kar yada yağmur olarak yüzeye dü şen suyun bir kaynak ile akiferi terk etmesine kadar geçen süre olarak tanımlanmaktadır. Radyoaktif trityum izotopu ile hidrojeolojik sistemlerde yeraltısuyu da ğılımı ve geçi ş süresi hakkında bilgi edinilebilmekte, geçi ş süreleri ile suların göreli ya şları ve aynı sisteme ait olup olmadıkları belirlenebilmektedir. 210Eriksson (1958) tarafından geli ştirilen tam karı şım varsayımına dayalı eksponansiyel model yaklaşımı kullanılarak geçi ş süreleri hesaplanmı ştır. Model, karst hidrojeolojisinde yaygın dola şım rejimini ifade etmektedir. Ct Ct e e d i t 0 0 1 () ( ) . . . (/) =- -- ? ? ?? ?? ? ? Burada; C 0 (t) : t anındaki sistemden çıkan trityum deri şimi, (TU) C i (t-?) : (t-?) anında sisteme giren trityum deri şimi, (TU) e -?? : radyoaktif bozunma düzeltme faktörü ? : değeri 0.0565 olan trityum bozunma sabiti ? : sistemin yenilenme süresi (yıl) Hesaplamalarda trityum girdi de ğeri olarak inceleme alanı üzerindeki ya ğı şların izotopik bile şimini temsil edebilecek en yakın istasyon olan Ankara istasyonuna ait veriler kullanılmı ştır. Ankara istasyonunun 1953-1962 yılları arasındaki verileri Tezcan (1992) tarafından Ottawa istasyonu ile Ankara istasyonu arasında yapılan korelasyon ile uzatılmı ştır. Ayrıca Ankara ya ğı şlarına ait a ğırlıklı ortalama trityum de ğerlerinin eksik yıllarıda yine Tezcan (1992)’a ait korelasyon ba ğıntıları kullanılarak tamamlanmı ştır. Bu de ğerlerin tamamlanması ve geriye doğru uzatılması için IAEA-WMO gözlem a ğı çerçevesinde en uzun gözleme sahip Ottawa istasyonu ile regresyon kurmak, kuzey yarı kürede trityum de ğerlerinin da ğılımının homojenli ği nedeni ile yaygın olarak kullanılmaktadır (Gat, 1980). Güven (1996) tarafından hesaplanan trityum çıkı ş grafi ği ve de ğerleri Şekil 8’de ve Çizelge 4’de verilmi ştir. 2110 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1992 1993 1994 YI LLA R T.U. 1 y ›l 2 y ›l 3 y ›l 4 y ›l 5 y ›l 6 y ›l 7 y ›l 8 y ›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 Örnekleme Yılı Şekil 8. Trityum çıkı ş de ğerlerinin 1992-1994 yılları arasındaki de ği şimi (Güven, 1996) Çizelge 4. Kaynakların trityum izotopu içeri ğine göre akifer içindeki dola şım süreleri (Güven, 1996) Örnek T T hata + - Geçi ş Örnek T T hata + - Geçi ş Kaymaz K. 16.6 0.7 17.3 15.9 6-7 ay Gümü şbel 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 Havuzba şı 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 Ba şkurt 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 Sadıro ğlu 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, Sadıro ğlu, Eminekin, Ba şkurt, Ilıcabaşı ve Pınarbaşı kaynaklarının hidrojeolojik özellikleri, jeolojik yapı, hidrolojik veriler, arazi gözlemleri, sukimyası ve izotop de ğerleri ile birlikte de ğierlendirildi ğinde, söz konusu kaynakların beslenme bölgesi havzanın güneybatısından güneyine do ğru bir yay şeklinde yüzeylenen ve dolomitik Gökçeyayla formasyonudur. ? 18 O-yükseklik ili şkisi kullanılarak hesaplanan yükseklik 212 213 de ğerleri, Gökçeyayla formasyonu’na karşılık gelmektedir. Kaynakların bütün arazi dönemlerinde yapılan su kimyası analizlerinde dolomit mineraline doygun olmaları di ğer bir gösterge olarak kabul edilebilir. Neojen kireçta şlarından kaynaklara yeratısuyu katkısının olması dü şünülmemektedir. Çünkü Bardakçı deresi ve Seydisuyu yıl boyunca akı ş halindedir ve bu derelerin K-G yönlü akı şının olduğu bölgelerde (havza batısı) geçirimsiz Çö ğürler karı şı ğı Neojen kireçta şlarının içinde yüzeylenmekte dolayısıyla geçirimsiz bariyer özellik göstermektedir. KAYNAKÇA Esen, E., 1978, Yukarı Sakarya Havzası Hidrojeolojik Etüt Raporu, DS İ Genel Müdürlüğü, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Ba şkanlı ğı, 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, Sakaryaba şı 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, DS İ, Ankara, 16 s. Özcan, A., Göncüo ğlu, M.C., Turhan, N., 1989, Kütahya-Çifteler-Bayat-İhsaniye Yöresinin Temel Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ğü, 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 (Eski şehir ili) - Çeltik (Konya ili) ve Dolayının Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ğü, 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 İli şkilerinin Tabii İzotoplarla Ara ştırılması Sonuçları: E İE Bülteni, c. 75-76, 51-64. 215 DEL İCE IRMA ĞI (YERKÖY) VE KOM ŞU AK İFERLER ARASINDAK İ İL İŞK İN İN HİDROK İMYASAL VE İZOTOP İK YÖNTEMLERLE İNCELENMES İ INVESTIGATION OF RELATION BETWEEN DEL İCE RIVER (YERKÖY) AND SURROUNDING AQUIFERS BY HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC TECHNIQUES Doç. Dr. Mehmet ÇEL İK Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Müh. Bölümü, 06100, Tando ğan, Ankara. E-mail: celikm@eng.ankara.edu.tr ÖZET Bu çalı şmanın amacı Yerköy dolayındaki Delice ırma ğı ile yeraltı suları arasında hidrolik ba ğlantıyı ve suların kalitesini ara ştırmaktır. Bölgede yer alan sı ğ 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-SO 4 fasiyesi sı ğ akiferi karakterize etmekte, (3) Na-HCO 3 (SO 4 ) fasiyesi sı ğ akiferin batı k ısmını temsil etmektedir. Delice ırma ğı suları sulama ve evsel kullanım için uygun durumda olmasına ra ğmen, sı ğ alüvyon akifer suları oldukça tuzlu ve litolojik birimler tarafından kirletilmiş durumdadır. Deliceırma ğı ve alüvyon akifer arasında aktif yeraltı suyu dola şımı ve akiferde seyrelme oldu ğu tesbit edilmi ştir. Yeraltı suyunun kısa sirkülasyonu nedeniyle hidrokimyasal konsantrasyon ve tuzluluk düşük bulunmu ştur. Alüvyon akiferin di ğer 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 + -SO 4 2- facies were the greater portion of the shallow alluvium aquifer, and (3) Na + - HCO 3 - (SO 4 2- ) facies represented the western portion of the shallow alluvium aquifer. Based on field and laboratory observations it was found that the water of the River Delice is suitable for irrigation and domestic use whereas the water from the shallow aquifer is extremely saline and considered to have been polluted by local lithological units. Active groundwater circulation and dilution between the alluvium aquifer and the River Delice was observed. Because of the short residence time of the groundwater in this area, the hydrogeochemical concentration and the salinity were found to be low. The other portions of the alluvium aquifer bear higher concentrations of soluble ions. Anahtar Kelimeler: Hydrochemistry, isotope, surface-water/groundwater relation, pollution, Yerköy G İR İŞ İnceleme alanı Yozgat ilinin Yerköy ilçesi ve yakın dolayında, Delice ırma ğı ve bununla hidrodinamik olarak ili şkili olan yeratı suyu akiferini kapsamaktadır (Şekil 1). Bu alanda, Bulamaçlı, Uyuz ve Koyunba şoğlu kaplıcaları s ıcak su, Yerköy ovasındaki kuyular so ğuk su noktalarını, Delice ırma ğı ve Cender dere de yüzey sularını olu şturmaktadır. Bu çalı şmada Yerköy ovasındaki yeraltı suları ve Delice ırma ğı sularının temel hidrokimyasal, kirlilik ve çevresel izotop analizleri yapılarak, suların kalitesi, özellikleri ve birbirleriyle ili şkileri ara ştırılmı ştır. Burada yapılan çalı şma konusuyla ilgili olarak Ankara çayı dolayında yapılan Kayabalı ve di ğ. (1999)’ nin çalı şması örnek olarak verilebilir. Bölge ve dolayında hidrojeoloji çalı şmalarından Canik (1982), Gündüz (1993), Gündüz ve Özten (1994), Şim şek (1995), Ünsal ve Af şin (1999), Çelik ve Arıgün (2001) ve Çelik (2002) yer almaktadır. Şekil 1. İnceleme alanının yer belirleme haritası 216 217 JEOLOJ İ İNCELEMES İ İnceleme alanında, en altta Alt Eosen ya şlı Kötüda ğ volkanit üyesi, üzerinde Orta Eosen ya şlı Çevirme formasyonu, daha sonra Miyosen-Üst Eosen ya şlı Deliceırmak formasyonu gelmektedir. En üstte de alüvyon ve travertenden olu şan genç Kuvaterner birimleri yer almaktadır ( Şekil 2). Kötüda ğ volkanit üyesi, inceleme alanının güneydo ğusunda, Kötü T., Kale T. ve Hacıahmet da ğı dolayında yüzeylenmektedir. Almı ş olduğumuz kayaç örnekleri ileri derecede karbonatla şmı ş ve demiroksitle şmi ş riyolit özelli ğindedir. Bu üye riyolit, riyodasit ve dasitten olu şmaktadır (Gündüz ve Özten, 1994). Riyolitlerin oldukça kırıklı ve çatlaklı oldukları gözlenmi ştir. İnceleme alanı dı şında kötüdağ volkanit üyesinin altında granitlerin olduğu bilinmektedir (Canik, 1982). Kötüda ğ volkanit üyesini olu şturan 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 çakılta şları ile ba şlamaktadır. Hamam T’ nin do ğusunda riyolitlerle olan dokana ğı kireçta şlarıyla ba şlamaktadır. Kireçta şlarının üzerinde de jipsli marnlar yer alır. Gültepe dolayında çakılta şları, Kale mahallesi dolayında çakıllı ve bol fosilli kireçta şları, Kale mahallesi ile Yerköy ovası arasındaki alanda kilta şı, marn birimleri gözlenmiştir. Alandaki çakılta şı ve kireçta şları orta kalınlıkta tabakalanma sunarlar. Üstte yer alan marnlar Kale mahallesi kuzeyinde tabakalıdır. Gültepe mahallesi batısındaki marnlar içerisinde saçılmı ş olarak jips parçaları bulunmuştur (Şekil2). Deliceırmak formasyonu, Çevirme formasyonu üzerine gelmekte olup, inceleme alanının kuzeyinde, kuzeybatı ve kuzeydoğu tarafında yüzeylenmektedir. Bu formasyon çakılta şı, kumta şı ve siltta şlarından oluşmaktadır. Alüvyon birimleri Deliceırma ğı boyunca, daha çok ırma ğın batı kıyısı ve Cender Dere boyunca da görülmü ştür (Şekil 2). Alüvyon birimleri çakıl, kum ve kil boyutu malzemelerden olu şmaktadır. Yerköy ve kuzeyinde yaklaşık 6 km geni şli ğe ula şmaktadır. Traverten çökelleri Bulamaçlı Hamamı kayna ğının eski çıkı ş yerlerinde bulunmaktadır. H İDROJEOLOJ İ ÇALI ŞMALARI Deliceırmak formasyonu birimleri, alüvyon ve traverten birimleri geçirimli birimlerdir. Çevirme formasyonunun kireçta şları ile çakılta şları geçirimli iken, marn ve kilta şları geçirimsizdir. Kötüdağ volkanit üyesi birimlerinde bol miktarda kırık ve çatlak görülmesine ra ğmen bunlar tam olarak akifer olu şturacak şekilde geçirimli birimler olarak de ğerlendirilmemektedir. Birincil gözeneklili ği 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 yapılmı ştır. Bu iki dönemden, Kasım dönemi yeraltı su seviyesinin genellikle en dü şük olduğu, Mayıs ise en yüksek olduğu dönemi göstermektedir. Akarsu ve yeraltı sularından aynı dönemlerde hidrokimyasal analiz ve yeraltı suyu kirlili ği amaçlı örnekler alınmı ştır. Şekil 2. İnceleme alanının hidrojeoloji haritası 218 Yüzey Suları Delice ırma ğı inceleme alanını güneydoğu kenarından ba şlayıp kuzeyinden geçerek boydan boya katetmektedir. Delice ırma ğına, Bulamaçlı kaplıcası doğusundan geçen Cender dere de karı şmaktadır (Şekil 2). Delice ırma ğının, 14 Kasım 1998 tarihinde D1 noktasında, muline ile yapılan debi ölçümü 4,94 m 3 /s, 31 Mayıs 1999 tarihinde aynı noktada yaptı ğımız debi ölçüm sonucu 9,47 m 3 /s bulunmuştur. Deliceırma ğında Kasım 1998 döneminde 3 farklı noktada (D1, D2, D4), Cender derede de 1 noktada (C1) örnekleme yapılmı ştır. Yüzey sularının sulama açısından yapılan de ğerlendirilmelerinde Wilcox diyagramına göre Delice ırma ğı suları “iyi-kullanılabilir” sınırları içinde kalmasına ra ğmen “ şüpheli-kullanılabilir” sınırına yakın yer almaktadır. Bu nedenle sulamada kullanılmasının her dönem için sakıncalı olduğu düşünülmemektedir. Delice ırma ğı sularının iletkenli ği 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 Birle şik Devletleri (ABD) Tuzluluk Laboratuvarı diyagramına göre Delice ırma ğı “az sodyum tehlikesi-fazla tuzluluk tehlikesi” sınıfını temsil eden C3-S1 grubunda, Cender dere suları ise “fazla sodyum tehlikesi-çok fazla tuzluluk tehlikesi” sınıfını temsil eden C4-S3 grubunda yer alır (Şekil 4). 100 90 80 70 50 40 30 20 0 0 1000 2000 3000 4000 60 10 Çok iyi-iyi Şüpheli-kullanılmaz Kullanılmaz İyi-kullanılabilir SODYUM YÜZDES İ İLETKENLİK, µS Delice ırmağı Cender dere Yeraltı suyu Çok fazla Fazla Orta Az 1 2 3 4 5 10 15 20 25 30 Sodyum adsorpsiyon oranı (SAR) 100 1000 5000 250 500 750 2000 3000 4000 100 1000 123 4 Az Orta Fazla Çok fazla C1-S4 C2-S4 C3-S4 C4-S4 C1-S3 C2-S3 C3-S3 C1-S2 C2-S2 C3-S2 C4-S2 C1-S1 C2-S1 C3-S1 C4-S1 İletkenlik, µS Delice Irmağı C4-S3 Cender Dere Yeraltı Suyu TUZLULUK TEHLİKESİ SODYUM TEHL İKESİ Şekil 3. Wilcox diyagramı Şekil 4. ABD Tuzluluk Laboratuvarı diyagramı 219 Yeraltı Suları İnceleme alanında yeraltı suyu ta şıyan birimler, Kötüdağ volkanit üyesi birimleri, Deliceırmak formasyonunun oluşturdu ğu Miyosen-Üst Eosen çakıllı, kumlu ve siltli birimleri ile Deliceırma ğı’ nın genellikle batısı boyunca uzanan alüvyon akiferdir. İnceleme alanında alüvyon akiferde açılmı ş dar çaplı çok sayıda kuyu yer almaktadır. Bu kuyuların da ğılımı Yerköy ve kuzeyi boyuncadır ( Şekil 2). Alüvyon akiferi olu şturan birimler, çakıl, kum, silt ve kil boyutu malzemeden olu şur. Alüvyon akiferde de yüzey sularında olduğu gibi aynı dönemlerde yeraltı suyu örneklemesi yapılmı ştır. Kasım 1998 döneminde tüm kimyasal analizler ve kirlilik parametreleri araştırıldı, Mayıs 1999 döneminde ise sadece kirlilik parametreleri ara ştırıldı. Alüvyon akiferden, 14 ayrı kuyudan alınan numunenin Schoeller yarı logaritmik diyagrama göre yapılan de ğerlendirmesinde; katyonların dizilimi: r(Na+K)>rCa>rMg, anyonların dizilimi ise rSO 4 >rCl>r(HCO 3 +CO 3 ) şeklindedir. Bir kısım sulardan AB17 ve SE9’ da rMg>rCa şeklinde, H İP12 ile yine SE9’ da r(HCO 3 +CO 3 )>rCl şeklinde iyonlar yer de ği ştirmektedir. Buna göre alüvyon akifer suları “sodyum sülfatlı sular” olarak sınıflandırılabilmektedir ( Şekil 5 ve 6). Bölgedeki termal suların ise sodyumlu ve klörürlü oldukları tesbit edilmi ştir. 1 10 100 123456 mek/L rCa rMg r(Na+K) rCl rSO 4 r(HCO3 +CO 3) MK17 YHL Çel16 OA5 YK6 AB17 MK7 SE9 DÖ4 BG3 HK10 KC11 HK HYP12 1 10 100 123456 mek/L rCa rMg r(Na+K) rCl rSO 4 r(HCO3 +CO 3) Şekil 5 ve 6. Yeraltı sularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı 220 Yüzey ve Yeraltı Sularının İli şkisi Yerköy dolayındaki alüvyon akifer Kötüda ğ volkanit üyesi, Çevirme formasyonu ve Deliceırmak formasyonu üzerinde uzanmaktadır. Daha çok Çevirme formasyonu ile temas halindedir. Çevirme formasyonu marnları içersinde jipslerin yer aldı ğı hidrojeoloji çalı şmaları sırasında belirlenmi ştir. Alüvyon akiferin Kötüda ğ volkanit üyesi üzerinde bulunması ile bu volkanik kayaçlarla do ğrudan temas sağlamaktadır. Sıcaksu noktalarında bor miktarının yüksek olması, aynı zamanda so ğuk su akiferlerinde de bor miktarının sınır değerlerinden yüksek çıkması, borun kökeninin alüvyon altındaki volkanik kayaçlardan alüvyona bo şalması muhtemel sıcak sularla da ili şkili olabilece ğini göstermektedir. Kuyulardan elde edilen parametreler akarsudan uzaklıklarına gore çizildiklerinde, akarsu noktasından itibaren SO 4 -2 , TÇM, bor ve nitrat azotu miktarlarında artma oldu ğu, bir ba şka deyi şle bu kirlilik parametrelerinde genel olarak akarsuya yakla ştıkça seyrelme oldu ğu tesbit edilmi ştir ( Şekil 7 ve 8). Yeraltı sularının baskın katyon ve anyon de ğerlerine göre hidrokimyasal fasiyes haritası olu şturuldu ğunda ( Şekil 9), üç farklı fasiyes elde edilmi ştir. Derin dola şımlı s ıcak sular Na + -Cl - fasiyesinde, alanın güneyindeki alüvyon akifer Na + -SO 4 2- , kuzeyi ve batısındaki bölüm ise Na + -HCO 3 - (SO 4 2- ) fasiyesindedir. 0 1000 2000 3000 4000 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 SO4, mg/L Delice Irma ğı' na uzaklık, m 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 Delice Irma ğı' na uzaklık, m TÇM, mg/L : 01-06-1999 : 14-11-1998 Şekil 7. a) SO4-uzaklık grafi ği, b) TÇM-uzaklık grafi ği 221 0 1 2 3 4 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 Bor, mg/L Delice Irma ğı' na uzaklık, m 0 20 40 60 80 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 50 (müsaade edilebilecek maksimum sınır) Nitrat Azotu (NO 3-N), mg/L Delice Irma ğı' na uzaklık, m : 01-06-1999 : 14-11-1998 Şekil 8. a) Bor-uzaklık grafi ği, b) Nitrat-uzaklık grafi ği Deliceırma ğı ile alüvyon akifer arasında hidrodinamik bağlantı bulunmaktadır. Hidrojeoloji kesitlerinde Deliceırma ğı’ nın güneyde alüvyon akiferi besledi ği, kuzeyde ise akiferden beslendi ği tesbit edilmi ştir (Şekil 10). Bölgedeki yüzey ve yeraltı sularından, oksijen-18, döteryum ve trityum izotop analizleri yaptırılmı ştır. Sıcak ve mineralli sularda oksijen-18 de ğerleri ortalama –11.23 (‰), Deliceırma ğı’ nda ise –9.21 – (-9.23) (‰) arasında de ği şmektedir. Bu sulardan sıcak ve mineralli sulardaki döteryum değerleri ortalama –79.81 (‰), Deliceırma ğı’ nda –66.64 – (-66.38) (‰) arasında de ği şmektedir. Sıcak ve mineralli suların trityum içeri ği yakla şık sıfır trityum birimi kadardır. Buyüzden, bu sular derin dola şımlı ve eski sulardır. Deliceırma ğı’ nın trityum de ğeri 9.30 – (10.20) T.U. arasında de ği şmektedir. Trityum analizlerinde hata oranı yakla şık ±1.00 dir. Oksijen-18-döteryum grafi ğinde, Dünya Meteorik Su Do ğrusu ve Yozgat bölgesi meteorik su doğrusu da ( Şim şek, 1995) çizilmiştir ( Şekil 11). Grafikten, Uyuz hamamı ve Koyunba şoğlu termal sularının yakla şık aynı özellikteki sular oldukları, Bulamaçlı hamamı kaynak suyunun bunlara gore daha derin dolaşımlı su olduğu anla şılmı ştır. Deliceırma ğı yüzey sularında çok açık olmamakla birlikte az da olsa buharla şma etkisi görülmü ştür ( Şekil 11). Çalı şma alanına yakın dolaydaki Mahmutlu kayna ğında, Ünsal ve Afşin’ in (1999) yaptı ğı çalı şmada Mahmutlu kayna ğının Bulamaçlı kayna ğı gibi derin ve uzun dola şımlı su sisteminde yer aldıkları belirlenmi ştir. 222 Şekil 9. Yerköy dolayındaki yeraltı sularının hidrokimyasal fasiyes haritası 223 Şekil 10. Yerköy dolayından alınan hidrojeoloji kesitleri (a: Yerköy güneyi, b: Yerköy kuzeydo ğusu) 224 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 Oksij en-18 (% o) Yozgat Meteorik Su Do ğrusu Bölgesel Meteorik Su Do ğrusu Delice ırma ğı Uyuz hamamı Bulamaçlı hamamı kayna ğı Koyunba şo ğlu kuyusu Şekil 11. Oksijen-18/döteryum grafi ği SONUÇLAR Yerköy ovasındaki sı ğ yeraltı suları genellikle sodyum sülfatlı sulardır. Toplam çözünmü ş katı madde miktarı Delice ırma ğında maksimum müsade edilebilir sınır değerlerin altında iken, Cender derede üzerindedir. Bunun sebebi, Bulamaçlı hamamı atık sularının Cender dereye verilmesi oldu ğu düşünülmektedir. Deliceırma ğı’ nda a ğır metal kirlili ği bulunmamaktadır. Sülfat iyonu Cender derede sınır de ğerlerinin üzerindedir. Kirlilik açısından; dere sularının içme, sulama ve kullanım açısından sakıncalı oldukları belirlenmi ştir. Cender dere suları Deliceırma ğı’ nı kirletmektedir. TSE 266’ ya göre yapılan kirlilik de ğerlendirmesinde yeraltı sularının sodyum, sülfat, bor, mangan ve iletkenlik parametreleri maksimum müsade edilen de ğerleri a şmı ştır. Amonyum azotu 3 kuyu dı şında sınır de ğerini a şmı ş olup, nitrat azotu yalnızca HK10 ve KC11 nolu kuyularda a şmı ştır (Çelik ve Arıgün, 2001). Kullanım açısından sular, “ şüpheli-kullanılmaz” ve “kullanılmaz” sınıfında, tuzluluk ve sodyum tehlikesinin yüksek oldu ğu gruplarda yer almaktadır. Sulama ve kullanım açısından Deliceırma ğı sularının alüvyon akifer sularına göre daha uygun oldu ğu belirlenmiştir. Alüvyon akiferde dereden uzakla ştıkça akiferdeki kirlilik artmaktadır. Deliceırma ğı’ nın alüvyon akiferi beslediği ve akiferden beslendi ği noktaların arasındaki bölgede, su sirkülasyonunun akiferin di ğer bölümlerine göre daha çok olması, bu bölgedeki suların, genellikle litolojiden kaynaklanan tuzlulu ğun azalmasına ve kirlilik iyonlarının konsantrasyonunun azalmasına neden olduğu belirlenmi ştir (Çelik, 2002). 225 226 Yerköy’ ün kanalizasyon ve düzenli katı atık depolama sahası bulunmamaktadır. Katı atıklar muhtelif alanlara rastgele dökülmekte, kanalizasyon da inceleme alanı d ı şında Delice ırma ğına dökülmektedir. Bu problemler çevre kirliliği açısından önemlidir. KATKI BEL İRTME Bu çalı şma Ankara Üniversitesi Araştırma Fonu tarafından desteklenmi ştir (Proje No: 98-05-01- 10). Arazi çalı şması s ırasında katkılarını gördü ğüm, Ar ş. Gör. Zafer Arıgün ve Ar ş. Gör. O ğuz Zoro ğlu’ na te şekkür ederim. KAYNAKLAR Canik, B., 1982. Kır şehir Çiçekda ğı-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 kirlili ği, 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 Müdürlü ğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Ba şkanlı ğı, Rapor No: 9595, Ankara Gündüz, M. ve Özten, A., 1994. Yozgat-Yerköy Güven kaplıcası s ıcaksu sondajı YK-1 kuyu bitirme ve koruma alanları raporu. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Ba şkanlı ğı, 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. Şim şek, 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., Af şin, M., 1999. Hydrochemical and isotopic properties of the Mahmutlu and Ba ğdato ğlu mineralized thermal springs, Kır şehir, Turkey. Hydrogeology Journal, 7: 540- 545. 227 BEŞPARMAK DA ĞLARI (KKTC) KARST AK İFERLER İN İN H İDROJEOLOJ İS İ HYDROGEOLOGY OF THE BESPARMAK (PENTADACTILOS) MOUNTAINS (TRNC) KARSTIC AQUIFERS Barbaros ERDURAN 1 , Osman GÖKMENO ĞLU 2 , Erkan KESK İN 3 1. Jeoloji (Hidrojeoloji) Yük. Müh., MTA Genel Müdürlü ğü, Enerji Dairesi, Ankara 2. Jeoloji (Hidrojeoloji) Müh., MTA Genel Müdürlü ğü, Enerji Dairesi, Ankara 3. Jeoloji Yük. Müh., MTA Genel Müdürlü ğü, Enerji Dairesi, Ankara ÖZET Be şparmak Da ğları K ıbrıs adasının kuzey kesiminde yer alır ve denize paralel olarak 160 km uzunlu ğunda 10 km genişli ğinde bir şerit halinde uzanır. Bu çalı şmada Be şparmak da ğlarının yüksek kesimlerinde bulunan Mesozoyik yaşlı karbonat kayaçlarının karstla şma durumu, içerdi ği potansiyel su miktarı ve hidrodinamik yapısı birlikte ara ştırılmı ştır. İnceleme alanında karstlaşmaya uygun birimleri Mesozoyik yaşlı karbonat kayaçları dolomit, dolomitik kireçta şı ve rekristalize kireçtaşlarıdır. Karbonat kayaçların yüzey alanı 84 km 2 ’dir. Karst akiferlerinin tanımlanması amacıyla su noktalarında kimyasal ve izotop analizi için su örnekleri toplanmı ş kuyularda su seviyesi de ği şimi gözlemleri yapılmı ş ve araştırma kuyuları açılmı ştır. Yapılan jeoloji, hidrojeoloji, sondaj ve jeofizik çalı şmaları sonucunda Be şparmak Da ğları karst akiferlerinin birbirinden ba ğımsız karstik sistemlerden olu ştu ğu ve bunların toplam dinamik yer altı suyu rezervinin 9x10 6 m 3 /yıl dolayında olabileceği saptanmı ştır. Anahtar Sözcükler: Yeraltısuyu Potansiyeli, Be şparmak Da ğları, 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 km 2 . 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 10 6 m 3 /year. Key Words: Potential of Groundwater, Be şparmak Mountain, Karst. G İR İŞ Karstik akiferlerin - do ğal suların etkisiyle eriyebilen karbonatlı kayaçlar (kireçta şı ve dolomitler) ve sülfatlı kayaçlar (anhidrit ve jipsler) – akifer olma özellikleri (depolama, iletme, verme) di ğer ortam akiferlerinden farklı özellikler göstermektedir. Ortamın heterojen ve anizotrop karakter göstermesi, bu ortamda olu şan çatlak ve erime bo şluklarının boyutları, bulunuş, sıralanı ş ve di ğer özellikleri dolayısıyla, yeraltı suyu akım tipinin farklılıklarına neden olmaktadır. Be şparmak da ğlarının yüksek kesimlerini olu şturan Mesozoyik ya şlı karbonat kayalarının hidrojeolojik özelliklerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Amaç ve Kapsam Be şparmak dağlarının yakla şık 84 km 2 ’lik bölümünü oluşturan Mesozoyik ya şlı karbonat kayalarının; • Yayılım ve geometrisinin, • Bünyesinde depolanabilecek suyun hareket biçimi ile yer ve zaman içerisindeki deği şiminin, • Yatay ve dü şey yönde ili şkili formasyonlarla arasındaki yeraltı suyu durumunun, • Karst yapı ve şekillerinin boyutları ile bunların akiferi ne şekilde etkiledi ğinin, • Ya ğı şlar ve yüzey suları ile karstik akifere giren akiferde depolanan, akiferden bo şalan su miktarlarının belirlenerek karst akiferindeki potansiyel su miktarının saptanması, dolayısıyla H İDROD İNAM İK YAPI’nın ortaya konulması bu çalı şmanın amacını oluşturmaktadır. İnceleme Alanının Tanıtılması İnceleme alanı, Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyeti sınırları içerisinde yer alan Be şparmak da ğları ve yakın dolayını kapsar. Adanın kuzey kesiminde, denize paralel olarak yakla şık 160 km uzunlu ğunda 10 km genişliğinde bir şerit halinde uzanan Be şparmak dağları oldukça sarp topografyasıyla çalı şmaların güçlükle yürütülmesine neden olmu ştur. Çalı şmalar Mesozoyik karbonat kayaçların oldukça iyi yüzeylendi ği, batıda Kar şıyaka - Kozan hattından, do ğuda Yedikonuk bölgesine kadar uzanan alan içerisinde a ğırlıklı olarak yürütülmü ştür. Bilindiği üzere bu bölge eski araştırmacılar tarafından da üç alt bölgeye ayrılmaktadır. Batı Blok Kar şıyaka – Kozan hattından Girne boğazına kadar olan bölge, Orta Blok Girne bo ğazından Alevkaya’ya kadar olan bölge, Do ğu Blok ise Tirmen Gedi ğinden Alevkaya’ya kadar olan bölgedir. İnceleme alanında bulunan önemli yükseltiler; batıdan do ğuya doğru- Kıvanç Tepe (947 m), Selvili Tepe (1023 m) (KKTC’nin en yüksek noktasıdır), Komando Tepe (935 m), Bufavento Tepe (955 m), Yayla Tepe (927 m), Sinan Tepe (724 m) Kantara Kalesi Tepe Şekil 1. Çalı şma alanını gösterir yer bulduru haritası 228 (631 m)’dir. Be şparmak dağlarında do ğu-batı yönünde bulunan bu yükseltiler aynı zamanda ana su bölüm çizgisini olu şturur ve topografik olarak bölgeyi iki hidrolojik zona ayırır. Akdeniz iklim tipinin hüküm sürdü ğü inceleme alanında kı şlar ılık ve ya ğı şlı, yazlar ise sıcak ve kurak geçer. Kuzey sahil ve Be şparmaklarda bulunan 15 adet Meteoroloji istasyonu verilerine göre ortalama ya ğı ş 400 mm dolayındadır. Ortalama sıcaklık ise 18.6 O C de ğeri ile (KKTC geneli) oldukça yüksektir. Be şparmak Da ğlarında çam ormanları ile çalılıklar hakim bitki örtüsü konumundadır. JEOLOJ İ Be şparmak dağları bölgesi üç ana kaya grubundan olu şur. Bunlar; Paleozoyik-Üst Kretase ya şlı Tripa grubu, Maastrihtiyen-Geç Eosen ya şlı Lapta Grubu ve Alt Oligosen-Messiniyen ya şlı De ğirmenlik grubudur. Pliyo-kuvaterner istif ise bu çalı şma kapsamı dı şında yer almaktadır. Gerek önceki çalı şmalar gerekse MTA çalı şmalarından elde edilen verilerle bu birimler a şa ğıda sırayla incelenecektir. Be şparmak dağlarına ili şkin genelle ştirilmi ş dikme kesit Şekil 2’de verilmi ştir. Tripa Grubu Tripa grubuna ait birimlerin ya şı olasılı Paleozoyik’ten Üst Kretase’ye kadar uzanır. Grubun en ya şlıları olan ye şil şist derecesinde metamorfizmaya uğramı ş metamorfitler kuvarsit, metaçört, meta şist, klorit şist, fillit, metatüf ve metabazitlerden olu şur. Di ğer birimlerle tektonik dokanaklıdır. Bunun üzerinde yer alan Dikmen (Dikomo) formasyonu altta dolomitik ve biyoklastik çamurta şı, ortada laminalı kireçtaşı ve şeyller üstte ise şeker dokulu dolomitlerden olu şur. Dikmen Formasyonu ile faylı dokanaklara sahip olan Kaynakköy (Sihari) formasyonu dolomitik kireçta şı, kireçtaşı ve kristalen dolomitlerden olu şur. Kaynakköy formasyonunu uyumlu olarak üzerleyen Hilaryon (Hilarion) formasyonu ço ğunlukla bre şle şmi ş rekristalize kireçta şı ve dolomitler ile mermerlerden olu şmaktadır. Hilaryon formas- yonunun alt kesiminden Jura ya şı alınmı ştır (Baroz 1979). Tripa grubu sedimanter istifinin kalınlı ğı yaklaşık 750 m kadardır. Şekil 2. Be şparmak Da ğlarına İlişkin Stratigrafik Kesit (MTA, 2000) 229 230 Lapta Grubu Tripa grubunu uyumsuz olarak üzerleyen Lapta (Lapithos) grubu Maastrihtiyen-Geç Eosen zaman aralı ğında çökelmi ştir. En altta oligomikritik kireçta şı breşleriyle ba şlayarak bazalt, dolerit, ve trakit lavı ara düzeyli pelajik kireçta şlarına geçen ve en üstte ince kalsitürbidit ara katmanları içeren pelajik karbonatlardan olu şan Mallıda ğ (Melunda) formasyonu yer alır. Lapta grubu karbonat istifinin kalınlı ğı en çok 700 m dolayındadır. Lapta grubunun son üyesi Orta-Üst Eosen ya şlı Bahçeli-Ardahan (Kalograia-Ardana) formasyonudur (Robertson ve Woodcock, 1986). De ğirmenlik Grubu De ğirmenlik (Kitrea) grubu istifi Beşparmak Da ğları’nın büyük bölümünde Lapta grubu kayalarını uyumsuz olarak üzerler. Kötü katmanlanmalı ve tane destekli konglomeralar Beylerbeyi (Bellapais) formasyonu grubun en alt düzeyini olu şturur. De ğirmenlik grubu, bir bölümü bölgesel olarak sınırlanan ve uyumlu dokanak ili şkileri gösteren çok sayıda formasyona ayırtlanmı ştır (Baroz, 1979). De ğirmenlik grubunun maksimum kalınlı ğı 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 Sı ğ denizel ve karasal çökel karakterli Pliyosen-Kuvaterner istifinde de ği şik ara ştırıcıların farklı düşey ve yanal ili şkilere sahip gördükleri çok sayıda formasyon ayırtlanmı ştır. Pleistosen istifi kuzeybatıda ve kuzeydo ğuda 20 m kalınlıktaki sı ğ deniz ve kumul ortamı kökenli kalkarenitlerden (Atalasa formasyonu) olu şur. Kuzeydoğuda Be şparmakların hemen güneyinde yine yelpaze deltası konglomeraları kalkarenitlerle yanal geçi şlidir. Be şparmak dağlarının çevresinde, Geç Kuvaterner ya şlı karasal ve denizel kökenli altı seki düzeyi saptanmı ştır (Ducloz 1968, Dreghorn 1978, Baroz 1979). Tektonik Çatı ve Paleoco ğrafik Evrim Geç Triyas’ta ba şlayan riftle şme ile Afrika’dan ayrılan Anadolu Mikrokıtası ile Afrika arasında açılmaya ba şlayan okyanusun kabu ğuna ait kayalar bugün Trodos dağlarında yüzlek verir. Okyanusla şma olasılıkla Kretase boyunca gerçekle şmi ştir. Geç Kretase’de (Santoniyen?) Kuzey yönünde ba şlayan dalmanın ardından, Kampaniyen de Be şparmak dağlarının bugünkü güney sınırında, olasılıkla Troodos mikro levhasının saat yönünün tersine 90 o ’lik rotasyonu sonucunda aktif bir sa ğ yanal do ğrultu atımlı fay zonu oluşmu ştur. Bu fay boyunca olan hareket, erken Tersiyer’den itibaren de Mesozoyik ya şlı platform karbonatlarının makaslanarak tektonik breşle şmesine, derinde metamorfik kayaların oluşumuna ve bunların yukarı doğru dü şeye yakın e ğimli fay zonları boyunca dilimlenerek çıkarılmasına neden olmu ştur. Mamonia kompleksi içinde yer alan benzer bir fay zonu da rotasyona u ğrayan Trodos mikrolevhasının güney sınırını meydana getirir. Rotasyon sırasında kuzeydeki Mesozoyik pasif kenarı okyanus kabu ğu üzerine itilmi ştir (Robertson, 1986). Toros ku şa ğındaki çarpı şmalar, geç Eosen’den (Bartoniyen) itibaren Be şparmak da ğlarının K-G doğrultusunda sıkı şmasına neden olmu ştur. Bunun sonucunda güneye itilmeler ve belki de yerel metamorfizma gerçekle şmi ştir. Bu dönemin istifleri burada filiş, ofiyolit parçaları da içeren olistostrom ve yelpaze deltası çökelleridir. Trodos ofiyoliti’nin kuzey kenarında ise pelajik çökelim sürmü ştür. Afrika ve Avrasya’nın süre giden yakınlaşmasını K ıbrıs adasının güneyindeki dalma kar şılamı ş ve Be şparmaklar bölgesi Oligosen ve Miyosen sırasında bir yay önü havza konumunda 231 kalmı ştır. Bölge hızla çökmüş ve kuzeydoğuda, Adana-Kahramanmara ş-Hatay arasında yer alan dev bir denizaltı yelpazesi kompleksin güneybatı parçasını olu şturarak kalın bir fili ş istifi ile örtülmü ştür. Ancak Trodos’un kuzey kenarı bu alanın giderek yükselmesi ile sı ğ bir platforma dönüşmü ştür. Tektonik hareketler ve dolgulanmayla ba şlayıp Messiniyen’de iklimsel nedenlerle izole su alanlarının oluşumuna neden olacak boyutlara varan sı ğla şma sonucunda Trodos çevresi ve Be şparmaklar güneyinde evaporitler çökelmi ştir. K-G oblik sıkı şmanın Miyosen sonunda etkinle şmesiyle Be şparmaklar güneyinde büyük ölçek bindirmeler ile kıvrımlar ve kuzeyinde de ters itkile şmeler meydana gelmi ş, ancak Trodos’un kuzey kesimi yalnızca çökmeye ba şlamı ştır. Pliyosen- Pleistosen çökelimi bu tektonizmayla belirlenen havzalarda, güneyde daha kalın olmak üzere gerçekle şmi ştir. Hızlı ve aralıklı yükselim Kuvaterner boyunca sürmü ş ve çok sayıda denizel ve karasal sekinin meydana gelmesine neden olmu ştur. H İDROLOJİ Akarsular İnceleme alanında sürekli akıma sahip akarsu bulunmamaktadır. Bunun ana nedeni, bölgenin hüküm süren kurak iklim ko şulları nedeniyle oldukça az ya ğı ş almasıdır. Buna ba ğlı olarak, sürekli akım olu şturabilecek durumdaki kaynakların büyük bir ço ğunlu ğu kurumuştur. Be şparmak da ğlarının kuzey ve güney yamaçlarının yüksek e ğime sahip olması nedeniyle yüzeysel akı ş ani olarak gerçekle şmektedir. Kaynaklar Be şparmak Da ğlarının en önemli kaynakları De ğirmenlik ve Lapta idi. Değirmenlik kayna ğı 155 l/s, Lapta kayna ğı 56.9 l/s dolayında bir debiye sahipti (1930-1954 yılı ölçümleri). Bugün her iki kaynakta kurumu ş durumdadır. Alsancak kayna ğının debisi de oldukça dü şmü ştür (0.8 l/s, Temmuz, 1998 ölçümü). Be şparmak dağlarında güncel karst kaynaklarının görüldüğü en iyi yer Bo ğaz ile Karşıyaka-Kozan hattı arasında kalan alandır. Kozan alt ve Kozan üst kayna ğı, Ilgaz kayna ğı, Kar şıyaka Pigadulla ve Cileyez kaynakları bunların en önemlileridir. Bununla birlikte debileri 0.1-0.5 l/s arasında de ği şen çok sayıda mevsimsel kaynak arazi çalı şmaları s ırasında gözlenmi ştir. Bu kaynaklarla ilgili ölçümler KKTC S İD tarafından periyodik olarak gerçekle ştirilmektedir. Kaynakların toplam verimi yakla şık 0.5 x 10 6 m 3 /yıl’dır. Kaynakların ço ğunlu ğu faylı dokanak kayna ğıdır. Kuyular Be şparmak dağlarının kuzey ve güney yamaçlarında açılmı ş çok sayıda kuyu bulunmaktadır. Bunlar yerle şim yerlerinin büyük bir bölümünün içme ve kullanma suyu gereksinimini karşılamaktadır. Çalı şmalar kapsamında Be şparmak da ğlarında karst akiferini tanımlamaya yönelik olarak topografik, jeolojik ve hidrojeolojik ko şullar dikkate alınarak toplam 5711.8 m derinliğinde 22 adet ara ştırma kuyusu açılmı ştır. 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 edilmi ştir. Açılan kuyular daha sonra yapılacak olan gözlem ve test çalı şmaları için uygun çapta kapalı ve filtreli borularla teçhiz edilmiştir ( Şekil 3.). 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 12 1/4" 9 5/8" YA Ş F O RM A SYO N L İTO LO J İ VE DONANIM AÇIKLAMALAR KAÇ AK SE V İ YES İ Bej renkli, mikritik yapılı, p ela jik kireç ta şı Devirdaimsiz/sirkülasyonsuz ilerleme Ku yu t a b a n ı: 361.65 m 161.50- 181.0 m Koyu gri-siya h renkli, yer yer m orum su renkli, silis a ğı rlı klı, bre şik yapılı dolomitik k ir eçta şı 360 340 320 300 220 D olomit- dolomitik k ir eçta şı, çatlaklı, silisifiye, ç atlaklar silis dolgulu, yer yer grafit taneli DE R İNL İK (m) Şekil 3. MTA-3 Tirmen Lokasyonu Kuyu Logu 232 233 Karst Yeraltı Su Seviyesindeki De ği şimler Yeraltı su seviyesindeki de ği şimler do ğal olarak meteorolojik, hidrolojik ve jeolojik faktörlerin etkisi ile olur. Bunların en önemlisi bilindi ği üzere ya ğı ştır. Öte yandan yeraltı suyu seviye de ği şimine – özellikle su seviyesinin sürekli dü şmesine - etki eden yapay faktörlerin başında pompaj (su çekimi) gelmektedir. İnceleme alanında bulunan kuyuların bir kısmında periyodik seviye ölçümleri gerçekle ştirilmi ş, bunlardan yıllık yeraltı su seviye de ği şimleri hesaplanmı ştır. Kuyuların yo ğun olarak bulundu ğu ve a şırı pompajın yapıldı ğı De ğirmenlik bölgesinde 1996 yılı ile 1998 yılı seviye ölçümlerine bakıldı ğında ortalama yılda 2 m lik bir seviye dü şmesi gözlenecektir. Benzer şekilde aynı olay di ğer bölgelerde (Çatalköy, Dikmen, Tirmen, Lapta) gerçekle şmektedir. Yedikonuk, Tatlısu, Kantara dolayında karst akiferinin beslenme alanının fazla olmamasına da ba ğlı olarak- dolayısıyla karst akiferinin negatif sınır ko şulu olu şturacak litolojik birimlerle çevrili olması nedeniyle – su seviyelerinde ani dü şümler gerçekle şmi ştir. Ya ğı ş Sistemin ana girdisi ve yeraltı suyunun esas kayna ğı olan ya ğı ş, inceleme alanını karakterize eden 15 adet YGİ da ölçülmü ştür. Bu 15 adet YGİ’deki de ğerler kullanılarak yapılan hesaplamalarda yıllık ortalama yağı şın (1996 Haziran-1998 Haziran) 400 mm dolayında olduğu görülmektedir. (Çizelge 1) Çizelge 1. KKTC yağı şların uzun yıllara göre ortalaması (KKTC Aylık Meteoroloji Bülteni) AYLAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 YAĞI Ş (mm) 103.6 38.7 47.3 19.3 14.7 3 0.1 0.6 5.8 31.4 44.5 100.3 Su Bilançosu Hesaplamaları İnceleme alanına giren çıkan ve depolanan su miktarının belirlenmesi amacıyla yapılan arazi ve büro çalı şmalarından elde edilen verilere dayanılarak su bilançosu hesaplamaları yapılmı ştır. Bu hesaplamalarda maddenin korunumu ve süreklilik yasalarına dayanan temel ili şkiler kullanılmı ştır. Bütçe hesaplamalarında hidrolojik sisteme giren (alansal ortalama yıllık ya ğı ş) bile şenlerinin, sistemden çıkan (buharla şma ve akım) bile şenlere dönüştürülmesi üzerinde durulmu ştur. İnceleme alanında potansiyel olarak bünyesinde su bulundurabilecek formasyonlar; Be şparmak da ğlarının yüksek kesimlerinde yer alan Kireçta şı, dolomitik kireçtaşı, dolomit, dolomitik bre ş litolojisiyle kastlaşmaya uygun birimlerdir. Bununla birlikte topografyanın yüksek e ğimli olması pratik olarak yüzeysel akı ştan süzülmeyi azaltmaktadır. Bunun yanında karstla şma sonucu olu şan kapalı havzalardan beslenme daha etkin olmaktadır. Bilanço hesaplamalarında Kar şıyaka-Kozan hattından-Tirmen Gedi ği’ne kadar olan alan ile Tirmen Gedi ğinden Yedikonuk bölgesine kadar olan alan kayıp yüzdesi, hidrojeolojik birimler, bitki örtüsü ve karst topografyası dikkate alınarak incelenmi ştir. Sistemin temel girdilerinden biri olan alansal yıllık ortalama ya ğı ş 400 mm dolayındadır. Ya ğı ş ve sıcaklı ğın fonksiyonu olarak Turk yöntemiyle hesaplanan gerçek buharla şma de ğeri 393 mm’dir. Be şparmak Da ğlarının kuzey ve güney yamaçlarından çıkan kaynakların maksimum dinamik 234 rezervinin 8.6 x 10 6 m 3 /yıl, minimum dinamik rezervinin 3.8 x 10 6 m 3 /yıl oldu ğu bilinmektedir (DS İ, 1977). Dolayısıyla arazi parametreleri göz önüne alınarak yapılan bilanço hesaplamalarında Be şparmaklarda yıllık beslenimin 9 x 10 6 m 3 /yıl oldu ğu sonucu dinamik rezerv hesapları ile de doğrulanmaktadır. Bununla birlikte, statik rezerv için söz konusu olan su miktarının hesaplanmasında yeraltı geometrisinin çok iyi bilinmesi gerektiği dü şüncesiyle bu hesaplamalardan uzak durulmu ştur. Aynı zamanda su seviyelerinin yıldan yıla düşmesi, beslenmeden daha fazla su çekimi yapılması, dolayısıyla statik rezervin azaldı ğı gözlemlerini do ğrulamaktadır. KARST H İDROJEOLOJ İS İ Hidrojeoloji Birimleri İnceleme alanında bulunan birimler su ta şıma 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 kumta şı, kilta şı, siltaşı, marn özelliği gösteren Alt-Oligosen-Messiniyen zaman a ğırlı ğında çökelmi ş litolojik birimler geçirimsizdir. Aynı şekilde Alt Triyas-Paleozoyik ya şlı metamorfitler de geçirimsiz özelliktedir. Geçirimli Birimler İnceleme alanında geçirimli özellikte 3 (üç) birim bulunmaktadır. Bunlar; • Paleozoyik-Alt Triyas ya şlı Dikmen Formasyonu • Orta-Üst Triyas ya şlı Kaynakköy Formasyonu • Jura-Üst Kretase yaşlı Hilaryon Formasyonu Yukarıda bahsedilen her üç birim de karstla şmaya uygun birimlerdir. Kayaçların karstla şmasına neden olan ana faktörlerin ba şında tektonizma ve litolojik yapı gelmektedir. Bu birimlerde görülen karstik yapılar genellikle fay ve kırıkların kesi ştikleri ve litolojinin de ği şti ği noktalarda geli şmi ştir. Yarı Geçirimli Birimler İnceleme alanının büyük bir bölümünde geçirimli birimlerle kontak olu şturması ve tektonik hatalarla hidrojeolojik olarak ili şki içerisinde bulunması nedeniyle Kampaniyen-Bartoniyen zaman a ğırlı ğında çökelen Lapta grubu kayaları yarı geçirimli birimler olarak de ğerlendirilmiştir. Su Kimyası Çalı şmaları İnceleme alanında karstik akiferlerin hidrojeokimyasal karakterlerinin incelenmesi amacıyla su noktalarının tümünde yerinde ölçüm yapılmı ş, analiz için örnekler alınmı ş, suların fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmi ştir (Çizelge 2). Şekil 4. Be şparmak Da ğları Karst Akiferinden Alınan Su Örneklerine Ait Piper Diyagramı Çizelge 2. Be şparmak Da ğları 1998 Yılı Su Analiz Sonuçları Tarih Kuyu No Kondaktv Cl SO4 HC03 Na K Ca Mg PH K.Bakiye Tuzluluk Karb. Sert Kalıcı Sert Sert.bütünü MTA-2 630 7.1 1.30 0.88 4.68 235 1.91 0.05 2.80 2.10 500 76 235 10 245 MTA-1 650 7.5 1.80 0.24 4.64 1.65 0.05 2.60 2.38 480 105 230 15 245 Değirmenlik 590 7.4 1.50 0.58 4.60 1.74 0.04 1.76 3.14 480 88 230 15 245 Güngör 590 7.1 1.80 0.27 4.08 1.52 0.05 2.36 2.22 440 105 205 25 230 Ciklos 610 7.4 1.40 0.20 4.84 1.30 0.04 2.32 2.78 470 82 240 10 250 Göçeri 370 7.7 0.90 0.63 2.60 0.96 0.04 1.44 1.69 290 53 130 25 155 18/74 620 7.4 1.80 0.09 4.36 1.35 0.04 2.44 2.42 440 105 220 25 245 MTA-3 760 7.6 1.80 0.23 6.20 1.26 0.05 0.84 6.08 570 105 310 35 345 17/74 800 7.0 1.70 0.48 6.64 1.22 0.05 3.48 4.07 640 99 330 45 375 50/61 600 73 130 094 472 183 004 308 201 510 76 235 20 255 MAYIS 1998 Suların pH, elektriksel iletkenlik (EC), sıcaklık (T), çözünmüş oksijen (DO) gibi özellikleri genelde yerinde ölçülmü ştür. İnceleme alanında 34 lokasyonda su örne ği alınmı ştır. Alınan örnekler üzerinde yapılan majör iyon (Ca ++ , Mg ++ , Na + , K + , HCO 3 - , CO 3 -- , Cl -- , SO 4 -- ) analizleri KKTC 236 Devlet laboratuarlarında gerçekle ştirilmi ştir. Suların fiziksel ve kimyasal özelliklerinden yararlanılarak hidrojeokimyasal ortam konusunda de ğerlendirmelere gidilmi ştir. Bu amaçla üçgen (Piper) diyagramlardan yararlanılmı ştır. Şekil 4’de suların majör iyon içerikleri kullanılarak olu şturulan üçgen diyagramlar görülmektedir. Anyonlar için hazırlanan (CO 3 -- , HCO 3 - , SO 4 -- ve Cl - ) diyagramlarda suların HCO 3 - +CO 3 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 ili şkilerinin ortaya konmasında yararlı yöntemlerden bir diğeri ise izleme teknikleridir. Yapılan jeolojik, hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalı şmalardan elde edilen sonuçlar yardımıyla hidrojeolojik ilişkiler ortaya konmu ştur. Bu ili şkiler çevresel izotop analizleri ile somutla ştırılmı ştır. Çevresel İzotop Analizleri Hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla inceleme alanında yer alan 15 adet su noktasından izotop örne ği alınmı ştır. Ya ğı şlı ve kurak dönemde alınan su örneklerinde Trityum (T), Oksijen-18 ve Döteryum analizleri yapılmı ştır. Analizler DS İ’nin Ankara Esenboğa’da bulunan izotop laboratuarlarında gerçekle ştirilmi ştir. Çalı şma sahasından alınan su örneklerindeki izotop değerleri Çizelge 3’de verilmi ştir. Duraylı İzotoplardan, Döteryum ve Oksijen-18’den suların olası beslenme yüksekliklerinin saptanmasında, Trityumdan ise ba ğıl ya ş ve geçi ş sürelerinin belirlenmesi amacıyla yararlanılmı ştır. Ya ğı şlardan alınan su örneklerinde duraylı izotoplardan Oksijen-18 ve Döteryum içerikleri arasında dünya ya ğı şlarını temsil eden ili şkinin ?D=8x ? 18 0+10 olduğu bilinmektedir (Yurtsever, 1978). Ya ğı şlardaki a ğır izotop miktarı (? D, ? 18 0) deniz yüzeyinden yükseldikçe azalır. Deniz suyunun Oksijen-18 ve döteryum bile şimleri genellikle paralel olarak de ği şir. Tatlı sular a ğır izotop yönünden deniz suyundan daha küçük de ğerlere sahiptir. Tatlı sulardaki izotop bile şimi co ğrafik enlem ve yüksekli ğin artması ile azalır. Do ğal sularda kararlı izotop kompozisyonu ? D %0 ordinat ve ? 18 0%0 apsis olarak alındı ğında, beslenme alanına dü şen ya ğı şlardan alınan numuneler ile boşalım alanındaki kuyu ve kaynak gibi su noktalarından alınan numunelere ait kararlı izotop de ğerleri çizilen grafikte aynı doğru üzerinde bulunur. Genellikle bir bölgedeki ya ğı şlara ait izotop de ğerleri ile yeraltı suyuna ait izotop de ğerleri, e ğer suların kökeni aynı ise aynı doğru üzerinde ve yeraltı sularına ait de ğerler aynı küme içinde toplanır. Çizelge 3: İnceleme alanındaki suların izotop de ğerleri T (T:U) ? 18D (%0) ? D (%0) LOKASYON ADI Ekim 96 Ekim 96 237 Nisan 97 Ekim 96 Nisan 97 Nisan 97 Kantara Kuyusu(34/93) -6.81 -7.51 -30.70 -36.84 3.50±0.85 6.2±0.9 Esentepe 16 A -7.32 -7.99 -39.30 -44.99 2.50±0.8 3.6±0.8 Dikmen 38/87 -3.89 -7.09 -69.24 -31.40 7.3±0.9 8.7±0.9 Tatlısu 116/65 -6.96 -38.35 0.0±0.8 Çatalköy 13/30 -7.48 -36.22 1.8±0.8 Kar şıyaka 35 -7.98 -7.11 -50.83 -35.87 4.1±0.75 4.6±0.9 Kar şıyaka Pınar +1.92 -7.01 -17.22 -41.15 6.6±0.9 9.1±0.9 Alsancak Pınar -6.87 -6.92 -41.27 -55.06 6.0±0.9 10.4±0.95 Be şparmak 20/74 -7.02 -6.89 -39.13 -35.92 1.0±0.8 0.0±0.8 Kozan Alt Pınar -6.42 -6.96 -39.43 -51.7 4.3±0.9 4.55±0.9 Göçeri 55/91 -7.01 -7.07 -44.89 -22.77 9.55±0.9 4.8±0.9 Bozda ğ 1/65 -7.38 -7.18 -43.36 -35.6 4±0.85 3.15±0.8 Tirmen 17/74 -7.04 -6.77 -35.39 -48.33 0.0±0.8 1.6±0.8 Ciklos 12/74 -1.15 -10.02 2.0±0.8 De ğirmenlik 18/74 -3.82 -20.06 3.30±0.8 Güngör 13a -6.97 -40.71 4.75±0.85 Alevkaya Met. İst. -6.97 -40.75 8.3±0.9 De ğirmenlik 37/75 -1.02 -6.52 2.7±0.8 Çevresel izotoplardan yararlanılarak suların orijinlerinin ara ştırılması konusunda kesin bir sonuca varmak, ancak birbiri ile ili şkisi aranan iki suyun izotopik kompozisyonlarının farklı olu şması ile mümkündür. E ğer iki suyun kararlı izotop içerikleri aynı ise bu iki suyun aynı orijinli sular olduğunu söylemek mümkün olmakla beraber aralarındaki ili şkiyi belirlemek zordur. Bu nedenle numunelerin bütün izotop de ğerlerinin ve kimyasal analiz sonuçlarının bir arada de ğerlendirilmesi çözüme daha iyi yaklaşım getirir. Duraylı izotop içeriklerinin ba ğıl konumları kurak dönem için ? D= ? 18 0 + 15 doğrusu üzerine düştüklerini göstermektedir ( Şekil 5). Ya ğı şlı dönem ba ğıl konumları ise ? D= ? 18 0 + 22 doğrusu ile uyum göstermektedir ( Şekil 6). Duraylı izotop ve sıcaklık okumaları göstermiştir ki yeraltı suları benzer kökenlidir. Her ne kadar bunlar termal su de ğilse de derin dolaşımdan gelen meteorik sular olarak çıkı ş noktalarına oldukça yava ş ulaşmaktadır.Bu olay kireçta şı akiferlerinin büyük bir rezervuara sahip oldu ğunu göstermektedir. Çizelge 4. İzotop Örne ği Alınan Noktalarda Elektriksel İletkenlik ve sıcaklık okumaları EK İM- KASIM 1996 MART- N İSAN 1997 Lokasyon No Yükseklik (m) EC (µS/cm) T ( o C) EC (µS/cm) T ( o C) 1/65 435 577 21.7574 21.3 12/74 350 558 21.6560 20.3 38/87 360 417 23 421 20 20 331 506 20.2518 18.4 20/74 310 517 20.3519 19.7 18/74 315 545 21.9547 20.4 13a 367 545 23.9557 21.6 116/65 246 951 21.7 - 18.6 17/74 465 731 19.8 - - 55/91 390 352 21.4352 23 Kozan Kayn. 300 680 21.8 670 18 Kar şıyaka Kayn. 150 509 20.4 514 19.6 35 310 518 20.4517 19.8 Alsancak Kayn. 200 509 18.8 530 18.8 34/93 510 706 22.3 - 13.8 16a 450 731 19.8769 11.7 37/75 330 534 19.7534 30.6 Şekil 7’de Döteryum-Trityum ili şkisi görülmektedir. Örneklerdeki döteryumun her de ğeri için düşük trityum de ğeri olan lokasyonlar derin dola şıma giren sulardır. Alevkaya meteoroloji istasyonundan alınan ya ğı ş örne ğindeki Trityum değeri göz önüne alındı ğında, inceleme alanında bulunan suların ço ğunlu ğunun bu trityum de ğerinden oldukça dü şük olduğu görülür. OKS İJEN 18 - DÖTERYUM KURAK DÖNEM GRAF İĞ İ -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 - 1 0- 9- 8- 7- 6- 5- 4- 3- 2- 10 Oksijen 18 Dö t e r yu m Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Tatlısu 116/65 Çatalköy 13/30 Kar şıyaka 35 Alsancak Pınar Be şparmak 20/74 Kozan Alt Pınar Göçeri 55/91 Bozda ğ 1/65 Tirmen 17/74 Ciklos 12/74 De ğirmenlik 18/74 Güngör 13a DMD D = O 18 +15 D = O 18 +10 Şekil 5. Kurak dönem Oksijen-18 Döteryum grafi ği 238 OKS İJEN 18 - DÖTERYUM YAĞI ŞLI DÖNEM GRAF İĞ İ -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 - 1 0- 9- 8- 7- 6- 5- 4- 3- 2- 10 Oksijen 18 Döteryum Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Kar şıyaka 35 Alsancak Pınar Be şparmak 20/74 Kozan Alt Pınar Göçeri 55/91 Bozda ğ 1/65 Tirmen 17/74 Alevkaya Met. İst. De ğirmenlik 37/75 D=8 x O18 +10 D=8 x O18 +22 Şekil 6. Ya ğı şlı dönem Oksijen-18 Döteryum grafi ği DÖTERYUM-TRİTYUM İL İŞK İS İ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Döteryum (%O) Trityum (T.U) Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Tatlısu 116/65 Çatalköy 13/30 Karşıyaka 35 Karşıyaka Pınar Alsancak Pınar Be şparmak 20/74 Kozan Alt Pınar Göçeri 55/91 Bozda ğ 1/65 Tirmen 17/74 Ciklos 12/74 De ğirmenlik 18/74 Güngör 13a Alevkaya Met. İst. De ğirmenlik 37/75 DERİN DOLA ŞIM Şekil 7. Be şparmak Da ğları Karst Akiferinden alınan su örneklerinde Döteryum-Trityum İlişkisi 239 240 Yeraltısuyu Dola şımı ve Karstla şma İnceleme alanında yapılan arazi gözlemlerinde yeraltı suyu dola şım tipinin yerel dola şım akiferlerinde gözlenen yerel dola şıma (conduit type) kar şılık geldi ği saptanmı ştır. Alsancak kayna ğı karst sistemi, Kozan kaynakları karst sistemi, De ğirmenlik Bölgesi, Çatalköy bölgesi, Tirmen Bölgesi çalı şma sahasında yerel dola şım tipi örne ği 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 gözlenmi ştir. Çalı şma alanında karstla şmaya ili şkin gözlemler arazide yapılan sondajlı çalı şmalarla gerçekle ştirilmi ştir. Yüzeyde ve sondajlı çalı şmalarla yapılan gözlemler sonucu karbonatlı kayaçların bol kırıklı ve çatlaklı bir yapıya sahip olduğu belirlenmiştir. Çatlakların birkaç mm dolayında kırıkların 1.5-2 cm arasında de ği şti ği gözlenmiştir. Bununla beraber arazide yer yer kireçtaşları üzerinde görülen karst şekilleri (Uvala, dolin, polye, karst kayna ğı) kanal akımının (conduit flow) bir göstergesidir. Karstla şma genellikle zayıf zonlar boyunca, farklı litolojilerin dokanaklarında ve fay zonlarında, aynı litolojideki kırık çatlak ve tabaka düzlemleri arasında geli şen karstla şmadan daha ileri derecelerde gözlenmi ştir. Be şparmak dağlarında karstla şabilen birimlerde karstla şma Miyosen sonunda hızlı kıta yükselimine ba ğlı olarak geli şmeye ba şlamı ş 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 karstla şma daha az görülmektedir. Pratik olarak Lapta tebe şirlerinde karstlaşma gözlenmemektedir. Miyosen sonu - Pliyosen başında ba şlayıp günümüze kadar devam eden, yarı kurak iklim koşullarındaki bir karstla şmadan söz edilebilece ğimiz inceleme alanında karst yüzey şekilleri Mesozoyik ya şlı kireçtaşlarında geli şmi ştir. Karst yüzeyini olu şturan morfolojik şekiller genelde karenler, aktif ve fosil kaynaklar, kuru vadiler, ma ğaralar, 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 do ğuda Yayla tepe ile Tirmen gedi ği arasında kalan alandır. Hilaryon kireçta şlarından gelişen karsta ait en iyi örneklerin görüldüğü bölge; Yanıkkonvoy mevkii, Hilaryon kalesi atı ş alanı, Kilise ardı ve Meydanlık düzü alanlarıdır. Bunlardan en önemlileri; Yanıkkonvoy bölgesinde geli şen 1.7 km uzunlu ğunda 0.4 km geni şliğinde ortalama 500 m yükseltide olu şmu ş 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 kireçta şı, dolomit ve breşik dolomitik kireçta şlarından oluşan Sihari formasyonu çözünme için sınırlayıcı bir faktör olan dolomiti bünyesinde bulundurması nedeniyle Hilaryon kireçtaşlarına göre daha az karstla şmı ş durumdadır. Sihari formasyonunda güncel karsta ait örneklerin en iyi görüldü ğü yer ise Kozan köyü kaynaklarıdır. 241 SONUÇLAR • Çalı şma alanında özellikle Be şparmak dağlarının yüksek kesimlerinde Paleozoyik alt Triyas’tan Oligo-Miyosen’e kadar de ği şen yaşlarda litolojik birimler mevcuttur. Bunlardan Alt Triyas-Paleozoyik ya şlı metamorfitler ile Alt Oligosen-Messiniyen zaman aralı ğında çökelmi ş birimler geçirimsiz, Orta-Üst Triyas ya şlı Kaynakköy formasyonu ile Jura-Üst Kretase ya şlı Hilaryon formasyonu ile Paleozoyik Alt Triyas ya şlı Dikmen formasyonu geçirimli, Kampaniyen-Bortaniyen zaman aralı ğında çökelmi ş Lapta grubu kayaları yarı geçirimli birimler olarak de ğerlendirilmi ştir. • Hilaryon Kireçtaşları ile Kaynakköy formasyonu bölgenin karstla şmaya uygun birimleridir. Hilaryon kireçta şları litolojik özelli ğinden dolayı Sihari formasyonuna göre daha iyi karstlaşmı ş durumdadır. Karstla şma süreçleri göz önüne alındı ğında orta derecede karstlaşmadan bahsedilebilir. Çalı şma alanında bulunan kaynakların büyük ço ğunlu ğu karst akiferinden aşırı çekim nedeniyle bugün kurumu ş durumdadır. Bu kaynakların çıkı ş mekanizması bölgenin geçirmiş oldu ğu şiddetli tektonik hareketler nedeniyle faylı dokanak kayna ğı özelli ği göstermektedir. Karstla şmayı sağlayan ve bölgesel yeraltı suyu dola şımını denetleyen faktörlerin ba şında bu tektonik hareketler gelmektedir. • Be şparmak Da ğları karst akiferinin yıllık ortalama beslenimi 9 x 10 6 m 3 /yıl olarak bulunmuştur. Bu de ğer daha önceki dinamik rezerv hesapları ile de do ğrulanmaktadır. • İnceleme alanında 22 adet araştırma sondajı açılmı ştır. Bunlardan toplam 185 l/s dolayında su elde edilmi ştir. • Be şparmak Da ğları karst akiferinde periyodik olarak hidrojeokimyasal çalı şmalar yapılmı ş, yapılan analizler sonucu suların a ğırlıklı olarak Ca-Mg ve HCO 3 iyonu içerikli oldukları saptanmı ştır. • Be şparmak dağları karst akiferi, kaynak kotları ve kuyulardaki su seviyeleri kar şıla ştırıldı ğında, faylar ve di ğer tektonik özelliklerle birbirinden ba ğımsız birçok alt akiferden oluştu ğu saptanmı ştır. 242 KAYNAKLAR Baroz, F., 1979 ,Etude Geologie Dans Le Pentadaktilos Et La Mesoaria, 365 p, Ph.d. Thesis Universty of Nancy. Dixey, F., 1972, “The Geology and Hydrogeology of the Kyrenia Range, Cyprus, Ministry of Overseas Devolepment, London. Dreghorn,W., 1978, Landforms in the Girne Range, Northern Cyprus, MTA Enstitüsü Yayınları, No:172, 220 s., Ankara. Ducloz, C., 1968, Les Formations Quaterneries De La Region De Klepini Et Leur Place Dans Cronoloquie Du Quaternarie Mediterraneen, Archs Sci., Genova DS İ, 1977, Kıbrıs Be şparmak Da ğlarının Fotojeoloji Raporu, Devlet Su İşleri Genel Müdürlü ğü, Ankara. Mixius, L., Kreysing, A., 1963-1964, Hydrogeological Investigations and Groundwater Development in the Kyrenia Range of Cyprus. Robertson, A., Woodcock, N.,H., 1986, The Role Of The Kyrenia Range Lineament, Cyprus, In The Geological Evolution of The Eastern Mediterranean Area, Phile.Trans. R. Soc. London. Stavrinou, Y. HJ., 1963, Groundwater resources of the karstic regions of Cyprus, B. Sc. , London. UNDP, 1970, Survey of Groundwater Mineral Resources Cyprus, United Nations Development Programme, Genova. Yurtsever, Y., (1978), Environmental Isotopes As a Tool In Hydrogeological Investigation of Southern Karst Region of Turkey, Procedings Of a International Seminar on Karst Hydrogeology, Antalya, Turkey 243 İZOTOP TEKN İKLER İ KULLANILARAK ANTALYA TRAVERTEN PLATOSU YERALTISUYU KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI CLASSIFICATION OF THE GROUNDWATERS OF THE ANTALYA TRAVERTINE PLATEAU BY ISOTOPE TECHNIQUES A. Özlem AT İLLA Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Ara ştırma Merkezi, 06532, Beytepe-Ankara, e-mail: oatilla@hacettepe.edu.tr ÖZET Antalya Traverten Platosu’nda yer alan kaynak ve kuyuların Nisan 1995 dönemine ait olan izotop verileri ? 3 H(T), ( 18 O), 2 H(D)? kullanılarak bu kaynakların birbirleri ile ili şkileri değerlendirilmi ş ve gruplandırmaları yapılmı ştır. Alandaki su noktalarına ait ? 18 O-?D, ? 18 O-TU, ? 18 O-EC, ? 18 O-Cl ilişkileri yorumlanmı ş ve yapılan de ğerlendirmeler sonucunda üç farklı grup belirlenmi ştir. Bu gruplar, (1) Traverten Platosu’nun üst kesiminden çıkan uzun geçi ş süresine sahip kireçta şı kaynakları ile alt platoda yer alan Varsak (VAR)-Düdenba şı (DUD) sistemi, (2) Traverten Platosu’nun alt kesiminden çıkan ve kısa geçi ş süresine sahip genç yeraltısuyu kaynakları ve (3) yüzey sularından oluşmaktadır. Kümeleme ve temel faktör analizleri kullanılarak hidrojeokimyasal ve izotop verilerinin birlikte de ğerlendirilmesi ile yapılan gruplamalarda da aynı sonuçlara ulaşılmı ştır. 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 (? 3 H(T), ( 18 O), 2 H(D)? of these water resources. The ? 18 O-?D, ? 18 O-TU, ? 18 O-EC, ? 18 O-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-Düdenba şı 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 Giri ş Yeraltısularının çevresel izotop içeriklerinden, yeraltısuyunun kökeninin, ya şının belirlenmesi, yüzey-yeraltısuyu arasındaki ili şkiler ve beslenme alanının belirlenmesi gibi birçok hidrojeolojik problemin çözümünde yararlanılmaktadır. Bu çalı şma kapsamında yeraltısularının çevresel izotop içerikleri ve kimyasal özellikleri birlikte de ğerlendirilerek Antalya Traverten Platosu kaynaklarının birbirleri ile ili şkileri ara ştırılmı ştır. Kaynakların kimyasal özelliklerinin birbirlerine göre önemli bir de ği şiklik göstermemesi bölgede yaygın bir yeraltısuyu dola şım sisteminin bulundu ğunu göstermi ştir. Çevresel izotoplarla ? 3 H(T), ( 18 O), 2 H(D)? yapılan analizler sonucu Traverten Platosu’ndan çıkan karst kaynaklarının beslenme kotları ve yeraltında kalı ş süresi açısından farklılıklar gösterdi ği ortaya konmu ştur. Bu de ğerlendirme, çok de ği şkenli istatistiksel analiz teknikleri kullanılarak yapılan analizler sonucu ile de desteklenmi ştir. Çalı şma Alanının Yeri ve Özellikleri Antalya Traverten Platosu, 36°50' ve 37°10' kuzey enlemleri ile 30°31' ve 30°55' do ğu boylamları arasında yer almaktadır. Plato, doğudan Aksu havzası, kuzeyden Toroslar, batıdan Beyda ğları ve güneyden Antalya körfezi ile sınırlanmakta ve yaklaşık olarak 630 km 2 ’lik bir alan kaplamaktadır ( Şekil 1). Traverten Platosu, ikisi karada, biri deniz altında olmak üzere üç basamaktan olu şmaktadır. Yukarı Plato Dö şemealtı ovası olarak adlandırılır ve 250-300 m yükseltiye sahiptir. A şa ğı Plato Antalya şehrinin yerleşim alanını olu şturur ve 40-150 m yükseltileri arasında yer alır. Alanda Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir. Yıllık ortalama ya ğı ş 1068 mm, buharla şma miktarı ise 1445 mm’dir. Şekil 1. İnceleme alanı yer bulduru haritası İnceleme alanının jeolojisine ait ayrıntılı çalı şmalar Brunn et.al (1971), Marcoux (1974), Poisson (1978), Günay vd. (1979), Günay ve Bölükba şı (1981), Robertson ve Woodcock (1982), Şenel 244 (1984) tarafından, hidrojeolojisine ili şkin ayrıntılı bilgiler ise DS İ (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 sunulmu ştur. Çalı şma alanında çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bunların bir kısmı Mesozoyik ya şlı kireçtaşlarından ve bir kısmı da travertenlerden çıkmaktadır. Bu çalı şma kapsamında örnekleme yapılan kaynaklara ve alanda yer alan di ğer su noktalarına ait özellikler Çizelge 1’de verilmi ştir. Alanda yer alan en önemli kaynak grubu Mesozoyik ya şlı karstik kireçta şlarından irili ufaklı çok sayıda göze ile çıkan ve ortalama toplam debisi 15 m 3 /s olan (DS İ, 1985) Kırkgöz kaynaklarıdır (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP). Traverten içerisinden bo şalan en önemli kaynak ise ortalama debisi 17 m 3 /s olan Düdenbaşı kayna ğı (DUD)’dır. Di ğer traverten kaynaklarının ortalama debileri 0.5-2.5 m 3 /s arasında de ği şmektedir. Alanın güneybatısında yer alan Hurma kayna ğı (HRM) ise Antalya Naplarından boşalmaktadır (Bkz. Şekil 2). 245 Şekil 2. İnceleme alanına ait jeoloji haritası (Günay vd.’den, 1995) ve örnekleme noktaları 246 Çizelge 1. Antalya Traverten Platosu yeraltısuyu örnekleme noktalarına ait bilgiler Kod Örnekleme noktası Tür Yükselti (m) Litoloji KGI Kırkgöz-Köy Hiz.Pomp. İst. Kaynak 305 MK KGM Kırkgöz-Kocain Ma ğara 305 MK KGO Kırkgöz-OSS Kaynak 300 MK KGK Kırkgözler-Karagöz Kaynak 300 MK KGP Pınarba şı Kaynak 300 MK DUD Düdenba şı Kaynak 80 AT KMA Kemera ğzı Kaynak 5 AT ARP Arapsuyu Kaynak 15 AT DUO Duraliler-Okul Kaynak 20 AT YGC Ya ğca 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 De ğerlendirilmesi Bu çalı şma kapsamında alanda yer alan kaynaklardan ve di ğer su noktalarından Nisan 1995 tarihinde Hacettepe Üniversitesi-Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Ara ştırma Merkezi (UKAM)’nin Traverten Platosunda yürüttü ğü çalı şmalar dahilinde gerçekle ştirilmi ş olan arazi çalı şmaları sırasında toplanmı ş örneklerin izotop değerleri (? 18 O, ?D, TU) kullanılmı ştır. Örneklerin analizi Kanada Waterloo Üniversitesi laboratuvarlarında gerçekle ştirilmi ştir. Analiz sonuçları ile su noktalarına ait sıcaklık, pH, EC ve Cl içerikleri Çizelge 2’de sunulmuştur. Bu veriler kullanılarak alandaki su noktaları için çizilen ? 18 O-?D grafi ği ise Şekil 3’de sunulmu ştur. Şekilden de görüldü ğü gibi örnekler, IAEA tarafından analizleri yapılan ve 1963-1992 dönemine ait Antalya ya ğı şlarının izotop verileri kullanılarak olu şturulmuş (Atilla, 1996) ? 18 O-?D do ğrusu çevresinde toplanmaktadır. Burada kaynaklar arasındaki ili şkiler göz önüne alındı ğında Kırkgöz kaynak grubunun di ğerlerine göre daha az ? 18 O-?D içeri ğine sahip olması bu kaynakların beslenme kotlarının yüksek oldu ğunu ve buharla şma ve sıcaklık etkisinin bu kaynaklar üzerinde çok etkili olmadı ğını göstermektedir. 300 m kotunda yeralan Kırkgöz kaynak grubu (KGK, KGO, KGM, KGI) ile 80 m kotunda yeralan Düdenba şı kayna ğının (DUD) da benzer izotopik komposizyona sahip olması bu kaynakların beslenme alanları ve rejimlerinin benzerli ğini işaret etmektedir. Varsak çökme dolininden (VAR) alınan su örne ği de Kırkgöz grubuna yakınlı ğı ile dikkat çekmektedir Arapsuyu (ARP), Duraliler (DUO) ve Hurma (HRM) kaynaklarının, birbirlerine yakın bir izotopik bile şime sahip olmaları nedeni ile bir ba şka ortak beslenme mekanizmasını temsil ettikleri söylenebilir. Duraliler kaynaklarının (DUO) kuzeyinde açılmı ş bulunan Duraliler pompa kuyularından alınan örne ğin de (DUP) hemen hemen kaynak suları ile aynı izotopik bile şime sahip olduğu görülmektedir. Bıyıklı düdeninden (BIY) alınan yüzey suyu örne ği de Arapsuyu-Duraliler sistemine benzerlik göstermektedir. Çizelge 2. İnceleme alanında örnekleme noktalarına ait izotop içerikleri Kod Tarih Örnek Yeri ? 18 O ?D TU T °C EC µS/cm pH Cl meq/l Yükseklik m KGP 15/4/95 Pınarba şı -7.36-42.865.5166007.134 0.3 300 KGK 15/4/95 Kırkgözler-Karagöz -7.55-44.125.416.87007.085 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. -7.79-45.893.617.9 700 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 Ya ğca 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 Düdenba şı -7.66-43.054.417.36007.196 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 Kemera ğzı Kaynakları -6.66-35.116.817.6 4007.416 0.4 5 HRM 15/4/95 Hurma Kayna ğı -7.00-39.956.716.42707.931 0.1 40 KGP KGK KGO KGI KGM YGC BIY VAR DUD KPN ARP DUO DUP ASO KMA HRM -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 ?18O (‰ SMOW) ?D (‰ SMOW) Akdeniz Antalya Craig Şekil 3. Alandaki su noktalarına ait ? 18 O (‰SMOW)- ?D (‰SMOW) ilişkisi 247 Kemera ğzı kayna ğının (KMA) ? 18 O ve ?D içeri ği di ğerlerine göre yüksektir ve bu kaynak tamamı ile farklı bir beslenme mekanizmasına sahip olup daha düşük kotlardan beslenmektedir. ASO pompa istasyonundan alınan kuyu suyu da Kemera ğzı kayna ğı ile aynı grupta yer almaktadır. Kapuz boğazından alınan nehir suyu (KPN) örne ği ise kaynaklar arasında en düşük ? 18 O-?D içeri ğine sahiptir. Bu durum bu su noktasının beslenme kotunun di ğerleri arasında en yüksek olduğunu göstermektedir. Yeraltısularında, trityum içeri ği ile ? 18 O de ği şiminin birlikte incelenmesi karst sularının beslenme yükseklikleri ile akifer içinde kalı ş süreleri arasındaki ili şkiyi yansıtması açısından önemlidir. Bu iki ba ğımsız deği şken kullanılarak çizilen bir grafikte, ? 18 O’nin küçülen de ğerleri yüksek beslenme alanı yüksekliğini, trityumun küçülen değerleri göreli olarak uzun geçi ş süresini temsil etmektedir. Alana ait TU-? 18 O grafi ği Şekil 4’de yer almaktadır. KGP KGK KGO KGI KGM YGC BIY VAR DUD KPN ARP DUO DUP ASO KMA HRM 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 ?18O (‰ SMOW) TU Şekil 4. Örnekleme noktalarına ait TU-? 18 O grafi ği Kırkgöz kaynakları ve Düdenba şı (DUD) su noktaları alt plato kaynaklarına göre yüksek beslenme noktası ve uzun geçi ş süresi özellikleri ile ayrılmaktadır. Sahile yakla ştıkça trityum ve ? 18 O de ğerleri artı ş göstermektedir. Bunlara ba ğlı olarak sahil kaynaklarının düşük kotlardan beslendi ği ve kısa geçi ş süresine sahip oldukları söylenebilir. Yeraltısularının elektriksel iletkenli ği (EC) içerdiği iyon miktarı ile do ğru orantılıdır. İnceleme alanında yeralan bütün sular Ca - HCO 3 iyonlarınca aşırı zengin olduğundan (Atilla, 1996) EC ya da toplam çözünmü ş madde miktarı (TDS) do ğrudan yeraltısuyunun karbonatlı kayaçlar ile temas süresi ile ilgili bilgi vermektedir. Şekil 5’de sunulan EC - ? 18 O grafi ği, üst platoda yer alan Kırkgöz grubu kaynakları, Düdenbaşı ve Ya ğca noktaları ile alt plato kaynakları arasındaki farkı ortaya koymaktadır. Alt platoda yeralan kaynaklar dü şük EC ve yüksek ? 18 O içeri ği ile temsil edilmekte iken, üst platoda yeralan su noktaları ve Düdenba şı kayna ğı yüksek EC ve dü şük ? 18 O içeri ği ile temsil edilmektedir. Bu durum Kırkgöz kaynakları ile Düdenba şı kayna ğının daha yüksek kotlardan beslendi ği ve karbonatlı kayaçlar ile temas süresinin alt platodaki kaynaklara göre daha uzun olduğunu göstermektedir. Çözünmü ş madde miktarı di ğerlerine göre daha az olan Hurma kayna ğının (HRM) kökensel olarak farklı bir yapıda olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu durum, Hurma kayna ğındaki toplam çözünmü ş madde miktarının di ğer kaynaklardan belirgin bir şekilde dü şük 248 olması ile açıklanabilir. İzotop içeri ği açısından alt plato kaynakları ile benzerlik gösteren Hurma kayna ğı, Antalya naplarına ait kireçta şından bo şalmaktadır. Aynı boşalım kotuna sahip Duraliler ve Arapsuyu kaynakları ile benzer izotopik bile şim göstermesi aynı kökenli ya ğı şlardan ve benzer yüksekliklerden beslendi ğini göstermektedir. Ancak farklı litolojik birimler ile teması ve göreli olarak kısa geçi ş süresine sahip olması iyon içeri ğinin adı geçen kaynaklara göre daha farklı olmasına neden olmaktadır. Kapuz nehrinden (KPN) alınan su örne ği yüksek bir beslenme bölgesini temsil ederken düşük iyon içeri ğine sahiptir. KGP KGK KGO KGI KGM YGC BIY VAR DUD KPN ARP DUO DUP ASO KMA HRM 200 300 400 500 600 700 800 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 ?18O (‰ SMOW) EC (µS/cm) Şekil 5. Örnekleme noktalarına ait EC-? 18 O grafi ği Arapsuyu kayna ğı (ARP) dı şında inceleme alanında yeralan suların Cl - içeriğinin hemen hemen aynı olduğu gözlenmektedir ( Şekil 6). Arapsuyu kayna ğı ise di ğerlerine göre daha yüksek Cl - içeri ğine sahiptir. Şehir merkezinde yeralan bu kaynaktaki Cl - fazlalı ğın nedeninin kirlenme oldu ğu düşünülmektedir. Di ğer tüm kaynakların benzer Cl içeri ğine sahip olması yeraltısularında herhangi bir buharla şma etkisinin olmadı ğını göstermektedir. HRM KMA ASO DUP DUO ARP KPN DUD VAR BIY YGC KGM KGI KGO KGK KGP 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 ?18O (‰ SMOW) Cl (meq/l) Şekil 6. Örnekleme noktalarına ait Cl-? 18 O grafi ği 249 250 Kaynakların Sınıflandırılması Yapılan bu de ğerlendirmeler sonucu alt plato ve üst plato kaynaklarının birbirlerinden farklılıklar gösterdikleri belirlenmi ş ve daha detay bir inceleme yapmak amacı ile alanda yer alan su noktalarına ait hidrojeokimyasal veriler de kullanılarak bir de ğerlendirme yapılmı ştır. Bu amaçla çok de ği şkenli istatistiksel analiz teknikleri yardımı ile su noktaları arasındaki ili şkiler ortaya konmaya çalı şılmı ştır. Bu teknikler, birçok de ği şkenin (hidrojeokimyasal, izotopik, fiziksel) birlikte de ğerlendirilebilmesine olanak sa ğlamakta ve günümüzde kullanımı da hidrojeokimyasal veriler üzerinde yo ğunlaşmaktadır (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 çalı şmada su örneklerine ait hidrojeokimyasal, fiziksel ve izotopik kompozisyonları kümeleme ve faktör analizleri yardımı ile de ğerlendirilmiş ve sonuçlar Şekil 7 ve Şekil 8’de verilmi ştir. Analizlerde kullanılan hidrojeokimyasal parametrelere ait de ğerler ise Çizelge 3’de sunulmuştur. Çizelge 3. Nisan 1995 dönemi örnekleme noktalarına ait hidrojeokimyasal özellikler Kod TDS CO 2 DO Ca* Mg* Na* K* SO 4 * HCO 3 * CO 3 * logP CO2 Doygunluk İndeksi (SI) mg/l mg/l mg/l Anhidrit Aragonit Kalsit Dolomit Jips KGP 762 35 6.0 6.29 1.23 1.30 0.26 0.38 9.04 0.00 -1.47 -2.40 0.17 0.32 -0.06 -2.15 KGO 840 35 7.1 7.04 1.40 2.44 0.18 0.50 9.51 0.00 -1.39 -2.27 0.17 0.32 -0.05 -2.02 KGM 868 65 6.0 7.44 1.56 1.70 0.20 0.70 9.99 0.00 -1.33 -2.11 0.19 0.34 0.01 -1.86 KGK 788 55 7.1 6.79 1.40 1.00 0.13 0.56 9.27 0.00 -1.41 -2.22 0.18 0.33 -0.01 -1.98 KGI 832 60 8.9 7.14 1.56 1.65 0.15 0.75 9.51 0.00 -1.40 -2.09 0.22 0.37 0.11 -1.85 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 K Anhidrit = -4.384, Log K Aragonit = -8.336, Log K Kalsit = -8.480, Log K dolomite (c) = -17.09, Log K Jips = -4.602 Antalya Traverten Platosu’nda yer alan su noktalarına ait standartla ştırılan de ği şkenler ile yapılan kümeleme analizi sonucu elde edilen dendogramda üst plato kaynakları ile alt plato kaynaklarının ayrı kümeler oluşturdu ğu görülmektedir (Bkz. Şekil 7). Hurma (HRM) ve Kemera ğzı (KMA) kayna ğının tüm verileri bulunmadı ğı için bu kaynaklar değerlendirmeye alınamamı şlardır. Kırkgöz kaynak grubu (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP), Düdenba şı (DUD) ve Varsak dolini (VAR)’nin gruplaştı ğı, alt plato kuyu ve kaynaklarının aynı kümede oldu ğu görülmektedir. Kırkgöz kaynaklarının güneyinde bulunan Ya ğca (YGC) ve Bıyıklı (BIY) düdenleri aynı kümede yer almı şlardır. Bıyıklı düdeni (BIY) tüm Kırkgöz kaynaklarının (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) boşaldı ğı gölü drene etmektedir. Ya ğca düdeninden (YGC) akan suyun kökeni ise bilinmemektedir. Ancak ya ğı şlı dönem örnekleri ile yapılan bu de ğerlendirmede, söz konusu düdenler ile Kapuz nehrinin (KPN) aynı kümede toplanmaları, Ya ğca düdeninin (YGC) de gölden beslendi ği ve tüm bu grubun yüzey sularını temsil etti ği şeklinde yorumlanabilir (Atilla ve Arıkan, 2001) Uzaklik KPN BIY YGC DUP ASO DUO ARP KGP VAR DUD KGK KGO KGM KGI -4 16 36 56 76 96 116 Üst Plato Kaynaklari Alt Plato Kaynaklari Şekil 7. Tüm hidrojeokimyasal ve izotopik de ği şkenler ile yapılan kümeleme analizi sonucu örnek noktaları arasında belirlenen özellikler Bir diğer de ğerlendirme temel faktör analizi kullanılarak yapılmı ştır. 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 çalı şmada temel faktör analizi sonucunda özde ğer-faktör sayısı ili şkisinden maksimum faktör sayısı 3 olarak belirlenmiş, de ği şkenler ve temel faktörler arasındaki korelasyonlar ile her bir faktörün toplam varyans yüzdeleri Çizelge 4’de verilmiştir. Çizelge 4. Kimyasal ve izotop de ği şkenleri temel faktörler yükleri DE ĞİŞKEN FAKTÖR 1 FAKTÖR 2 FAKTÖR 3 ? 18 O -.256352 .139804 -.924177 ?D -.247904 .004663 -.936441 Ca .990135 -.050684 .064085 HCO 3 +CO 3 .981603 .017665 .180883 pH -.616581 -.730038 -.071320 DO -.272696 -.817691 .075466 TDS .964228 .112151 .234987 CO 2 .947333 .178374 .251979 SI-Aragonit .033080 -.997788 .001727 SI-Kalsit .034201 -.997790 .001194 SI-Dolomit -.069908 -.983505 .149929 %Toplam Varyans .396359 .384260 .174530 251 252 Faktör 1’in büyük de ğerleri toplam çözünmü ş madde miktarının yüksek oldu ğu örnekleri temsil etmektedir (Bkz. Şekil 8). Kırkgöz kaynak grubu (KGO, KGM, KGK, KGI), Düdenba şı (DUD), Varsak dolininden (VAR) olu şan üst plato kaynaklarının ve Ya ğca (YGC) ve Bıyıklı (BIY) düdenlerinin, alt platoda yer alan kaynak ve kuyulara göre daha yüksek çözünmü ş madde içeri ğine sahip oldukları görülmektedir. En dü şük çözünmü ş madde içeri ği ise Kapuz nehri ile (KPN), Antalya Naplarından bo şalan Hurma (HRM) kayna ğında görülmü ştür. Bu sonuçlar izotop verileri kullanılarak yapılan de ğerlendirmelerle uyum sa ğlamaktadır. Faktör 2’nin büyük de ğerleri karbonat minerallerine doygunluk derecesinin yüksekliğini, Faktör 3’ün büyük de ğerleri ise daha dü şük izotop içeri ğini temsil etmektedir. Dü şük izotop içeri ği beslenme alanının yüksekliği ile yeraltısuyu dola şım süresinin uzunluğunun bir göstergesidir. Buna göre Kırkgöz kaynakları (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) ve Düdenba şı (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 de ğerlendirmelerle uyum sa ğlamaktadır. Kapuz nehri (KPN) örne ği dü şük karbonat içeri ği, düşük doygunluk de ğeri ve dü şük izotop içeri ği ile temsil edilmektedir. Faktör 1 Faktör 2 KGI KGM KGO KGK KGP DUD ARP DUO YGC BIY VAR KPN HRM ASO DUP -3 -2 -1 0 1 2 -3 -2 -1 0 1 2 Faktör 2 Faktör 3 KGI KGM KGO KGK KGP DUD ARP DUO YGC BIY KPN HRM ASO DUP -3 -2 -1 0 1 2 -3 -2 -1 0 1 2 VAR Faktör 1 Faktör 3 KGI KGM KGO KGK KGP DUD ARP DUO YGC BIY VAR KPN HRM ASO DUP -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Şekil 8. Hidrojeokimya ve izotop de ği şkenleri temel faktörleri ile örnek noktaları arasındaki ilişkiler 253 254 SONUÇLAR Antalya Traverten Platosu yeraltısuları, izotopik ve hidrojeokimyasal bile şimlerine bağlı olarak yapılan de ğerlendirmeler sonucu gruplandırılmı ş, kümeleme ve temel faktör analizleri ile de benzer sonuçlara ula şılmı ştır. Çevresel izotoplarla ? 3 H(T), ( 18 O), 2 H(D)? yapılan analizler sonucu Traverten Platosu’ndan çıkan karst kaynaklarının beslenme kotları ve yeraltında kalı ş süresi açısından farklılıklar gösterdi ği saptanmı ştır. Su noktalarına ait ? 18 O-?D, ? 18 O-TU ilişkisinden Kırkgöz kaynak grubu (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) ve Düdenba şı kayna ğının (DUD) beslenme kotlarının yüksek, geçi ş süresinin uzun olduğu, Varsak dolini (VAR) su örneğinin bu gruba yakın olduğu belirlenmi ştir. Bu sonuçlar, Kırkgöz kaynak grubu ile Düdenba şı kayna ğının aynı hidrojeolojik sistemin bo şalımı oldu ğu sonucunu doğurmaktadır. Sahil kaynaklarının ise daha dü şük kotlardan beslendi ği ve geçi ş sürelerinin kısa olduğu saptanmı ştır. Aynı şekilde EC-? 18 O ili şkisinden de alt platoda yer alan kaynakların düşük EC, yüksek ? 18 O içeri ği ile temsil edildi ği ve üst plato kaynaklarının ise geçiş süresinin uzunluğuna ba ğlı olarak yüksek EC içerdi ği belirlenmi ştir. Yüzey suyunu temsil eden Kapuz nehri örne ği (KPN) ise di ğer su noktalarından farklı bir şekilde ayrılmakta ve bu nehre travertenlerden bir yeraltısuyu katkısı olmadı ğı görülmektedir. Çözünmüş madde içeri ği di ğer kaynaklara göre az olan Hurma kayna ğının (HRM) da izotop içeri ği açısından di ğerlerine benzerlik gösterdiği, ancak kökensel olarak farklı olduğu ortaya çıkmaktadır. Bunun nedeni de farklı litolojik birimlerle temasta olmasından kaynaklanmakta ve yapılan analizlerde bu kaynak di ğerlerinden ayrılmaktadır. Çok de ği şkenli istatistiksel analizler kullanılarak yapılan de ğerlendirmelerle de aynı sonuçlara ulaşılmı ş ve bu tekniklerin izotopik ve hidrojeokimyasal verilerle kullanımının detaylı bir analiz yapma olanağı sa ğladı ğı görülmü ştür. Referanslar Atilla, A. Ö., 1996, Çok De ği şkenli İstatistiksel Analiz Teknikleri Kullanılarak Hidrojeokimyasal Verilerin Değerlendirilmesi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Yüksek Mühendislik Tezi,145 s. Atilla, A.Ö., Arıkan, A., 2001, Antalya Traverten Platosu Yeraltısularının Kümeleme ve Faktör Analizi ile Sınıflandırılması, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, Cilt 25, Sayı 1, s. 41-53 Brunn, J. H., Dumont, J. F., Graciansky, P. C. De, Gutnic, M., Juteau, T., Marcoux, J., Monod, O., Poisson, A., 1971, Outline of the Geology of the Western Taurides, In: Campbell, A. S. (ed), Geology and History of Turkey, Petroleum Exploration Society of Libya, Tripoli, p. 225-255. Cattel, R.B., 1965, Factor Analysis: An Introduction to Essentials, Biometrics, 21 (1), p. 190-215. Dalton, M. G., Upchurch, S. B., 1978, Interpretation of Hydrochemical Facies by Factor Analysis, Ground Water, Vol. 16, No. 4, p. 228-233. Davis, J. C., 1986, Statistics and Data Analysis in Geology, John Willey & Sons Inc., New York, 646 p. 255 Denizman, C., 1989, Kırkgöz Kaynakları ve Antalya Traverten Platosu’nun Hidrojeolojik Etüdü, H. Ü. Fen Bil. Ens. Yük. Müh. Tezi, Beytepe, Ankara, 72. DS İ, 1985, Antalya Kırkgöz Kaynakları ve Traverten Platosu Hidrojeolojik Etüd Raporu, Devlet Su İşleri Genel Müdürlü ğü, Ankara. Günay, G., Ekmekçi, M., Kurttaş, T., Elkhatib, H., Akku ş, A.N., Tezcan, L., Törk, K., Bekta ş, D., Altınay, B., 1992, Antalya Havzasındaki Yüzeysel Sularda Kirlenmenin Tespiti ve Giderilmesi Projesi, T.C. Çevre Bakanlı ğı - 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 Müdürlü ğü, Ankara. Günay, Y., Bölükba şı, 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. (yayımlanmamı ş). 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 Müdürlü ğü, Ankara, 71 s. (yayımlanmamı ş). 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, DS İ- UNDP Project (TUR/77/015), Strengthening DSİ Groundwater Investigative Capability, Phase II. Laaksoharju, M., Skarman, C., Skarman, E., 1999, Multivariate Mixing and Mass Balance (M3) calculations, A New Tool for Decoding Hydrogeochemical Information, Applied Geochemistry 14, pp. 861-871, Pergamon, Great Britain. Lawrence, F. W., Upchurch, S. B., 1982, Identification of Recharge Areas Using Geochemical Factor Analysis, Ground Water, Vol. 20, No. 6, p. 680-687. Marcoux, J., 1974, Alpin Type Triassic of the Upper Antalya Nappe (Western Taurides, Turkey). In: ZAPFE, H. (ed.), Die Stratigraphie der Alpin-Mediterranean Trias, Wien, p. 145-146. Poisson, A., 1978, Recherches Geologiques dans les Taurides Occidentales (Turquie). These de Docteur Es Sciences, Universite de Paris-Sud., 795 p. Reeve, A. S., Siegel, D. I., and Glaser, P. H., 1996, Geochemical controls on peatland pore water from the Hudson Bay Lowland: A multivariate statistical approach, Journal of Hydrology, 181(1-4): 285-304. Ritzi Jr., R. W., Wright, S. L., Mann, B., Chen, M., 1993, Analysis of Temporal Variability in Hydrogeochemical Data Used for Multivariate Analyses, Grond Water, Vol. 31, No. 2, p. 221-229. 256 Robertson, A. H. F., Woodcock, N. H., 1982, Sedimentary History of the South-Western Segment of the Mesozoic-Tertiary Antalya Continental Margin, South-Western Turkey, Eclogae geol. Helv. 75, p. 517-562. Seyhan, E., Van De Griend, A. A., Engelen, G. B., 1985, Multivariate Analysis and Interpretation of the Hydrochemistry of a Dolomitic Reef Aquifer, Northern Italy, Water Resources Research, Vol 21, No.7, p. 1010-1024. Sipahi H., Koparan, M., 1979, Kırkgöz Kaynakları Dolayının Jeoloji Ön Raporu, DS İ-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. Göncüo ğlu (Eds.), Proceedings of the International Symposium on the Geology of the Taurus Belt, 1983, MTA, Ankara, p. 41-52. Usunoff, E. J., Guzman-Guzman, A., 1989, Multivariate Analysis in Hydrochemistry: An Example of the Use of Factor and Correspondence Analyses, Ground Water, Vol. 27, No. 1, p. 27- 34. Williams, R. E., 1982, Statistical Identification of Hydraulic Connections Between the Surface of a Mountain and Internal Mineralized Sources, Ground Water, Vol. 20, No. 4, p. 466-478. Yılmaz, T., 1979, Kırkgözler Döşemealtı Projesi Döşemealtı Ovası Planlama Drenaj Raporu, Devlet Su İşleri Genel Müdürlü ğü, Ankara. 257 ZONGULDAK KÖMÜR MADEN İ SAHALARININ İZOTOP H İDROLOJ İS İ İNCELEMES İ ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK COAL MINE AREAS Barbaros ERDURAN 1 , Koray TÖRK 2 , Gürkan ÖKTÜ 1 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 ta şkömürü yatakları yer almaktadır. Westfaliyen (Karbonifer) de olu şmu ş bu kömürlü seviyeler, altta Viziyen (Karbonifer) ya şlı karstik kireçta şları, üste ise yine karstik özellikte olan Apsiyen - Barremiyen (Kretase) ya şlı kireçta şları ile çevrilidir. Bölgede yürütülen karst hidrojeolojisine yönelik çalı şmanın bir parçası olan izotop hidrolojisi, Zonguldak kömür madeni sahalarında, kömürlü birimlerle jeolojik olarak dokanak halinde bulunan karstik kireçta şlarının yeraltısuyu açısından ili şkilerinin ara ştırılmasına yönelik yapılmı ştır. Yüzey ve yeraltısularından 1994-1995 yıllarında izotop analizi amacıyla örnekleme çalı şmaları yürütülmü ş, toplanan örneklerde Döteryum ( 2 H), Oksijen –18 ( 18 O) ve Trityum ( 3 H) analizleri yapılmı ştır. Analiz sonuçlarının de ğerlendirilmesi ile beslenme kotu-alanı, suların kökeni ve sistemdeki geçiş süreleri konularında saptamalar yapılmı ştır. Suların denizel kökenli ya ğı şlardan, 400-500 metre kot aralı ğından beslendi ği ve ayrıca suların sı ğ ve derin dolaşım olmak üzere iki farklı dola şım sistemine sahip oldukları belirlenmi ştir. Kömür madeni galerilerine gelen yeraltısularının geçi ş süresinin kısa olduğu ve mevsimsel ya ğı şlardan beslendi ği de ortaya konmu ştur. Anahtar Sözcükler: İzotop, Zonguldak, Yeraltısuyu, Ta şkömürü ABSTRACT The most important coal area of Turkey is situated in Zonguldak and province. The coal series occurred during Westfalien (Carboniferous) are lower-bounded by Visean aged karstic limestones and upper-bounded by Aptian-Barremian aged karstic limestones. The isotope hydrology, which consists one of the studies dealed with karst hydrogeology, was held to determine the groundwater relations between the karstic limestones adjacent to the coal layers located in the Zonguldak coal mine areas. Environmental isotope samples were collected in the basin during 1994 – 1995 period, from the surface and groundwater. Deuterium ( 2 H), Oxigene –18 ( 18 O) and Tritium ( 3 H) 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. G İR İŞ Zonguldak ve çevresinde Türkiye'nin en önemli ta şkömürü yatakları yer almaktadır. Karbonifer'in Westfaliyen katında olu şmu ş bu kömürlü seviyelerin altında yine Karbonifer'in Viziyen katında olu şmu ş dolomitik kireçta şları ile, üzerinde Kretase'nin Apsiyen ve Barramiyen katlarında olu şmu ş karstik kireçta şları bulunmaktadır.Bu karstik kireçta şlarının içerdi ği yeraltısularının kömür i şletmeleri sırasında açılacak galerilere gelme olasılıkları bulunmaktadır. Dolayısıyla yeraltı i şletmecili ğini bu şekilde tehdit eden hidrojeolojik olayların önceden bilinmesi ve soruna uygun çözüm yollarının bulunması ve kömür üretiminin sa ğlıklı bir şekilde gerçekle ştirilmesine katkıda bulunmak çalı şmanın amacını oluşturmaktadır. 2. SAHAYA A İT GENEL B İLG İLER İnceleme alanı co ğrafik olarak Türkiye'nin kuzeyinde Batı Karadeniz bölgesinde yer alır. Çalı şmalar Zonguldak ve yakın dolayını kapsayacak şekilde toplam 312 km 2 lik bir alanda yürütülmü ştür (Şekil 1). Bölgenin en önemli yükseltileri Asartepe (847m), Kızlıkkıran Tepe (845 m), Yayla Tepe (676 m), Kurtkapanı Tepe (704 m) ve Gölda ğ (771 m) dır. İnceleme alanında karst kaynaklarından beslenen dereler dı şında sürekli akıma sahip akarsu bulunmamaktadır. Bölgede Karadeniz'e özgü bol ya ğı şlı iklim tipi hüküm sürer. Zonguldak meteoroloji istasyonunda ölçülen yıllık ortalama ya ğı ş 1220 mm dolayındadır. Yıllık ortalama sıcaklık 13.4 0 C dir. Aylık ortalamalar, Şekil 1. İnceleme Alanının Yer Bulduru Haritası 258 259 so ğuk aylarda (Ocak ve Şubat) 6 0 C, sıcak aylarda (Temmuz ve A ğustos) 21.6 0 C dolayında bulunmaktadır. Hakim rüzgar yönü kuzey-kuzey batı olup en yüksek hız 2.3 m/s dir. 3. JEOLOJ İ İnceleme alanında Paleozoyik-Kuvaterner ya ş aralı ğında de ği şik litoloji birimleri yer almaktadır ( Şekil 2). Bunlardan aşa ğıda kısaca bahsedilecektir. Paleozoyik Hamzafakılı, Kokaksu, Alacağzı, Kozlu ve Karadon Formasyonları ile temsil edilir. Hamzafakılı Formasyonu kuvarsit ve mikro konglomera litolojisi ile havzanın temelini olu şturur. Üzerine kalınlı ğı 1000 metreyi geçen dolomitik kireçta şlarından olu şan Kokaksu Formasyonu gelir. Ortamda karasalla şma sürecinin ilk belirtilerini gösteren kumta şı, kilta şı, siltta şı ardalanmasından olu şan istif Alaca ğzı Formasyonu olarak adlandırılır. Zonguldak ta şkömürü havzasının i şletilebilir nitelikte 20 adet kömür damarı içeren, kilta şı, siltta şı, kumtaşı, konglomera, kömür ardalanmasından olu şan Kozlu Formasyonunun kalınlı ğı 800-850 m arasında de ği şmektedir. Fasiyes özellikleri bakımından Kozlu Formasyonunun devamı niteli ğindeki istife havzada Karadon formasyonu adı verilmektedir (Yergök vd., 1987). Mesozoyik İnceleme alanındaki Mesozoyik, Alt-Üst Kretase ile temsil edilmi ştir. Alt Kretase'deki kireçta şı fili ş çökelimini, Üst Kretase'deki volkanizmanın ürünü kayalar üzerler. Zonguldak Formasyonu Karboniferi diskordan olarak örten karstik kireçta şlarından oluşur. Formasyon karstik özellikler gösteren ma ğaralar dolinler ve su yutunlardan olu şur. Bunun üzerine kilta şı, kumlu ve killi kireçta şı litolojisi ile İncüvez Formasyonu gelir. Kapuz formasyonu yine karstik kireçta şları ile temsil edilir ve ileri derecede karstla şmı ştır. Bu birim üzerine fili ş 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 ko şulların olu ştu ğu düzlüklerde silt boyutundan çakıl boyutuna kadar olan malzemenin depolanmasıyla olu şur (Yergök vd., 1987). Yapısal Jeoloji ve Paleoco ğrafik Evrim Zonguldak ta şkömür havzası günümüze kadar Hersiniyen ve Alpin olmak üzere ba şlıca iki büyük orojenezin etkisi altında kalmı ştır. Paleozoyik formasyonlarda birincil deformasyonu, Kretase öncesinin en büyük orojenik hareketi olan Hersiniyen orojenezi olu şturmu ştur. Kretase olu şumlarının çökeliminden sonra ise Paleozoyik ve Mesozoyik ya şlı formasyonlar, Alpin orojenezinin etkisiyle ikinci bir deformasyona uğramı şlar ve güncel görünümlerini kazanmı şlardır. İnceleme alanında jeolojik zaman içersinde meydana gelen bu orojenik hareketler kayaçların kıvrımlanmalarına ve kırılmalarına neden olmu ş, genellikle Karadeniz'in kıyı çizgisine paralel doğu-batı do ğrultulu tektonik yapılar olu şmu ştur (Şengör vd., 1981). 260 Havzada Viziyen sonunda deniz çekilmeye ba şlamı ş, sı ğla şma karasal ortama uygun hale gelmi ştir. Namuriyen’de karasal çökelim sonucu bitkiler bolla şmı ş, kömür damarları olu şmu ştur. Delta ortamını karekterize eden akarsu sistemlerinin egemen oldu ğu ve bu akarsuların taşkın evrelerinde geli şen bataklıklarda bitki geli şimi sonucu yine kömür damarları meydana gelmi ştir. Bu sırada kömür damarları içeren Kozlu ve Karadon Formasyonları çökelmi ştir. Westfaliyen sonlarına do ğru havzanın batısı yükselerek kara haline gelmi ş ve aşınma dönemi başlamı ştır. Bölge Alt Kretase'den itibaren deniz istilasına u ğramı ş bu deniz birkaç kez geri çekilip ilerlemesini sürdürmü ştür. Üst Kretase üzerine gelen Paleosen ya şlı Yahyalar Formasyonu, güney alanlarındaki Neotetisin kapanması sırasında meydana gelen ara havzaların ürünüdür. Şekil 2. İnceleme Alanındaki Stratigrafi Dikme Kesiti (Özler vd., 1992) 261 262 4.H İDROJEOLOJ İ İnceleme alanında bulunan birimler su ta şıma özelliklerine göre geçirimli ve geçirimsiz birimler olmak üzere sınıflandırılmı şlardır (Öktü, vd., 1996). Geçirimsiz Birimler Çalı şma sahasının orta kesimlerinde geni ş bir alanda yüzeylenen Paleozoyik ya şlı killi siltli kömürlü birimler geçirimsizdir. Bunun yanında Üst Barremiyen-Alt Apsiyen ya şlı İncüvez Formasyonu da geçirimsiz özelliktedir. Üst Kretase yaşlı Fli ş karekterinde kumta şı, kiltaşı,marn,siltta şı şeklinde çökelen birimlerinde yapılan saha gözlemleri ile geçirimsiz özellikte olduğu saptanmı ştır. Geçirimli Birimler İnceleme alanında karsla şmı ş üç birim bulunmaktadır. Bunlar; • Viziyen ya şlı dolomitik kireçtaşları, • Barremiyen ya şlı alt seviyeleri dolomitik kireçta şları, • Apsiyen ya şlı kireçtaşlarıdır. Yukarda bahsedilen her üç birim de inceleme alanının geçirimli ve aynı zamanda akifer özellikteki birimleridir. Bu kayaçların karstla şmasına neden olan olayların ba şında tektonizma ve litolojik yapı gelmektedir. Bu birimlerde görülen karstik yapılar genellikle fay ve kırıkların kesi ştikleri ve litolojinin de ği şti ği noktalarda geli şmi ştir. A şa ğıda bu birimler hakkında kısaca bilgi verilecektir (Erduran, 1997). • Viziyen ya şlı dolomitik kireçta şları İnceleme alanının güneyinde do ğu-batı yönünde uzanım gösteren sparitik ve dolomitik dokudaki kireçtaşları iyi derecede karstla şmı ş durumdadır.Tektonik hatlara ve dokusal özelliklere ba ğlı olarak karstlaşmanın gelişti ği viziyen kireçta şlarından, ortalama verdileri 50 l/s olan kaynak boşalımları belirlenmiştir. Birim yüzeyinde önemli karstik yapılar geli şmi ştir. Kokaksu Formasyonunda paleokarstla şma oldukça önemlidir. Viziyen sonunda ba şlayan karasalla şma süreci ile olu şan paleokarstik çukurluklarda boksit olu şumlarının gözlenmesi bunun göstergesidir. • Barremiyen yaşlı alt seviyeleri dolomitik kireçta şları Dolomitik ve kumlu kireçtaşı şeklinde arazide gözlenen bu birim Karbonifer ya şlı kömürlü birimlerle sınır olu şturması açısından oldukça önemlidir. Arazide orta derecede karstla şmı ş olarak gözlemlenen bu birimin yüzeyde bo şalımı gözlenmez. Galerilere gelen suyun büyük bir bölümü de bu birim içerisinden gelmektedir. Sondaj kuyularından alınan jeofizik loglarında Barremiyen kireçtaşlarından Karbonifer'e giri ş zonlarında önemli bo şluk ve çatlak anomalileri elde edilmi ştir. • Apsiyen ya şlı kireçta şları Yer yer masif görünümlü yer yer de tabakalı olarak gözlenen birim havzada bulunan kireçta şları 263 arasında en yoğun karsla şmayı göstermektedir. Bunun en önemli nedeni kireçta şlarının oldukça saf bir dokuya sahip olmasıdır. Kızılelma ma ğarası-Cumayanı karst kayna ğı sistemi bu birimde geli şmi ş en önemli karstik yapıdır. Yukarda bahsedilen bu üç birim dı şında, bu çalı şmanın amacı açısından bir öneme sahip olmayan alüvyonda hidrojeolojik açıdan geçirimli sayılabilecek birimlerdendir. Su Kimyası Çalı şmaları İnceleme alanında karstik akiferlerin hidrojeokimyasal karekterlerinin incelenmesi amacıyla su noktalarının tümünde yerinde ölçüm yapılmı ş, analiz için örnekler alınmı ş, suların fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmi ştir (Çizelge 1). Örneklerde olu şabilecek kimyasal reaksiyonların durdurulabilmesi amacıyla Standart Methods'da belirtilen koruyucu maddeler kullanılmı ştır (APHA-AWWA-WPCF, 1981). İnceleme alanında bulunan suların kalsiyum-magnezyumlu, karbonat-bikarbonatlı tipik karst suları oldukları görülür. Karstik kireçta şlarından bo şalan suların büyük ço ğunlu ğunun kalsiyum-magnezyum karbonatlı olması doğaldır. Gelik-260 ve Çatala ğzı-360 kotlarından alınan örneklerdeki magnezyum içeri ğinin farklı de ğerlerde olması derinlik ile ilgilidir. Bunun yanısıra Apsiyen ya şlı kireçta şlarından çıkan sularda oldukça dü şük magnezyum de ğeri görülmektedir. Çizelge 1. İnceleme alanında 1994 yılı ya ğı şlı dönem alınan su örneklerindeki laboratuvar analizleri (değerler mg/l cinsindendir) Lokasyon No Ca ++ Mg ++ Na ++ K + HCO 3 - CO 3 -- SO 4 -- Cl - 2 65 8 30,5 195 9 9 8 6 80 5 60,8 214 9 20 10 7 63 3 60,8 177 9 14 15 8 110 6 13 207 9 38 22 15 85 5 80,6 244 9 11 11 24 68 8 50,6 195 9 9 9 27 56 3 50,8 159 9 9 9 32 350 100 9 2 176 9 1200 10 33 98 20 4 0,8 195 9 125 9 51a 95 36 85 2,4 305 9 50 166 51b 92 35 82 2,5 299 9 114 147 52 78 26 30 2,4 281 9 120 10 53 2 15502,3 1318 30 4 1,4 Karstik Taban Akifer (KTA) Viziyen ya şlı karstik karbonatlı kayaçların oluşturduğu KTA'yı boşaltan ba şlıca kaynaklar Büyük ma ğara dere ve Kokaksu kayna ğıdır. Kaynak ba şında yapılan sıcaklık ölçümlerinde de ğerin 15.3 0 C dolayında olduğu ve yıl içinde fazla bir de ği şim göstermedi ği saptanmı ştır. Küçük hazneli akiferleri 264 boşaltan kaynak sularının sıcaklık de ğerlerinin ya ğı şın hızla iletilmesinden dolayı daha düzensiz bir de ği şim gösterdikleri bilinmektedir. Çözünmüş madde miktarının bir göstergesi olan elektriksel iletkenlik de ğeri ortalama 400 µs/cm olarak ölçülmü ştür. Ya ğı şlı dönemlerde ya ğı şın katkısıyla 370 µs/cm'ye kadar dü şen elektriksel iletgenlik de ğeri kurak dönem sonlarında en yüksek de ğeri 410 µs/cm’ye ulaşmaktadır. Bu durum kurak dönemlerde yağı şın kesilmesi, öte yandan buharla şmanın artmasıyla ilgilidir. Beslenme alanında sodyum ve potasyum kaynağı olabilecek litolojiler olmadı ğından sudaki sodyum ve potasyum içeri ği oldukça dü şüktür. Karstik Alt Akifer (KAA) Paleozoyik kömürlü birimlerinin hemen üzerinde yer alan ve galerilere gelebilecek potansiyel su miktarı açısından büyük önemi olan Barremiyen ya şlı karstik kireçta şlarının yüzeyden bo şalımı gözlenmemektedir. Gelik-260 ve Çatala ğzı -360 lokasyonlarında yapılan ölçümlerde kurak ve ya ğı şlı dönemlerde, Gelik-260 için 14 0 C, Çatala ğzı-360 için 20 0 C dolayında de ği şmeyen sıcaklık de ğerlerinin saptanması, aynı birim içersinden çıkan her iki bo şalımın nisbeten büyük bir akiferi temsil etti ğinin göstergesidir. Yine her iki lokasyonda yapılan elektriksel iletgenlik ölçümlerinde Gelik -260 için 830 µs/cm, Çatala ğzı için 1200 µs/cm ya ğı şlı ve kurak dönemlerde de ği şmeyen de ğerler aldı ğı görülmü ştür. Karstik Üst Akifer (KÜA) Apsiyen ya şlı karstik kireçta şlarını boşaltan Cumayanı karst kayna ğının çıkı şında yapılan ölçümlerde, kurak ve yağı şlı dönemlerdeki sıcaklık de ğerinin 8 0 C ile 14 0 C arasında de ği şim göstermesi birimin nispeten daha küçük hazneli akiferden beslendi ğini do ğrulamaktadır. Elektriksel iletgenlik 210-360 µs/cm arasında degi şmektedir. Kaynağın do ğal olarak kalsiyum ve magnezyum içeri ği yüksektir. 5. ÇEVRESEL İZOTOP ANAL İZLERİ Hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla yüzey ve yer altında belirlenen 15 lokasyondan izotop örne ği alınmı ştır.Ya ğı şlı ve kurak dönem alınan su örneklerinde tirityum, oksijen-18 ve döteryum analizleri yapılmı ştır. Analizler DS İ nin Ankara Esenboğa'da bulunan izotop labratuarlarında gerçekle ştirilmi ştir. Çalı şma sahasından alınan su örneklerinde izotop de ğerleri Çizelge 2’de verilmi ştir. Duraylı izotoplardan döteryum ve oksijen-18 den suların olası beslenme yüksekliklerinin saptanmasında, tirityum'dan ise ba ğıl ya ş ve geçi ş sürelerinin belirlenmesi amacıyla yararlanılmı ştır. Ya ğı şlardan alınan su örneklerinde duraylı izotoplardan oksijen-18 ve döteryum içerikleri arasında dünya ya ğı şlarını temsil eden ili şkinin ?D = 8 x ? 18 O + 10 oldu ğu bilinmektedir (Yurtsever, 1978). Zonguldak ve dolayında gerçekle şen ya ğı şların duraylı izotop içerikleri ile Dünya Meteorik Do ğru (DMD) arasındaki ili şki şekil 3 ve şekil 4 de gösterilmi ştir. Duraylı izotop içeriklerinin bağıl 265 konumları kurak dönem için ?D = 8 x ? 18 O + 5 do ğrusu üzerine dü ştüklerini göstermektedir. Ya ğı şlı dönem izotop içeriklerinin ba ğıl konumları ise DMD üzerinde yer almaktadır. Çizelge 2. İnceleme Alanındaki Su Noktalarından Alınan Örneklerdeki İzotop Analizi Sonuçları KURAK DÖNEM Lokasyon No Lokasyon Adı Oksijen-18Döteryum Trityum 1 Alman Pınarı 660m -10,48 -79,2 14,4 2 Büyük Ma ğara Pınarı 320m -10,26 -74,18 17,2 3 Aydındere 248m -10,15 -74,72 20,6 6 Cumayanı Ma ğara P 32m -8,9 -71,33 17,1 7 Cumayanı Pınarı 20 m -9,09 -68,33 17,6 15 Kurtköy Kuyu A ğzı -9,72 -73,53 16,9 18 Yukarı Dere 120m -9,29 -69,89 20,4 32 Kokasu Ilıca 50m -10,15 -76,1 2,4 33 Kokaksu 50m-10,09-73,35 12,4 40 Kılıçmahalle 110m -9,52 -69,12 17,9 51 Çatala ğzı -360 -8,76 -74,26 15,6 51B Çatala ğzı sıfır pas -360m -9,64 -72,68 15,5 52 Gelik -260m-11,45-73,51 17,9 53 Yeni Gelik Kuyu -620m -12,44 -88,73 1,8 HG2 Kuyu 300m-8,54-71,51 15 YAĞI ŞLI DÖNEM Lokasyon No Lokasyon Adı Oksijen-18Döteryum Trityum 1 Alman Pınarı 660m -10,25 -75,09 14,2 2 Büyük Ma ğara Pınarı 320m -10,02 -71,54 15,2 3 Aydındere 248m -9,97 -69,65 13,2 6 Cumayanı Ma ğara P 32m -10,15 -71,71 11,4 7 Cumayanı Pınarı 20 m -9,84 -68,21 14 15 Kurtköy Kuyu A ğzı -9,63 -62,01 18,8 18 Yukarı Dere 120m -7,36 -54 17 32 Kokasu Ilıca 50m -9,62 -65,64 1,7 33 Kokaksu 50m -10-68,19 9,7 40 Kılıçmahalle 110m -9,14 -68,39 12,8 51 Çatala ğzı -360 -8,81 -61,8 10,6 51B Çatala ğzı sıfır pas -360m -7,72 -55,83 11 52 Gelik -260m-9,76-63,45 13,6 HG3 Kuyu 199m-10,46-70,81 10,1 Ya ğı ş(Zonguldak) 136m -56,18 12,5 266 Şekil 3. Kurak Dönem ? 18 O-?D İlişkisi Duraylı izotoplardan döteryu ş rejimleri için zaman içinde e ği şmez. Bu nedenle, örneklerdeki döteryum fazlası de ğerleri kullanılarak farklı ya ğı ş rejimlerinin -102 -92 -82 -72 -62 -52 -42 -32 -22 -12 -2 8 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 OKS İJEN - 18 DÖTERYUM (%o) 1 32 2 3 6 7 15 18 33 40 51 51B 52 53 HG2 Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10) -102 -92 -82 -72 -62 -52 -42 -32 -22 -12 -2 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 ?OKS İJEN - 18 ?DÖTERYUM (%o) 18 1 2 3 6 7 15 33 51 52 53 HG2 32 40 51B HG3 Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10) Şekil 4. Ya ğı şlı Dönem ? 18 O-?D İlişkisi m ve oksijen-18 arasındaki ili şki belli ya ğı d etkisi belirlenebilir. Döteryum fazlası, Df =?D-8x? 18 O e şitli ği kullanılarak hesaplanmı ştır. Çizelge 3’de Eylül-Ekim 1994 ve Nisan 1995 döteryum fazlası de ğerleri verilmi ştir. Döteryum fazlasının yüksek de ğerler aldı ğı noktalarda denizel kökenli ya ğı şların görülmesine kar şılık dü şük de ğerler 267 Çizelge 3. İnceleme Alanındaki Döteryum Fazlası De ğerleri Eylül – Ekim D f Nisan 1995 D f daha çok karasal kökenli ya ğı şları temsil etmektedir(Kehinde,1993). Ortalama de ğerler ise her iki kökenli ya ğı şlardan beslenme ile ilgili oldu ğunu göstermektedir. 1994 1 4,6 1 6,91 2 7,9 2 8,62 3 6,48 3 10,11 6 -0,13 6 9,49 7 4,39 7 10,51 15 4,23 15 15,03 18 4,43 18 5,12 32 5,1 32 11,32 33 7,37 33 11,81 40 7,04 40 4,73 51 -4,81 51 8,68 51B -4,44 51B 5,93 52 18,09 52 14,87 53 10,79 H G3 12,87 HG2 3,19 Y 10,7 AĞI Ş ksijen-18 ve döteryum içerikleri alındı ğında inceleme alanında bulunan suların ortalama beslenme ekil 5 ve Şekil 6’da Döteryum-Trityum ili şkisi görülmektedir. Bölgesel yeraltısuyu sistemi O yüksekliklerinin 400-500 metre arasında de ği şti ği söylenebilir. Dolayısı ile bu yükseltiler karstik kapalı havzaların bulunduğu alanlardır. Ş gözönüne alındı ğında 32 ve 53 numaralı lokasyonlardan alınan örnekler dı şında kalan sular sı ğ dolaşımdan gelen sulardır. 32 ve 53 nolu örneklerdeki sular ise derin dola şımdan gelen sulardır. -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 ?DÖTERYUM (‰) ?TR İTYUM (TU) 32 1 2 3 6 7 15 18 33 40 51 51B 52 53 HG2 Şekil 5. Kurak Dönem ?D- T İlişkisi 268 Şekil 6. Ya ğı şlı Dönem ?D- T İlişkisi -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 ?DÖTERYUM (‰) ?TR İTYUM (TU) 18 1 2 3 6 7 15 33 51 52 53 HG2 32 40 51B HG3 Ya ğı ş Boyalı Dere SK-13 269 TARTI ŞMA VE SONUÇ Çalı şma alanında Paleozoyik’ten Kuvaterner’e kadar de ği şen ya şlarda litolojik birimler mevcuttur. Bunlardan Paleozoyik ya şlı kömürlü birimler, Üst Barremiyen-Alt Apsiyen ya şlı İncüvez Formasyonu ve Üst Kretase ya şlı Fli ş geçirimsiz, Paleozoyik ya şlı dolomitik kireçta şları, Barremiyen-Apsiyen ya şlı kireçtaşları ile Kuvaterner Alüvyon geçirimli özelliktedir. Viziyen ya şlı dolomitik kireçta şları ile Apsiyen yaşlı kireçta şları ileri derecede karstla şmı ş, Barremiyen kireçta şları ise orta derecede karsla şmı ş durumdadır. İzotop analizleri ile bölgede bulunan sular bölgesel yer altı suyu sistemide göz önüne alınarak sı ğ ve derin dola şım olarak ayırtlanmı ştır. Sı ğ dola şıma giren sular do ğal olarak güncel sulardır. Buna göre 32 ve 53 nolu lokasyonlardaki sular havzanın derin dola şımına giren sularıdır. Aydındere 1 ve Gelik yeraltı lokasyonlarının izotopik kompozisyonları benzerlik göstermektedir. Cumayanı ma ğara kaynağı ile Cumayanı kayna ğının izotopik kompozisyonları da aynı şekilde benzerlik göstermektedir. Dolayısıyla bu noktaların hidrojeolojik olarak aynı sisteme dahil oldukları görülmektedir. Di ğer noktaların izotopik kompozisyonları arasında belirgin bir benzerlik saptanamamı ştır. Bölgesel meteorik su hattının belirlenmesi amacıyla deği şik peryotlarda izotop örnekleri alınmalıdır. Bu olay bölgede bundan sonra yapılacak izotop çalı şmalarında 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 – Ba ğlık – İna ğzı – Göbü – Kazköy Kömür Sahalarının Karst Hidrojeolojisi İncelemesi, Yük. Müh. Tezi, H.Ü., Müh. Fak., Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (yayınlanmamı ş) 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 – Ba ğlık – İna ğzı – Göbü – Kazköy Kömür Sahalarının Hidrojeoloji Etüdü Final Raporu, MTA, Ankara (Yayınlanmamı ş) 270 Özler, İ., Yaver, Y., Kır, N., Canca, N., Tongal, O., Bakan, Z., 1992, Değirmena ğzı ile Göbü Arasında Kalan Alanın Jeolojisi ve Kömür Varlı ğı, MTA, Derleme No:9599, Ankara (Yayınlanmamı ş) 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., Arma ğan, F., Erdoğan, K., Kaymakçı, H., Çetinkaya, A., 1987, Batı Karadeniz Bölgesinin Jeolojisi I, MTA, Derleme No:8273, Ankara (Yayınlanmamı ş) . Yergök, A.F., Akman, Ü., Tekin, F. Karabalık, N., Arba ş, A., Akat, U., Arma ğan, F., Erdoğan, K., Kaymakçı, H., 1987, Batı Karadeniz Bölgesinin Jeolojisi II, MTA, Derleme No:8848, Ankara (Yayınlanmamı ş) Yurtsever, Y., 1978, Environmental Isotopes As A Tool In Hydrogeological Investigations Of Southern Karst Regions Of Turkey, Proceedings Of A International Seminar On Karst Hydrogeology, Antalya, Turkey 271 OVACIK OVASINDA (SİL İFKE- İÇEL) DÜ ŞEY ELEKTRİK SONDAJ YÖNTEM İYLE TATLI SU VE OLASI TUZLU SU G İRİŞİMİN İN İNCELENMES İ INVESTIGATION OF FRESH WATER AND PROBABLE SALTY WATER INTERFERENCE BY USING VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING AROUND OVACIK PLAIN (S İL İFKE- İÇEL) Ö ğr. Gör. Hatice KARAKILÇIK ve Doç.Dr. Ulvi Can ÜNLÜGENÇ Ç.Ü. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 01330, Balcalı/ADANA (hkilcik@mail.cu.edu.tr), (ulvican@mail.cu.edu.tr) ÖZET Bu çalı şma Silifke Ovacık ovasında yaklaşık 2.2km 2 ’lik bir alanda yeraltısuyu yönünden önemli formasyonları ortaya çıkarmak, sınırlarını tayin etmek ve inceleme alanının denize yakın olması nedeniyle tuzlu su giri şimli bölgeleri saptamak amacıyla yapılmı ştır. İnceleme alanında jeofizik yöntemlerden Dü şey Elektrik Sondaj yöntemi kullanılmı ştır. Çalı şma alanının 1/25.000 ölçekli topografik haritası üzerinde 3 tanesi DS İ sondaj kuyusu yakınında olmak üzere, toplam 20 noktada DES (Dü şey Elektrik Sondaj) noktaları belirlenerek araziye uygulanmı ştır. İnceleme alanında, 20 DES noktasındaki Schlumberger elektrot açılımını kullanarak ölçümler alınmı ştır. Bu çalı şmada AB/2 genelde 200 m seçilmi ştir. Bu yöntemle alınan ölçümlerden, 20 DES noktası için görünür özdirenç de ğerleri hesaplanarak arazi e ğrileri çizilmi ştir. Bu e ğriler de ğerlendirilirken hem yardımcı nokta abaklarını hemde ZOHDY (1989) bilgisayar programını kullanarak tabakaların kalınlıkları ve gerçek özdirenç de ğerleri bulunmuştur. İnceleme alanında 20 DES noktasında 9 profil için jeoelektrik yapı kesitleri çıkarılmı ştır. Bu kesitlerde üstte alüvyon, şist ve kireçta şı birimlerinin ayırımları yapılarak derinlikleri ve kalınlıkları saptanmı ştır. İnceleme alanındaki keson kuyular, çakıllı kumlu seviyeler içinde açılmı ştır. 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 a şırı pompaj nedeniyle, olası tuzlu su giri şimli seviyelerin varlı ğını belirlemek amaçıyla (AB/2) 10, 50, 100, 160 metreler için görünür özdirenç kat haritaları hazırlanmı ştır. Görünür özdireç kat haritalarında en düşük özdirenç de ğerinin 50 ohm-m oldu ğu ve bulunan bu değerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979) ve Aydın (1995) 'ın çalı şmalarında tuzlu su gir şimli seviyeler için buldukları 2-5 ohm-m de ğerinden çok yüksek oldu ğu belirlenmiştir. Hazırlanan görünür özdirenç kat haritalarına göre; inceleme alanında tuzlu su girişimli seviyelerin varlı ğı belirlenmemi ştir. Önceki çalı şmalar ve ovada daha önce açılmı ş olan su sondaj kuyularından alınan su numunesi örneklerinin "Elektrik İletkenle ği" (EC) de ğeri de bu sonucu desteklemektedir. Anahtar Sözcükler: Rezistivite, Tuzluluk, Girişim, Yeraltısuyu Ara ştırması 272 ABSTRACT This research was carried out within an area of approximately 2.2 square km around Silifke Ovacık plain, in order to explore the important ground water formations, to find out its boundaries, and also to explore the salty water interference fields, as the investigated area is quite close to the Mediterranean sea. Vertical electrical sounding technique (VES) that is one of the measuring techniques in geophysics was used in the study area. 20 VES points, three of which near the DSI sounding wells, were plotted on the 1/25000 scale topographical map and were applied to the investigated area. At these 20 VES points, all the measurement was done by using Schlumberger electrode spacing. In general AB/2 was selected to be 200 m in this study. From these measurements apparent resistivity values have been calculated for 20 VES points and then area curves have been drawn. The thickness of the layers and real resistivity values have been established from these evaluated area curves by using both supporter point auxiliary and Zohdy (1989)’s computer software. At the 20 VES points, geoelectrical structure sections have been prepared for 9 profiles in the investigated area. In these sections contacts between alluvium, schist and limestone units from top to the bottom have been marked and also their depth and thickness have been calculated. The ordinary wells were dug at the levels of gravely sands within the investigation field. The underlying karstic limestones present an important support to the alluviums from the point of underground water supplies. Because of the nearness of the investigation area to the sea and the over pumping of the sounding wells belonging to the cooperatives in the plain, we have investigated the possibility of salty water interferences to the field and therefore, apparent resistivity layers for (AB/2) 10, 50, 100, 160 meters were prepared. The smallest apparent resistivity value of these maps was found to be 50 ohm/m. that is much higher than the value of 2-5 ohm/m, which stand for salty water interference, that was reported in Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) studies. According to prepared apparent resistivity layer maps, there is no presence of salty water interference in the investigated area. The previous works and the electrical conductivity (EC) measurement on the water samples got from the sounding wells in the plain support our results. Key words: Resistivity, Salinity, Interference, Underground water Investigation 273 1. G İR İŞ İnceleme alanı, Do ğu Akdeniz bölgesi Mersin ili Silifke İlçesi’nin 40 km batısında yer alan Ovacık Ovasıdır. Kuzeyinde Yapal Mahallesi ile I şıklı Köyü, do ğusunda Kargı Mahallesi, Devedamı Mahellesi, Dibekli Mahallesi, güneyinde Ovacık Körfezini kapsamaktadır. Bu bölgede, Ovacık beldesinde yüzeyleyen kayaçlar içerisinde su içeren litolojik seviyelerin saptanması için, Dü şey Elektrik Sondaj (DES) yöntemiyle ölçümler yapılmı ştır. Ovacık Ovası güneydoğudan ortalama yükseltisi 580 m olan Adada ğı ile sınırlanmı ştır. Ovanın kuzey ve batı sınırlarında Toros dağları yükselmeye başlar. Ovanın kuzey yamaçları az engebelidir. Adada ğı 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 a ğı bulunmamakla beraber, hemen bütün dereler ta şkın yata ğı konumundadırlar. Yaz aylarında sulu bir dereye pek rastlanmaz. Denizaltı kaynaklarının varlı ğı, Ovacık ovasındaki bu fay zonu ile ilgili olmamakla beraber Ada da ğı karstik sisteminden beslenmektedir. Bu çalı şmanın amacı, yaklaşık 2,2 km 2 'lik bir alanda Düşey Elektrik Sondaj yöntemiyle yer altı suyu olanaklarını ara ştırmak, jeolojik yapının aydınlatılmasını sağlamak ve ovanın kıyıya yakın olu şu sebebiyle tatlı su tuzlu su giri şimli bölgelerin bulunmasını sa ğlamayı amaçlamı ştır. Daha önce çalı şma alanı civarlarında genel amaçlı jeolojik incelemeler yapılmasına ra ğmen, kıyıya yakın olan alan içerisinde tatlı-tuzlu su girişimi hakkında detay incelemeler yapılmamı ştır. Bu kapsamda, Ovacık ovasında deniz suyunun kara tarafına do ğru tuzlu su girişiminin tespitini yapabilmek ve aynı zamanda ovada yaygın olarak yüzeyleyen alüvyonun süreklili ği, kalınlı ğı ve litolojisini saptamak, verilerin yorumlanması ve bunun sonucunda en uygun su kuyu yerlerinin belirlenmesi bu çalı şmanın amacını oluşturmaktadır. 2. ÖNCEK İ ÇALI ŞMALAR Çalı şma alanı civarındaki ilk jeolojik incelemelerde Günay (1968), Ovacık ovasının yer altı suyu olanaklarını saptamak amacıyla jeoloji ve hidrojeoloji ara ştırmaları yapmı ş ve özellikle denizaltı kaynakları üzerinde durmu ştur. Alüvyon akiferlerinden yararlanılarak yapılacak yer altı suyu sulaması ile Ovacık ovasının tamamının sulanamayaca ğı, özgür bir beslenme alanı olan denizaltı kaynaklarından yararlanılması gerekti ği sonucuna varılmı ştır. Daha sonra bölgede; Yençilek (1979), Silifke-Hacı İshaklı köyünün güney kıyılarındaki kaynaklardan denize bo şalan yer altı suyunun ekonomik amaçlarla kullanılmasını sağlamak amacıyla jeofizik etüdler yaparak, deniz suyunun karstik boşluklar ve çatlaklarla çalı şma alanına ula ştı ğı ve uzaklık ile tuzlu seviyelerinin derinliklerini belirlemi ştir. Yine aynı y ıllarda 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 çalı şması yaparak 2 ohm- m ve daha küçük özdirenç de ğerlerinin oldu ğu bölgeleri tuzlu seviyeler olarak belirlemi ş ve su sondaj yerlerini ve derinlikleri tuzlu seviyeler gözönünde tutarak saptamı ştır. Çalı şma konusuna paralellik sunması nedeniyle Tuncel (1979)’in, Hatay- İskenderun-Uluçınar ovasında yapmı ş olduğu jeofizik etüd raporu örnek olarak alınmı ştır. Burada, Tuncel kıyı akiferi özelli ğindeki ovada açılacak su sondaj kuyularına ı şık tutmak için alüvyonda kumlu-çakıllı seviyelerin saptanması, konglomeranın üst topografyasının belirlenmesi ve denizden gelmesi muhtemel tuzlulu ğun ara ştırmasını yapıp sonuçta tuzlusu girişimli seviyeleri 5 ohm-m özdirençli ve altında de ğeri olan 274 yerler olarak belirlemi ştir. Aynı şekilde, Aydın (1995), Hatay-Dörtyol-Erzin ovası sahil kesiminde yaklaşık 15 km 2 ' lik bir alanda DES yöntemini uygulamı ştır. Burada inceleme alanının denize yakın olması ve ovada kurulan sulama kooperatifleri ve şahıs su sondaj kuyularından yapılan pompaj gözönünde bulundurularak denizsuyunun muhtemel giri şiminden kaynaklanacak bölgeleri saptamak amacıyla görünür özdirenç kat haritaları hazırlamı ş ve bunun sonucunda ovada tuzlusu giri şimli seviylerin bulunmadı ğını belirtmi ştir. 3. İnceleme Alanının Genel Jeolojisi İnceleme alanı ve yakın civarında Paleozoyik Zamanı içerisinde Kambriyen ( ?), Ordovisiyen (O), Silüriyen (S), ve Devoniyen (D) ya şlı sedimanter kayaçlar; Mesozoyik Zamanını temsilen Jura-Üst Kretase ya şlı karbonatlar ve dolomitik kireçta şları olu şturmaktadır. Bu temel kayalarını uyumsuzlukla üzerleyen Kuvaterner ya şlı Yamaç molozu (Qy), travertenler (Qtv) ve alüvyonlar (Qal) bulunmaktadır (Şekil 1). Ba şlıca sedimanter kökenli kayaçlardan olu şan Paleozoyik ve Mesozoyik ya şlı temel kayaların arazideki uzanımları genellikle NE-SW yönlü olup, bu ya şlı kayaçlar Ovacık Ovası civarlarında kalınlı ğı pek fazla olmayan Kuvaterner yaşlı örtü birimleri tarafından açısal uyumsuzlukla üzerlenmektedir. İnceleme alanındaki ya şlı temelin kırıntılı ve karbonatlı çökelleri Akdeniz kıyısına sınır paralel ku şaklar şeklinde yüzlekler sunmaktadır. Ba şlıca ince detritiklerden olu şan ya şlı temelin kayaçları genellikle ova çevresindeki yamaçlarda yüzeylemekte olup, Ova kesiminde Kuvaterner ya şlı yamaç molozu ve alüvyonun altında devam etmektedir. Ovanın güneyindeki ya şlı temel, Silüriyene ait kalk şist, bitümlü graptolitli koyu renkli şist ile kuvarsit ve koyu boz renkli grovaklardan olu şmaktadır. Şekil 1: Ovacık civarını Jeolojik ve Jeofizik lokasyon haritası 275 276 Kuzey kesimlerde ise grovak, kuvarsit, kireçtaşı, killi kireçta şı ve yumrulu kireçtaşından olu şmaktadır. Kuvaterner yaşlı (Örtü kayalar) kayaçlar inceleme alanı civarındaki en genç kayaçlar olup, temeldeki ya şlı kayaçlar üzerinde açısal uyumsuzlukla yer almaktadır. Kuvaterner yaşlı çökeller; tabandan tavana doğru Yamaç molozu, traverten ve alüvyon olmak üzere üç birime ayrılarak haritalanmı ştır. Kuvaternerdeki en genç çökel birim olan alüvyon, Ovacık ovasının kuzey kesimlerde yaygın mostralar sunmaktadır. Ba şlıca kireçta şı ve şist çakıllarından ibaret çakılta şı, çakıllı kumta şı, kumtaşı, siltta şı ve kilta şı litolojilerinden olu şan birim yeraltısuyu bakımından en önemli litolojiyi olu şturmakta olup, ovadaki kalınlı ğı yaklaşık olarak 50 m'yi bulmaktadır. Ovanın kuzeydoğusundaki alüvyon birimi sahile yakın alanlara göre daha kaba malzemeden olu şurken, sahil bölgesi kısımlarında silt ve kumdan meydana gelmi ştir. 3.1.Hidrojeoloji Ovacık inceleme alanında yeraltısuyu taşıyan oluşukların ba şlıcaları alüvyon ile karstik kireçtaşlarıdır. Ovayı kaplayan alüvyonun kalınlı ğı en çok 50 m' dir. İnceleme alanını kuzeyden ve güneyden çevreleyen kireçta şları karstik özellikleri sebebiyle yeraltısuyu ta şımaktadırlar. Kireçtaşlarının drenaj alanları di ğer oluşuklara göre daha önemlidir. Kireçta şları, sularını karstik kaynaklar yolu ile bo şaltmaktadırlar ve alüvyonu pek az miktarda besledikleri anla şılmı ştır. İnceleme alanındaki di ğer olu şuklar yeraltısuyu ta şımazlar, yani akifer de ğil, akifüjdürler. Kireçtaşlarının denizaltı kaynakları d ı şında önemli verdisi olan kaynaklar görülmez. Ba şka olu şuklarda da kaynaklar bulunmaz. Besleme alanında akarsu yoktur. Ancak ta şkın özelli ği gösteren dereler görülür. D.S. İ ve yöre halkı tarafından açılmı ş çakma sondaj kuyuları ve sı ğ kuyular vardır. İnceleme alnında, denizaltı kaynakları d ı şında önemli sayılabilecek kaynaklar yoktur. Sadece Yapal Mahallesinde 5-6 lt/sn'lik bir kireçta şı kayna ğı; ayrıca Kar ğı ve Ovacık I şıklı Mahallelerinde herbiri yakla şık olarak 3-5 lt/sn verdili iki kireçta şı kayna ğı bulunur. Bunların dı şında verdileri önemsiz olan birkaç küçük karstik kaynak daha vardır. Ovacık kasabasının içmesuyu bu küçük karstik kaynaklardan sa ğlanmaktadır. Kasabanın 500-600 m kadar güneyinden getirilen karstik suyun verdisi yazın 1.5-2 lt/sn kadardır. Bu nedenle Ovacık kasabasının su ihtiyacı yeterince kar şılanamamaktadır. Ovacık kasabasının 200 m güneyinde ve sahile 2 m mesafeden ba şlayarak N65E doğrultusu boyunca sıralanan 4-5 adet denizaltı kayna ğı vardır. Sahile en yakın olan kayna ğın derinli ği 2.5-3 m 'dir. Di ğerlerinin derinlikleri yer yer de ği şmektedir. Rezerv hesaplarından elde edilen sonuca göre bu kaynakların toplam verdisi en az 222 lt/sn' dir. Silifke- Ovacık ovasında D.S. İ ve şahıslar tarafından açılmı ş su sondaj kuyuları bulunmaktadır. Ovada bulunan en derin kuyu 161 m derinli ğindeki 6625 numaralı D.S. İ su sondaj kuyusudur. Burada ilk 50 m 'ye kadar alüvyon, 50-161 metre arası şist geçilmi ştir. Ovacık ovasında alüvyon içerisinde açılmı ş su kuyuları bulunmaktadır. Bunlar derinlikleri 6-15 m arasında olan çakma veya geni ş a ğızlı sı ğ 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 açılmı ş 6625, 42057, 10540 numaralı su sondaj kuyuları bulunmaktadır. 277 4. İnceleme alanında uygulanan Elektrik Sondaj (D.E.S) yöntemi Yeraltının yataya yakın bir çok tabakadan olu ştu ğu yerlerde rezistivitenin dü şey deği şiminin elde edilmesi için yapılan i şlemdir. Elektrik sondajı yer yüzeyi üzerindeki tek bir noktadan a şa ğıya doğru derinlikle rezistivite de ği şimini ortaya koyar ve ilgili derinliklerdeki jeolojik bilgiyle korelasyonu (kar şılıklı ili şkiyi) sa ğlayarak tabakaların kalınlıkları ve özdirenç de ğerleri bulunur Temel ilke akım elektrotları aralı ğını arttırmak suretiyle akımın sürekli bir şekilde daha derine i şlemesini 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. Dü şey elektrik sondaj noktalarında ölçüm düzeni olarak Schlumberger elektrod açılımı kullanılmı ştır. Schlumberger diziliminde elektrotlar O (P 1 ile P 2 'nin ortası) noktasına göre simetriktirler. (Ergin ,1982). Ölçümler, ? a =-?r2/?r(?V/I), ba ğıntısına göre her DES noktası için hesaplanarak görünür özdirenç de ğerleri elde edilmiştir. ?V ve I'yı ölçmek ve elektrot dizili şini bilmek suretiyle ? 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 ?V potansiyeli her bir tertip için (?V?/I) oranı sabitli ğinin korunmasını sağlayacaktır. İnceleme alanında A 1 A 2 uzaklı ğı arazinin elverdi ği ölçüde maksimum 450 m alınmı ştır. Gerçekte, bu teknikleri kullanılabilir hale getiren özellikler farklı kayaç ve minerallerin elektrik iletkenli ğini geçirmedeki büyük de ği şmelerdir. (Öztürk,1986). Yüzeye yakın kayaçlardaki iletim hemen hemen tamamıyla kayaçlar da ki gözenek bo şluklarını dolduran su içinden olur. Su ta şıyan kayaçlarda iletim suyun miktarına, suyun tuzlulu ğuna ve kayaç içindeki da ğılım şekline ba ğlıdır. Su ta şıyan kayaçlarda rezistivite ve litoloji veya jeolojik ya ş arasında do ğrudan bir ilişki vardır. Çünkü bu iki faktörde bir kayacın porozitesi veya su depolama kapasitesini ve daha az ölçüde kayaç içinde içerilen suyun tuzlulu ğunu kontrol etmede i şe yarar. Ço ğu kayaçlar kırık ve çatlaklarla dolu oldu ğu için elektriksel anlamda homojen ve izotrop olamazlar. Özellikle, şeyl ve ço ğu kez kireçta şı ve şi ştler özellikle tabakalanma düzlemlerine göre belirli bir anizotrop karaktere sahiptirler. İnceleme alanında da alüvyonun altında şist ve kireçta şı yer almaktadır. İnceleme alanında kıyıya dik ve paralel olmak üzere, kuzeydo ğu-güneybatı yönünde 5 profil, kuzeybatı-güneydoğu yönünde 4 profil olmak üzere toplam 9 profilde jeoelektrik yapı kesitleri çıkarılmı ştır. 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 alınmı ştır. İnceleme alanında DES ölçüleri için Kanada yapımı MCPHAR rezistivite aleti kullanılmı ştır. İnceleme alanında DES ile elde dilen ölçü de ğerleri hem bilgisayar yardımı ile hem de çakı ştırma yöntemi ile Tagg iki tabaka abağı ve Ebert üç tabaka yardımcı abakları kullanılarak de ğerlendirilmi ştir. Bu çalı şmada ayrıca araziden elde edilen ? a de ğerleri Zohdy (1989)' nin bilgisayar programıyla da de ğerlendirilerek yine aynı tabaka parametreleri bulunmu ştur. Programda, arazide 20 DES noktasında Schlumberger elektrot açılımına göre elde edilen görünür özdirenç (? a ) değerleri ve (AB/2) yarı açılım uzaklı ğına kar şılık gelen de ğerler kullanılır. Özdirenç ölçme noktalarından elde edilen özdirenç de ğerleri, bilindi ği gibi jeolojik yapının içerdi ği suyun kondüktivitesine ve efektif tane çapına ba ğlıdır. E ğer yapının taşıdı ğı suyun özdirenci sabit kalacak 278 olursa; ölçülen özdirenç de ği şiklikleri ile de ğerlendirilen kesitler jeolojik yapıya tam bir uyumluluk gösterirler. Özdirencin değerinin dü şmesi, yapının tane çapının küçüldü ğünü gösterir. Bunun tersi olarak özdirenç değerinin büyümesi ise tane çapının büyümesi ile izah edilir. Gözenekli ğin, özdirenç ve malzeme durumları ile olan ili şkisi; gözeneklilik özdirenç ile ters orantılıdır. Yani gözenekli ği büyük olan yapının özdirenç de ğeri küçük ve dolayısıyla ince elemanlı, gözenekli küçük olan yapıların özdirenç de ğeri büyük, buna ba ğlı olarak ta yapıyı meydana getiren elemanların irileştiği anla şılır. 5. Tuzlu Su Giri şimli Bölgelerin Varlı ğının Ara ştırılması Yer altı sularından yaralanmanın ço ğalmasına paralel olarak deniz kıyılarına yakın bölgelerde tuzlu suyun, tatlı su akiferleri içine girmesi (intrüzyon) problemi de yaygınla şmaktadır. Ba şlangıçta tatlı su tuzlu su ili şkisi 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 a şırı pompalama sonucunda deniz suyu karı şması ile suları tuzlula şan kuyuları örnek verebiliriz. Yer altı sularının tuzlanması aslında sadece deniz suyuna ba ğlanamayan geni ş kapsamlı bir konudur. Tanım olarak çözünmü ş katı madde miktarı 1000 mg/lt (ppm)' den fazla olan sular “Tuzlusu” olarak kabul edilir. Yeraltısuyunda bu miktarı a şan Na, K, Mg tuzlarının bulunması her zaman deniz suyu karı şması nedeni ile açıklanamaz. Bugün denizlerden çok uzaklarda da tuzlu yer altı sularına rastlanmaktadır. Buralarda tuzlulu ğu doğuran di ğer kaynaklardır. 5.1 Denize Yakın Akiferler’in Tuzlanması Normal koşullarda serbest ve basınçlı akiferdeki yeraltı su tablası genellikle topografyaya ba ğlı bir hidrolik eğimle denize ula şmaktadır. Ancak, yeraltısuyunun hidrolik e ğiminin bazı do ğal olaylar ve insan eliyle bozulması, ya da yeterli beslenmenin olmaması halinde deniz suyunun yeraltısularına doğru sokuldu ğu görülür. Bu olay deniz suyunun tatlı yeraltısuyuna giri şimi (intrüzyonu) olarak isimlendirilmektedir. Denize yakın akiferlerde yeraltından fazla miktarda ve devamlı olarak su çekilmesi ile karadan denize do ğru olan hidrolik eğim yön deği ştirmekte, deniz suları akiferlere doğru kilometrelerce sokulmaktadır. Örneğin bugün Californiya’da aşırı pompalama ile yeraltı su seviyesi deniz seviyesinin altına düşürülmü ş ve deniz 2-5 km kadar karalara sokularak akiferleri tuzlula ştırmı ştır. İstanbul Bakırköy havzasında da a şırı pompalama sonucunda deniz suyunun yer yer içeriye girerek tatlı yeraltısularını tuzlulaştırdı ğı görülmektedir. Deniz suyu girmesi, denizsuyu ile yeraltısuyu arasında bir ba ğlantının var oldu ğu yerde gelişir veya daha belirgin olurlar. Mesela deniz seviyesinde açılmı ş kanallar intrüzyon veya deniz suyu girmesine neden olur. Kıyılarda yerle şim alanlarını ço ğalması nedeniyle su talebi artmaktadır. Bu nedenle kıyı yerle şim alanlarındaki su ara ştırmaları önemlidir. Tuzlusu girmesi hakkındaki ilk raporlardan biri 1855'te Braitthwaite tarafından yayınlanmı ştır. Raporda Londra ve Liverpool’daki kuyulardan pompalanan suyun gittikçe tuzlandı ğını belirtilmi ştir. Bir kıyı akiferinde su çekmeyi azaltmakla girmeye sebep olan a şırı pompalama ortadan kaldırılır. Bu yer altı suyu seviyelerinin deniz seviyesi üstüne yükselmesine ve denize do ğru bir gradyan olu şmasına imkan verir. Bir havzanın pompalama programını yeniden tertipleme iyi sonuç verir. E ğer pompalar havzanın iç kesimi yanında çoksa bazı hallerde daha dikçe e ğimler havzaya olan iç akımı arttırır. Kuyu 279 yakınında da azaltılan pompalama su seviyesini yükselterek deniz suyunun girmesini engeller (Altınlı,1966). İnceleme alanının güneyini Akdeniz sahili çevirmektedir. Ovacık ovası 2 km uzunlu ğundaki do ğal 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. Bo şalma alanı güneybatıdaki sahildir. Ovanın kuzeyindeki kireçta şları kendi alanlarına düşen yağı şlardan beslenmektedirler. Alüvyonal akifer, ya ğı şlarla do ğrudan doğruya ilgilidir. Yeraltısuyu kullanımındaki artı ş, tatlı su-tuzlu su arasında var olan hassas dengenin bozulmasına neden olabilmektedir. Bu tepki yer altı suyu seviyelerinde dü şüş ve su kalitesinde azalma olarak kendini göstermektedir. Yer altı suyunun olması gerekenden daha büyük boyutlardaki çekimi deniz suyunun akifere do ğru yürümesine sebep olmakta ve su kalitesi düşmektedir. Ovacık kasabasının 200 m güneyinde ve sahile 2 m mesafeden ba şlayarak N65E doğrultusu boyunca sıralanan 4-5 adet denizaltı kayna ğı bulunmaktadır. Sahile en yakın olan kayna ğın derinli ği 2.5-3 m 'dir. Di ğerlerinin derinlikleri yer yer de ği şmektedir. Rezerv hesaplarından elde edilen sonuca göre bu kaynakların toplam verdisi en az 222 lt/sn' dir (Yençilek,1979). İnceleme alanında tuzlusu giri şimli bölgelerin varlı ğını ve derinli ğini jeofizik olarak belirlemek amacıyla inceleme alanında 20 DES noktası için görünür özdirenç de ğerleri baz alınarak AB/2 (yarı açılım uzaklı ğı)'nin 10, 50, 100, 160 için kat haritaları hazırlanmı ştır ( Şekil 2,3 ,4 ,5). Haritalara baktı ğımızda görünür özdirenç de ğerlerinin çok yüksek oldu ğu görülür. Görünür özdirenç kat haritalarında en düşük özdirenç de ğerinin 50 ohm-m olduğu ve bulunan bu de ğerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) çalı şmalarında tuzlusu giri şimli seviyeler için buldukları, 2-5 ohm-m de ğerinde çok yüksek olduğu görülür. Bu de ğerler deniz suyunun yeraltısuyuna giri şimi (intrüzyonu) için oldukça yüksektir. Giri şimin olabilmesi için bu de ğerlerin çok daha dü şük olması gerekirdi. Bu nedenle diyebiliriz ki, inceleme alanında deniz suyunun yeraltısuyuna giri şim olayı yoktur. Haritaların hazırlanmasında "Surfer" programı kullanılmı ştır. Bu programda görünür özdirenç de ğerleri Buna göre inceleme alanında ki alüvyon akifer, kireçtaşlarından beslenmektedir. Alüvyon içinde suya yeni tuzlar katacak nitelikte, kolay eriyebilen maddeler bulunmamaktadır. Kireçta şlarından gelen sular uzun süre alüvyon içinde kalmadıkları için hiçbir de ği şikli ğe u ğramamı şlardır. Şekil 2: AB/2 =10 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m). 280 Şekil 3: AB/2 =50 m için görünür özdirenç kat haritası 281 282 Şekil 4: AB/2 =100 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m). Şekil 5: AB/2 =160 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m). 283 284 6.SONUÇLAR - İnceleme alanında alüvyon içinde killi çakıl, az çakıllı kil ve çakıl birimleri ayırt edilmi ştir. Alüvyonun altında şist ve onunda altında kireçtaşı birimi saptanmı ş ve bu birimlerin birbirleriyle olan sınırları ve derinlikleri hesaplanmı ştır. - İnceleme alanındaki Pliyo-Kuvaterner ya şlı çökellerin çakıllı, kumlu seviyeleri iyi akifer özelli ğindedir. Sahada keson kuyular genel olarak bu birim içerisinde açılmı ştır. -Örtü konumundaki alüvyonların fazla su içermesine, temellerinde bulunan karstik kireçta şlarının yeraltı boşalımları önemli katkı sa ğlamaktadır. - İnceleme alanında yapılan bu etüd sonucunda sulu tarımın ve seracılı ğın daha da geli ştirilmesiyle ihtiyaç duyulacak sulama suyunun sa ğlanması için kaynakların geli ştirilmesi ve bu alanda sondaj yapılması önerilir. - İnceleme alnında D.S. İ tarafından açılmı ş olan 6625 no' lu su sondaj kuyusundan alınan numuneler sonucunda, sulama sularının sınıflandırılması Wilcox diya ğramına göre çok iyi- iyi sular sınıfına, A.B.D. tuzluluk laboratuvarı diyagramına göre ise C 2 S 1 sular sınıfına girmektedir. Orta tuzlu sular (EC 250-750 mikromho/cm arası) orta akaçlama özelli ğindeki tabakalarda tuzluluk tehlikesi olmadan tüm bitkiler sulanabilir. - İnceleme alanında özel şahıslar tarafından açılmı ş olan kuyular C 3 S 1 s ınıfındandır. 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 giri şimli bölgeleri ortaya çıkarmak gayesiyle AB/2=10, 50, 100, 160 m için görünür özdirenç kat haritaları çıkarılmı ştır. Görünür özdirenç kat haritalarında en düşük özdirenç de ğerinin 50 ohm-m olduğu ve bulunan bu de ğerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) çalı şmalarında tuzlusu giri şimli seviyeler için buldukları, 2-5 ohm-m de ğerinde çok yüksek oldu ğu görülür. -Görünür özdirenç kat haritalarına göre de inceleme alanında tuzlu su giri şimli seviyelerin varlı ğı görülmemi ştir. Önceki çalı şmalar ve ovada daha önce açılmı ş olan su sondaj kuyularından alınan su numune örneklerinin "Elektrik Geçirgenlik" (EC) de ğerlerinin de bu sonucu destekledi ği görülmektedir. KAYNAKLAR: ALTINLI, İ.E., (1966), Yeraltısuyu Jeolojisi Ders Notları AYDIN, K., (1995),Dü şey Elektrik Sondaj Yöntemi İle Hatay-Dörtyol-Erzin Ovası Sahil Kesiminde Yeraltısuyu Ara ştırılması. Yüksek Lisans Tezi. D İZ İO ĞLU, M.Y., KEÇEL İ,A.D., (1981),Elektrik Ve Elektromagnetik Prospeksiyon Yöntemleri. İstanbul Üniversitesi Yayınlarından; Sayı 2817,No:157. ERG İN, K., (1981) Uygulamalı Jeofizik. İTÜ Mühendislik fakültesi Yayını. 285 ERGUVANLI, K., YÜZER, E., (1987) Yeraltısuları Jeolojisi (Hidrojeoloji). İ.T.Ü Maden Fakültesi . Yayın No:23. Nisan 1987. GÜNAY, G., (1968) Silifke Ovacık Ovası Rezerv raporu. rapor No:1904/3 D.S. İ Jeoteknik Hizmetler Ve Yeraltısuları Dairesi Ba şkanlı ğı Ankara. GÜVEN, C., (1900), Jeoelektriksel Arazi Ölçülerinin Kıymetlendirme Teknikleri, Nümerik Tablo Ve Model E ğrilerinin Meydana Getirili şi. MÜLAYİM, H., (1979) İçel-Erdemli Ziraat Okulu Jeofizik İnceleme Raporu. Ar şiv 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. Ar şiv No.37 Adana. TÜRKMEN, G., ERTÜRK, A., TÜRKMAN, M., (1974) Dörtyol-Erzin ovası Hidrojeolojik Etüd Raporu. D.S. İ Ar şiv No.42. YENÇİLEK, R., (1979) Ovacık Denizaltı Kaynakları Jeofizik İnceleme Raporu. D.S. İ Yayını. Ar şiv No.35. ZOHDY. A.A.R., (1969) The Use Of Schlumberger And Equatorial Soundings In Groundwater Investigations Near El Paso, Texas. Vol.34, No.5, P.713-728. ZOHDY. A.A.R., (1989) A New Method For The Automatic Interpretation Of Schlumberger And Wenner Sounding Curves. Geophysics Vol.54, No.2, P.77. 287 KARI ŞIM SULARINDA KÖKENSEL KATKILARIN BEL İRLENMES İ ESTIMATION OF THE CONTRIBUTION OF THE WATER SOURCES IN THE MIXED WATERS Türker KURTTA Ş Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Ara ştırma Merkezi, 06532 Beytepe – Ankara E.Posta: kurttas@hacettepe.edu.tr ÖZET Hidrojeoloji çalı şmalarında farklı kökenli suların ayırtlanması, ço ğu zaman basit hidrojeokimyasal de ğerlendirmeler yeterli olmaktadır. Bu çalı şmada hidrojeokimyasal verilerin karı şım mekanizmalarının anla şılmasında nasıl kullanılabilece ği açıklanmı ştır. Hidrojeoloji çalı şmalarında karı şım miktarları fiziksel yada kimyasal açıdan reaktif olmayan bile şenler kullanılarak hesaplanmaktadır. Karı şım miktarı hesaplamalarında hidrojeokimyasal olarak karı şımı sağlayan uç bile şenlerin miktarlarının bilinmesi gerekmektedir. Karı şım sularının oranlarını belirlemek için hidrojeokimyasal verilerin eksik oldu ğu yada daha pratik ve çabuk çözümler gerekti ğinde kullanılabilecek bir diğer parametre suyun Elektriksel iletkenli ğidir. Geleneksel yöntemlerin hidrojeolojik yapıyı tanımlamakta yetersiz oldu ğu durumlarda izotop teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. 18 O ve D konservatif izotoplar olarak akifer içindeki hidrojeokimyasal süreçlerden etkilenmezler ve akiferin beslenme miktarı, beslenme bölgesinin ayırtlanması, yeraltısuyu-yüzey suyu ilişkileri, karı şımın belirlenmesi ve çatlaklı kayaçlardaki beslenme-bo şalım ili şkilerini açıklamakta kullanılmaktadır. Kararlı izotop verileri kullanılarak karı şımı sağlayan suların kökeni; tuzların çözünmesi, buharla şma ile izotopça zenginle şme veya tatlı su-tuzlu su veya tatlı su-deniz suyu karı şımı 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 18 O ve D are conservative isotopes and do not effected by the hydrochemical processes in the aquifer, they are used to explain recharge 288 quantities of the aquifer, determination of the recharge areas, groundwater-surface water relations, determinatiıon of mixing quantities and understanding of recharge-discharge relations in the fractured aquifers. By using stable isotope data, sources of the mixing portions, dissolution of salts, evaporation and isotopic enrichment or fresh water-salt water/fresh water- sea water mixing can be identified easily. G İR İŞ Hidrojeoloji çalı şmalarında farklı kökenli suların ayırtlanması, var olan kaynakların ekonomik olarak kullanılması ve a şırı çekim sonucunda veya do ğal koşulların etkisi ile niteli ğini kaybetmi ş/kaybetmekte olan suların kullanılması açısından önem ta şımaktadır. Bu kapsamda kıyı akiferlerinde deniz suyu giri şimi mekanizmasının anlaşılması, ve karı şım miktarlarının belirlenmesi, tatlı suyun kirlenmeden i şletilmesine olanak sa ğlaması açısından önemlidir. Ço ğu zaman basit hidrojeokimyasal ili şkiler bu mekanizmayı anlamamıza olanak vermektedir. Geleneksel hidrojeolojik yöntemlerin uygulanmasının yeterli olmadı ğı durumlarda ise özellikle suyu olu şturan elementlerin izotopları çok faydalı olmaktadır. Hidrojeoloji çalı şmalarında yararlanılan do ğal izotoplar özellikle, "Duraylı İzotoplar" dediğimiz a ğır su elemanı olan ve suların yapısında bulunan hidrojenin izotopu Döteryum (D) ile Oksijenin izotopu 18 O ve hidrojenin radyoaktif izotopu Trityum 3 H dur. Suyun do ğal bile şenleri olmaları nedeniyle iyi bir izleyicidirler. Akiferlerde geli şen hidrojeokimyasal süreçlerin ço ğundan etkilenmezler. Buna kar şın suyun etkilendi ği fiziksel/kimyasal süreçler hakkında de ğerli ipuçları verirler (Kurttaş, 2000). Bu çalı şmada karı şım mekanizması ve özelde de bunun bir biçimi olan deniz suyu etkisi incelenecektir. Ku şkusuz her çalı şma alanı kendine özgü hidrojeolojik koşullara sahiptir ve genel yaklaşımların uygulanabilirli ği mümkün olmayabilir. Örne ğin, jeolojik devirlerde akifer içinde hapsedilen su ile mevsimsel ya ğı şların etkisi altında olan bir akiferdeki yeraltısuyunun koşulları aynı olmayacaktır. Bu nedenle hidrojeolojik problemlere birebir çözüm önermek yerine genel olarak hidrojeokimyasal ve izotop tekniklerinin karı şım problemlerini anlamakta nasıl kullanılabilece ğine değinilecektir. Okuyucunun kendi problemine yönelik çözümleri çalı ştı ğı alandaki hidrojeolojik ko şulları dikkate alarak değerlendirmesi sa ğlıklı bir çözüm açısından gerekli görülmektedir. KARI ŞIM MEKAN İZMALARININ TANIMLANMASI Yeraltısuyunun tuzlanması jeolojik devirler boyunca kayaçların içinde hapsedilen deniz suyu karı şımı, evaporitlerle temas sonucu çözülme, sulama suyunun karı şımı, buharlaşma ve kıyı akiferlerinde deniz suyu giri şimi gibi nedenlerdir. Nedeni ne olursa olsun tuzlanma mekanizmaları ço ğu zaman basit hidrojeokimyasal de ğerlendirmeler ile anla şılabilmektedir. Kıyı akiferlerinde doğal ko şulların etkili oldu ğu alanlarda tatlı suyun basıncının tuzlu suyun basıncından büyük oldu ğu durumlarda tatlı su-tuzlu su bir ara yüz boyunca dengede bulunmakta ve tatlı su karadan denize do ğru hareket etmektedir. Yo ğunlukları farklı olan suların karı şımı bu yüzey boyunca yalnızca moleküler diffizyon ile gerçekle şmektedir (Delleur, 1999). Kıyı akiferlerindeki a şırı çekim hidrodinamik dengeyi deniz suyu lehine bozmakta ve deniz suyu karaya do ğru hareket etmekte ve akiferin içine do ğru ilerlemektedir. Aynı şekilde tuzlu su kütlesinin üzerinde i şletilmekte olan bir akiferde a şırı çekim nedeni ile tatlı su-tuzlu su sınırındaki basınç yüksekliği deği şmekte ve tuzlu su yukarı doğru hareket etmekte ve kirlili ğe neden olmaktadır. Klasik anlamda kıyı akiferlerinde deniz suyu giri şimi Ghyben-Herzberg e şitli ğine dayalı bir karı şım dinamiği ile ele alınmaktadır (Delleur, 1999). Bu çalı şmada bu e şitli ğe ili şkin yöntemlere de ğinilmeyecek, bunun yerine hidrojeokimyasal verilerin karı şım mekanizmalarının anla şılmasında nasıl kullanılabilece ği açıklanacaktır. Do ğal suların fiziksel özellikleri ve major iyon içerikleri, suları kendi içinde gruplandırmakta ve karı şım miktarlarını de ğerlendirmekte kullanılabilir. Bunun yanında Cl - /SO 4 , Mg +2 /Ca +2 , Cl - /Na + +K + veya HCO 3 /SO 4 ve doygunluk indisi hesaplamaları tuz/karı şım konsantrasyonu ve kökeni hakkında yeterli bilgiyi sa ğlayabilir. Bir iyon açısından çözünürlük sınırına ula şmı ş su örne ğinde tuzun kökenini belirlemek ço ğu zaman mümkün olmamakla beraber, seyreltik çözeltilerde de tuz konsantrasyonunun buharla şmadan mı, katı tuzlardan mı (sulama suyunun buharlaşması gibi) olduğunu belirlemek kolay olmaktadır. Hidrojeolojik çalı şmalarda su noktalarının arasındaki ilişkilerin açıklanması akifer içindeki dolaşım mekanizmaları ve yeraltısuyunun beslenim-bo şalım ilişkilerini anlamaya yardımcı olmaktadır. Yeraltısularının deniz suyu tarafından tuzlanmasına örnek olarak ve karı şım oranlarını hesaplamak üzere Çizelge 1’de Gökova Körfezi ve civarındaki su noktalarına ait ölçüm ve analiz sonuçları verilmi ştir. Herhangi iki de ği şik kimyasal bile şime sahip suyun belirli oranda karı şması sonucunda oluşan sonuç suyun kompozisyonunun belirlenmesi bu çalı şmanın amaçlarından birini olu şturmaktadır. Çizelge 1. Gökova Körfezi su noktalarına ait hidrojeokimyasal veriler (Kurtta ş, 1997) Kod Örnek Adı Tipi T pH EC(25 o C) TDS Cl CO 3 HCO 3 SO 4 Ca Mg Na K °C µS/cm mg/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l GK-13 Ba ğyaka Köyü Kaynak 11.5 8.15 317 314.74 0.61 1.00 1.994 0.56 2.02 1.01 0.33 0.12 -0.01 GK-12 Yeniköy Kaynak 14.4 7.60 403 364.07 0.90 1.80 3.316 0.42 3.98 0.39 0.34 0.17 0.04 GK-11 Algı Köyü Kaynak 14.9 7.25 535 422.91 0.63 1.60 4.031 0.55 4.88 0.44 0.37 0.18 0.00 GK-16-C Kuyu - III Kuyu 16.6 7.87 554 465.15 1.25 - 3.420 1.94 3.17 2.79 0.38 0.33 0.10 GK-15 Akçapınar Köyü Kaynak 16.5 7.36 629 510.91 0.90 2.00 5.348 0.34 3.13 2.66 0.68 0.35 0.04 GK-16-B Kuyu - II Kuyu 16.6 7.74 658 484.85 1.11 - 3.453 2.19 3.52 2.88 0.55 0.30 0.08 GK-16-A Kuyu - I Kuyu 16.2 7.75 865 552.20 1.92 1.00 3.222 2.64 3.91 3.04 1.12 0.35 0.22 GK-5 Belediye Kuyuları Kuyu 15.6 7.64 1443 904.68 8.32 0.20 4.165 1.55 5.13 2.75 5.56 0.40 1.30 GK-4 Halil'in Yeri Rest. Kaynak 14.9 7.52 1719 1010.94 10.12 0.20 4.070 1.82 5.17 2.96 6.38 0.74 1.61 GK-1 Azmak(duvar dibi) Kaynak 15.8 7.36 1973 1459.57 13.74 1.00 3.674 5.09 8.41 5.46 9.62 1.07 2.22 GK-2 Azmak-Kümes Kaynak 15.7 7.40 2355 1704.64 17.84 1.80 3.718 5.69 8.75 6.54 11.12 1.30 2.92 GK-3 Cennet Restaurant Kaynak 15.8 7.45 2753 2073.21 23.02 1.00 4.630 5.90 10.39 7.53 15.03 1.01 3.80 GK-8 Çınaraltı Kaynak 15.6 7.40 5522 3440.56 52.80 2.40 4.005 3.69 8.24 16.12 30.94 1.53 8.85 GK-7 Deniz Rest.-2 Kaynak 15.6 7.33 5658 4009.77 59.40 1.60 3.855 5.36 12.46 13.65 38.85 2.37 9.97 GK-10-B Ören (Acısu) II Kaynak 17.2 7.22 8431 6072.46 86.50 0.98 4.666 8.94 17.71 16.76 60.50 8.38 14.41 GK-9 Akbük Limanı Kaynak 17.3 7.17 8483 5762.24 88.04 2.20 4.648 6.84 17.63 18.75 57.48 2.89 14.83 GK-6 Deniz Rest.-1 Kaynak 16.0 7.31 10447 5081.61 72.86 1.40 3.729 11.26 14.12 18.28 48.13 2.81 12.26 GK-10-A Ören (Acısu) I Kaynak 17.1 7.26 10846 6709.45 96.75 2.20 4.949 11.42 31.31 21.39 57.52 5.18 15.41 GK-14 Gökova Körfezi Deniz Suyu 22.3 7.94 37650 25237.64 427.49 1.40 3.016 30.49 36.68 96.24 246.63 21.66 72.43 GK-17 Marmaris (Deniz) Deniz suyu 20.9 8.21 45980 48706.51 813.31 - 2.847 45.29 18.58 187.56 632.38 8.50 - GK-18 Ören (Deniz) Deniz suyu 25.1 8.09 >50000 35732.53 590.00 - 2.843 38.35 23.45 78.56 476.08 11.00 100.00 Deniz Suyu Katkısı Anyonlar Katyonlar Arazi Ölçümleri Çizelgedeki veriler sıcaklık, EC ve Cl içeriklerine göre tekrar sıralanmı şlardır. Örnekleme ve analiz çalı şmalarından sonra sonuçların bu türde bir sıralanmaya tutulması bile ço ğu zaman sular arasındaki olası ili şkileri incelemekte kullanılabilir. Çizelgede yeraltısuyunun sıcaklıkları ile iyon içerikleri ve Toplam Çözünmü ş Katı (TDS) içerikleri arasında yaklaşık doğrusal bir ili şki olduğu görülmektedir. Bölgenin hidrojeolojik ko şullarını 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 karı şımını temsil etti ğini söylenebilir. Yine bu çizelgeye ba ğlı olarak çizilen TDS-Na ve TDS-Cl grafiklerinde ( Şekil 1) bu durum açık bir şekilde görülmektedir. 289 290 Şekil 1. Gökova kaynaklarına ait TDS-Na ve TDS-Cl grafikleri (GK-14, GK-17 ve GK-18 örneklerinin Na ve Cl de ğerleri üçe bölünmü ştür) Benzer şekilde Çizelge 1’deki di ğer iyonlara kar şı TDS grafikleri çizildi ğinde de benzer e ğilimi gösteren grafikler elde edilmi ştir. Hidrojeokimyasal analizlere ait grafikler yukarıdaki örnekte olduğu gibi doğrusal bir ili şkiyi göstermiyorsa muhtemel nedenleri; örne ğin de ği şik kompozisyonlara sahip ve birbirleri ile ili şkili olamayan kaynakları olduğu yada veri kalitesinin bozuklu ğu gibi nedenlerdir. Şekil 1’de yeraltısularının bünyelerindeki deniz suyu/tuz miktarı ile do ğru orantılı olarak karı şım doğrusu üzerinde yer aldı ğı görülmektedir. Beslenme bölgesinden bo şalım noktasına do ğru ilerledikçe suların iyon içeriklerinin artmakta oldu ğu, ancak artı ş oranlarının yakla şık sabit oldu ğu görülmektedir. Bu grafiklerden itibaren karı şım oranları hesaplamasında karı şımı sağlayan iki uç bile şenin kimyasal kompozisyonlarını belirlemek gerekmektedir. Örne ğin yukarıdaki çalı şmada hidrojeolojik ko şulları da dikkate aldı ğımızda bölgedeki suların kimyasal bile şimini sa ğlayan uç bile şenlerin GK-11, GK-12 ve GK-13 nolu sular ile GK-17 ve GK-18 nolu deniz suyu oldu ğu söylenebilir. Uç suların nitelikleri belirlendikten sonra karı şım miktarları a şa ğıda tarif edilen biçimde belirlenebilirler. Yeraltısuyunun deniz suyu katkısı ile tuzlanması esas olarak tatlı yeraltısuyu (tuzlanmamı ş) ile deniz suyunun karı şması (mixing) olayıdır. Hidrojeoloji çalı şmalarında karışım miktarları fiziksel yada kimyasal açıdan reaktif olmayan bile şenler (örne ğin Cl, 18 O) kullanılarak hesaplanmaktadır. Bu karı şımı sağlayan bileşenlerin belirlenmesi hidrojeokimyasal olarak iki uç bile şenin karı şımı sonucunda oluşan sonuç sudaki uç bile şenlerin hacimsel oranları kullanılarak aşa ğıdaki eşitlikle belirlenebilir: C uç1 *V uç1 + C uç2 *V uç2 = C sonuç *V sonuç (1) Burada C uç1 ve C uç2 : Uç suların içerdi ği kimyasal veya fiziksel bir bile şenin (örne ğin Cl veya 18 O) derişimini V uç1 ve V uç2 : Uç su hacimlerinin sonuç su hacmine (V sonuç ) oranı (örn. %50 yada 0.5) C sonuç : Sonuç sudaki fiziksel veya kimyasal bile şenin deri şimini V sonuç : Sonuç su hacmini belirtmektedir. 0 50 100 150 200 250 300 0 5000 10000 15000 20000 TDS (mg/l) Cl (meq/l) Deniz suyu Karı şım suları Tatlı su 0 50 100 150 200 250 0 5000 10000 15000 20000 TDS (mg/l) Na (meq/l) Deniz suyu Tatlı su Karı şım suları Örne ğin 20mg/l Cl içeren 250 ml su ile (uç1), 80 mg/l Cl içeren 750 ml suyun (uç2) karı şımı sonucunda, sonuç suyun Cl içeri ği C uç1 *V uç1 + C uç2 *V uç2 = C sonuç *V sonuç 20 mg/l * 0.25 l + 80 mg Cl/l * 0.75 l = 65 mg Cl/l 1 olarak belirlenir. E şitlik (1) kütle dengesi ilkesine dayalı oldu ğundan, A ve B kütlelerinin karı şımı sonucunda herhangi bir nedenle (fiziksel ve/veya kimyasal etki sonucu) toplam kütlenin de ği şmemesi gereklidir. Hidrojeokimyasal açıdan bu tür karı şımlar korunumlu karı şımlar olarak adlandırılır. Genel bir tanım olu şturmak amacı ile A ve B kimyasal bile şimine sahip iki uç üyenin karı şımı sonucunda olu şan suyu S (sonuç) olarak tanımladı ğımızda (1) nolu e şitlik aşa ğıdaki şekle dönü şür; C A *V A + C B *V B = C S *V S (2) Bu e şitlikte V S = V A + V B ( 3 ) Hacimsel ili şki yerine konulup yeniden düzenlenirse C A *V A + C B *V B = C S * (V A + V B ) (4) C A *V A + C B *V B = C S * V A + C S * V B (5) C A *V A - C S * V A = C S * V B - C B *V B (6) V A * (C A -C S ) = V B * (C S - C B ) (7) V V CC CC A B SB AS = - - ( 8 ) elde edilir. Burada A tatlı su, B deniz suyu ve C ise A ve B sularının karı şımıdır. (8) nolu eşitlik deniz suyunun karı şımını hesaplamak için yeniden düzenlendiğinde, V V CC CC B S S BA = - - A ( 9 ) ilişkisi elde edilir. Sonuç olarak elde edilen e şitlik deniz suyu katkı oranları yada genel anlamda karı şım miktarlarının hesaplanmasında kullanılabilir. Bu e şitlik daha açık bir şekilde şöyle ifade edilebilir; Uç bile şenin katkısı (%) Tatlı Deniz Tatlı Örnek Cl Cl Cl Cl = - - ( 1 0 ) 291 292 Yukarıdaki eşitlikteki tüm deri şimler mmol/l cinsindedir. Deniz suyunun Cl içeri ği ancak jeolojik zaman boyutunda de ği şim göstermektedir. Deniz suyu için kullanılabilecek bazı de ğerler için Appelo and Postma (1992), Hollanda kıyısındaki Atlantik okyanusu için 566 mmol/l, Hem (1989) ortalama okyanus suyu için 535 mmol/l de ğerini önermektedir. Kurtta ş (1997) çalı şmasında ise bu de ğer GK-18 Ören deniz suyu örne ğine ait 590mmol/l olarak kullanılmı ştır. Pratikte karı şım hesaplarında bile şenlerin hacimsel toplamının 1 birim hacim oldu ğu kabulü ve ço ğu zaman analiz sonuçlarının mg/l veya meq/l olarak ifade edildi ği dikkate alınırsa, herhangi bir uç bile şenin katkı oranı hesaplamalarında a şa ğıdaki formül yaygın olarak kullanılmaktadır; C örnek = C uç1 x + C uç2 (1-x) ( 1 1 ) Burada, C örnek : örneğin iyon içeri ği (herhangi bir iyon olabilir Na, Cl, SO 4 gibi) C uç1 : ortalama birinci uç bile şenin iyon içeri ği (örne ğin tatlı su) meq/l C uç2 : ortalama ikinci uç bile şenin iyon içeri ği (örne ğin tuzlu su) meq/l x : karı şım oranı Bazı iyonların akı ş yolu boyunca çe şitli kimyasal reaksiyonlara girebilece ğini dü şünerek, hesaplamalar akiferdeki hidrojeokimyasal olaylardan etkilenmeyen iyonlar ile yapılır ve Cl iyonu sağlıklı sonuç verir. Çizelge 1’ de Cl de ğerlerini kullanarak GK-8 nolu örneğin deniz suyu katkı oranını hesaplandı ğında (11) nolu e şitlik Cl GK-8 = Cl Ort(GK11,GK-12,GK-13) x + Cl (GK-17) (1-x) (12) olacaktır. De ğerleri yerine koyup e şitlik çözüldü ğünde 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 örne ğin kimyasal kompozisyonunda % 91.15 oranında tatlı su ve % 8.85 oranında deniz suyu katkısı oldu ğu anla şılmaktadır. Karı şım oranları hesaplamalarının daha gerçekçi olmasını sa ğlamak üzere, aralarında benzer ili şkilerin belirlendi ği, bütün iyonlar için hesaplamalar yapılmalı ve ortalaması kullanılmalıdır. Çizelge 1 ‘de dikkat çekici bir di ğer unsur ise deniz suyunun GK-14 Gökova Körfezi örne ğinde % 25 in üzerinde tatlı su tarafından seyreltilmi ş olmasıdır. Bu durum özellikle yüksek debili karstik akiferlerin boşaldı ğı kıyı akiferlerinde rastlanılabilecek bir durumdur. Öte yandan, temsil edici tatlı su Cl içeri ğinin gerçekçi bir biçimde belirlenmesi, deniz suyu katkı oranlarının doğru hesaplanması açısından önemlidir. Bu değer çalı şma alanındaki ya ğı şların Cl içeri ği olabildiği gibi a şa ğıdaki nedenlere bağlı olarak ilksel Cl içeri ğine sahip olan yeraltısuları da olabilir. Bu tür sular genellikle yüksek kotlarda yüzeye çıkan ve akiferin kısa dola şımı sonucunda kirlenmeye yada deği şik kökenli suların karı şımına maruz kalmadan sistemin ilksel kimyasal yapısını tanımlayan kaynaklardan elde edilmektedir. Sahile yakın havzalarda tatlı sulardaki Cl içeri ğinin deği ştirebilecek ba şlıca kaynakları şunlardır; • Deniz suyu saçılmasından (sea spray) dolayı ya ğı ş suyuna geçen Cl • özellikle deniz suyu saçılması sırasında su damlacıklarının buharla şması sonucunda olu şan Cl ‘ce zengin toz partiküllerinin (aerosol) rüzgarla kara üstüne ta şınarak yağması (dry fall out) ve toprak yüzeyi üzerinde biriken bu tuzların (toz) ya ğı ş suyu ile eritilerek yeraltısuyuna katılması • Ayrıca Cl içeren minerallerin (örne ğin, NaCl, KCl gibi evaporitler, kloroapatit gibi volkanik kökenli mineraller) çözünmesi ve magmadan itibaren olu şabilecek (Cl 2 ) gaz kaçı şları • Deniz suyu Akifer sistemlerinin ço ğunlu ğunda, yeraltısuyundaki Cl ’ün ba şlıca kayna ğı “dry fall-out” ve “sea- spray” den etkilenen beslenim ve gözeneklerdeki fosil deniz suyudur. Akiferlerin yüzeye yakın bölümlerinde yıkanma (flushing) daha yo ğun oldu ğundan, fosil su oranı h ızla azalmakta; bu nedenle, fosil sudan kaynaklanan Cl artı şı ancak uzun süre yeraltında kalmı ş, büyük dola şım uzunlu ğuna (bir kaç 100 km) sahip akiferlerde ortaya çıkmaktadır. Yüzeyden sızan sularda ilk birkaç metrelik derinlik boyunca buharla şmadan dolayı tüm di ğer iyonlarla birlikte Cl iyonu da deri şim açısından zenginle şmektedir. Bu durum, özellikle geni ş da ğlık alanlara yayılan havzalarda efektif ya ğı şın (veya gerçek ETp ‘nin) gerçekçi biçimde belirlenmesi amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır (Kurtta ş, 1997). Karı şım sularının oranlarını belirlemek için hidrojeokimyasal verilerin eksik oldu ğu yada daha pratik ve çabuk çözümler gerektiğinde kullanılabilecek bir diğer parametre suyun Elektriksel iletkenli ğidir. Bunun için yine Appello and Postma (1992) tarafından önerilen a şa ğıdaki e şitlik kullanılabilir. Karı şım (%) K Tuzlu Tatlı Tuzlu EC EC EC EC = - - (13) Burada, EC Tuzlu : Tuzlu suyunun EC de ğeri (µS/cm) EC Tatlı : Deniz suyundan etkilenmemi ş tatlı yeraltısuyunun EC değeri (µS/cm) EC K : Örne ğin (karı şım suyunun) EC de ğeri (µS/cm) Karı şım miktarları belirlenirken yada suların sınıflandırılması a şamalarında çizilen kompozisyon grafikleri aynı zamanda karı şım sularının uç üyelerinin kimyaları hakkında da fikir verebilirler. Örne ğin Şekil 2 de uç üyelerinin kimyasal kompozisyonlarına ba ğlı olarak çizilen üç olası kompozisyon grafi ği gösterilmiştir. 293 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 02 04 06 TDS (c) SO4 (meq/l) 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 02 04 06 0 TDS (a) SO4 (meq/l) 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 02 04 06 0 TDS (b) SO4 (meq/l) Şekil 2.Üç deği şik uç bile şeni tanımlayan karı şım grafikleri (Mazor, 1991’den de ği ştirilerek) Şekil 2 de (a) grafi ğinde karı şım do ğrusunu orijine doğru uzattı ğımızda yakla şık sıfır “o” noktasını kesmektedir. Bu durum karı şımı sa ğlayan uç bile şenlerden tatlı olanının SO 4 içeriğinin ihmal edilecek derecede az oldu ğunu göstermektedir. (b) örne ğinde ise tatlı su uç bile şeninin SO 4 dı şında bir başka iyonca zengin oldu ğunu göstermektedir. (c) örne ğinde ise uç bile şenlerinin her ikisinin de önemli miktarda SO 4 içerdi ğini göstermektedir (Mazor, 1991). Kompozisyon grafikleri kimi zaman ikiden fazla suyun karı şımını gösterebilirler. Örne ğin Şekil 3 de bu tür karı şım sularına örnek olacak varsayımsal üç uç bile şenli kompozisyon grafi ği görülmektedir. 0 2 4 6 8 10 12 02 04 0 TDS (c) Cl (meq/l) 6 0 1 2 3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 02 04 06 0 TDS (a) Na (meq/l) 12 3 0 2 4 6 8 10 12 02 04 06 0 TDS (b) Mg (meq/l) 12 3 Şekil 3. Üç uç bile şenli kompozisyon grafi ği (Mazor, 1991’den de ği ştirilerek) Şekilde 3’te üç farklı kimyasal kompozisyona sahip uç suların de ği şik oranlarda karı şması sonucunda elde edilen suların Na, Mg ve Cl de ğerlerine kar şı TDS grafikleri verilmi ştir. Bunlardan 1 numaralı uç bile şen, düşük TDS ve yüksek Na ve dü şük Mg ve Cl de ğerlerine, 2 nolu örnek, orta de ğerde TDS ve dü şük Na ve yüksek Mg ve Cl içeri ğine ve di ğer 3 nolu bileşen yüksek TDS yüksek Na ve düşük Mg ve Cl sahip sulardır (Mazor, 1991). Di ğer örnekler bu üç uç bile şenin katkısı oranında grafikteki yerlerini almaktadır. Hidrojeokimyasal örneklemelerden itibaren genel olarak suların karı şımı ve özel olarak ta deniz suyu giri şimi ile ilgili nicel ve nitel bilgiler elde edilebilmektedir. Gereksinim duyulan bilgilerin detayı arttıkça yeni tekniklerin kullanılması kaçınılmaz olacaktır. Örneklerin gruplandırılması yada 294 295 öbeklenmesi, karı şım miktarlarının hesaplanması ve kaynak gruplarının beslenme kaynaklarının/bölgelerinin ayırtlanması ço ğu zaman basit kimyasal özellikler incelenerek elde edilebilmektedir. Bu analizlerin yeterli olmadı ğı veya desteklenmesi gerektiğinde izotop teknikleri kullanmak yararlı olmaktadır. KARI ŞIM MEKAN İZMALARININ AÇIKLANMASINDA İZOTOPLARIN KULLANIMI Geleneksel yöntemlerin yetersiz oldu ğu durumlarda hidrojeolojik yapıyı tanımlamaya yönelik olarak izotop teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Karı şım mekanizmaları ile ilgili olarak kar şıla şılan hidrojeolojik problemin çözümünde hidrojeolojik veriler, hidrojeokimyasal veriler ve bütünleyici olarak ta izotop teknikleri kullanılmaktadır. İzotoplar genel olarak a şa ğıdaki amaçlara yönelik olarak kullanılmaktadır (Fontes, 1980). Yeraltısuyunun kökeni; Dü şük sıcaklık akiferlerinde 18 O ve D konservatif oldukları için akifer içindeki hidrojeokimyasal süreçlerden etkilenmezler ve bunun sonucunda akiferin beslenme miktarı, beslenme bölgesinin ayırtlanması, yeraltısuyu-yüzey suyu ili şkileri, karı şımın belirlenmesi ve çatlaklı kayaçlardaki beslenme-bo şalım ili şkilerini açıklamakta kullanılmaktadır. Geçi ş veya dolaşım zamanı; radyoaktif izotoplar kullanılarak, örne ğin, trityum suyun bir parçası olduğundan kayaçlar ile etkile şimi söz konusu olmamasından ötürü kullanılabilir. Bunun dı şında hidrokimyasal veriler ve 13 C verileri kullanılarak radyokarbonlar ile de hesaplanabilir. Kararlı izotoplar hiçbir sınırlama olmaksızın, her ölçekteki çalı şmalarda (lizimetrelerden büyük akiferlere kadar) kullanılmaktadır. Zaman ölçüsü dikkate alındı ğında, trityum kısa süreli dolaşımlarda, 14 C ise serbest ve basınçlı akiferlerde kullanılmaktadır. Radyokarbon hesaplamalarında 14 C düzeltmesi yapılması gerekmekte ve bu hesaplamalarda bazı belirsizliklere yol açmaktadır. Bu sorunlar 39 Ar ve 32 Si izotoplarının kullanımının ekonomik/uygun hale geldi ğinde a şılmı ş olacaktır (Fontes, 1980). Yeraltısuyu çalı şmalarında 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 ( 3 He), Kripton ( 85 Kr), Klor ( 36 Cl), Azot ( 15 N), S ( 34 S), Sr ( 87 Sr) izotopları çalı şmanın amacına göre (yeraltısuyu ya şının belirlenmesi, kirletici kayna ğının özelliklerinin belirlenmesi vb.) kullanılmaktadır. Tuzlu su problemleri ile ilgili olarak yararlanılan ve kullanılan izotoplar ise ba şlıca; 37 Cl ( 37 Cl/ 35 Cl), 6 Li ( 6 Li/ 7 Li), 11 B ( 11 B/ 10 B) , 81 B r( 81 Br/ 79 Br) dir. Günümüzde Li, B ve Br izotopları tuzlanmanın kayna ğının belirlenmesinde kullanılan ba şlıca 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 karı şım mekanizmalarında kullanımı bu çalı şmanın esasını oluşturmaktadır. Oksijen 18 ( 18 O) - Döteryum ( 2 H) Yeraltısuyu çalı şmalarında kullanılan iki önemli çevresel izotop Oksijen 18 ( 18 O) ve Döteryum (D) dur. Hidrolojik çevrim içindeki miktarı ortam ko şullarına ba ğlı olarak de ği şebilir ve miktarı da bunun bir yansıması olarak gözlenir. Herhangi bir su örne ğinin duraylı izotop içeri ği mutlak de ğer olarak de ğil, ağır olan izotopun hafif olan izotopa oranının, belirlenmi ş bir standarttan farkı olarak kütle spektrometresi ile ölçülür ve ifa- de edilir. Bu amaçla kullanılan standart, Ortalama-Standart-Okyanus-Suyu'nun kararlı izotop içeri- ğini temsil etmek üzere hazırlanmı ş olan "SMOW" dur. Bu standarttan fark olarak ölçülen kararlı izotop içeri ği "binde ‰" olarak ifade edilir ve delta (?) değeri olarak gösterilir. Buna göre bir örne- ğin 18 O ve D içeriği ? 18 18 16 18 16 18 16 1000 O OO OO OO örnek SMOW SMOW = - (/)(/) (/) * ( 1 4 ) ?D DH DH DH örnek SMOW SMOW = - (/) (/) (/) *1000 ( 1 5 ) olarak ifade edilir. Hidrolojik çevrim içinde suyun anılan iki kararlı izotop içeri ği gerek yerel ve ge- rekse zaman boyunca de ği şimler gösterir. Hidrojen ve Oksijen izotoplarının oranları ile jeolojik çevrimdeki üç tür su ayırt edilebilmektedir; Kayaçların içinde olu şumu sırasında hapsedilen deniz suyu; bu durumda yeraltısuyunun beklenenden daha az negatif hatta pozitif D ve 18 O de ğerleri göstermesi söz konusudur,Ya ğı ş sularından itibaren oluşan yeraltısuyu ; do ğada yaygın olarak rastlanan bu durumda beslenme bölgesindeki ya ğı ş rejimine ve bölgedeki sıcaklı ğa bağlı olarak (buharla şma etkisi), negatif ?D ve ? 18 O de ğerleri gözlenir, Yüksek sıcaklıklarda silikatlı kayaçlarda izotopik eşde ğerli ğe sahip magmatik ve metamorfik su ; bu durumda izotopik açıdan özellikle D açısından zenginle şme söz konusu olabilece ğinden muhtemelen pozitif ?D ve ? 18 O de ğerleri gözlenir (Gill, 1996). A ğır 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 ?D-? 18 O grafi ği ve bu grafik üzerinde olası karı şım sularının bulunabileceği ortamlar gösterilmi ştir. Ortalama deniz suyunun teorik olarak her iki ekseninde “0” oldu ğu noktada bulunması gerekmekle beraber buharla şma etkisine ba ğlı olarak pozitif ?D ve ? 18 O de ğerler gösterebilir. Şekilde gösterilen Dünya Meteorik Do ğrusunu (DMD) tanımlayan eşitlik şöyledir; ?2H=8? 18 O+d (16) Bu e şitlikteki d de ğeri ya da Şekil 4 te Dünya Meteorik Do ğrusunun (küresel meteorik do ğru) y eksenini kesti ği nokta “Döteryum Fazlası” olarak tanımlanır ve yağı şa kaynak olu şturan deniz suyunun buharla şma miktarının bir göstergesidir. DMD’sunun d de ğeri 10 dur ve okyanusların üzerindeki atmosferdeki bağıl nemlili ğin fonksiyonudur. Bu özelliği ile paleoiklim çalı şmalarında önemli bilgiler sa ğlamaktadır. d de ğeri buharla şmanın fazla olduğu bölgelerde daha pozitif de ğerlere ulaşır ve jeolojik devirlerde hakim olan iklim ko şullarına ba ğlı olduğu gibi dünya üzerinde yerel olarak da de ği şmektedir. Örne ğin ülkemizin de içinde bulundu ğu Do ğu Akdeniz iklimi için bu de ğer +24 ‰dir (Gat, 1971). Bu nedenle izotop çalı şmaları sırasında öncelikle yerel 296 meteorik do ğrunun oluşturulması gerekmektedir. Çünkü bölgedeki tatlı suların kayna ğı bu doğruyu olu şturan ya ğı şlardan itibaren olacaktır. İzotoplara bağlı yapılacak yorumlar bu do ğru sağlıklı bir şekilde olu şturulmaz ise yanlı ş olacaktır. Örne ğin paleoiklim çalı şmalarında farklı ya ğı ş rejimlerinden beslenen kaynaklar farklı d de ğerlerine ba ğlı do ğrular üzerinde yer alacaklardır. Şekil 4’te önemli bir buharla şmanın olmadı ğı yüzey ve yeraltısuları Dünya Meteorik Do ğrusu (DMD) üzerinde bulunurlar. İlkbahar ve yaz ya ğı şları ile alt kotlardaki ya ğı şları temsil eden sular ?D ve ? 18 O do ğrusu üzerinde B noktası yönünde, sonbahar ve kı ş ya ğı şları ile topo ğrafik olarak üst yüksekliklerdeki ya ğı şlar ise do ğrunun A noktasına yakın yerle şirler. Şekil 4’te gösterilen buharla şma etkisi altında olan sular e ğimi DMD’ ndan (e ğimi 8) daha dü şük bir değere sahiptir ve genellikle 3 ile 8 arasında de ği şen doğrular üzerinde yer alırlar. (Coplen et. al., 2000). Buharlaşma do ğrusunun e ğimi nemlilik, sıcaklık, tuz konsantrasyonu gibi etkenlere ba ğlıdır (Gat, 1981) ve meteorik do ğru ile olan kesi şme noktası ise yüzey sularının buharla şmadan önceki izotopik kompozisyonunu gösterir. A Dünya Meteorik do ğrusu Yerel Meteorik do ğru Pleistosende Dünya Meteorik do ğrusu B Paleo su Karı şım Karı şım Karı şım YAS YAS Deniz Suyu Buharla şma Şekil 4. Şematik ?D-? 18 O grafi ği ve karı şım olu şturan uç sular 297 İzotop teknikleri ile de ği şik kökenli suların karı şımını ayırtlamak olasıdır. İzotop teknikleri karı şım mekanizmalarının ve beslenimi de ği şik akifer ve akım sistemlerinden olan yeraltısularının yerel veya bölgesel ölçekte ayırtlanmasında kullanılabilir. Yeraltısuyunun karı şımı bazen yapay yollardan kuyuların de ği şik seviyelerindeki suların karı şımı şeklinde de gerçekle şebilir. Yeraltısuları karı şım oranlarına ba ğlı olarak 18 O-D grafi ği üzerinde Şekil 5’teki gibi bir dizilim gösterebilirler. A 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Meteorik do ğru B Şekil 5. İki farklı yeraltısuyunun karı şımı (Clark Fritz, 1997 ‘den de ği ştirilerek) Şekilde görüldü ğü gibi A ve B izotopik kompozisyonlarına sahip iki uç bile şenden itibaren olu şan sular karı şımın oranları ölçüsünde A-B doğrusu üzerinde yer almaktadır. Bu grafik karı şımın nerede oldu ğunu de ğil fakat 18 O ve D yumun konservatif olmasından dolayı karı şım oranlarını yansıtmaktadır. Kararlı izotop verilerinden itibaren karı şım oranları önceki bölümde izlenen yaklaşıma benzer şekilde hesaplanmaktadır. Karı şım oranlarını tanımlayan formül ise; ? örnek =x ? A + (1-x) ? B (17) şeklindedir. Burada x yüzde olarak karı şım oranıdır. Yukarıdaki model, iki fazlı bir karı şımı göstermektedir. Hidrojeolojik çalı şmalarda bazen bu karı şım üç yada daha fazla bile şeni içerebilmektedir. Kararlı izotop verileri kullanılarak karı şımı sağlayan suların kökeni de belirlenebilir (IHP, 2000). Şekil 6 ‘da tuzlanmanın kayna ğının belirlenmesi amacı ile çizilen ? 18 O-Cl grafi ği verilmi ştir. Bu grafik yardımı ile tuzların çözünmesi, buharla şma ile izotopça zenginle şme veya tatlı su-tuzlu su veya tatlı su-deniz suyu karı şımı kolaylıkla ayırt edilebilir. 298 Duraylı izotop Tuzluluk Ta t lı su Karı şım Buharla şma Çözünme Karı şım suyu Tuzlu su Şekil 6. De ği şik tuzlanma mekanizmalarının belirlenmesi amacıyla çizilmi ş duraylı izotop-tuzluluk grafi ği (IHP, 2000) Birden fazla suyun karı şımının söz konusu oldu ğu durumlarda ise örneklerin dizilimleri grafiksel olarak Şekil 7 deki gibi bir da ğılım gösterebilirler. -30 ? 18 O %o VSMOW 1.000.000 100.000 10.000 1.000 Cl ( mg/l) - 100 10 1 -25 -20 -15 Paleo YAS Güncel YAS Tuzlu Su (Salamura) -10 A B C Şekil 7.Üç bile şenli karı şım ili şkilerinin ? 18 O-Cl- grafiği (Dougles et.al, 2000) 299 Şekilden de görüleceği gibi çalı şma alanındaki örnekler sınırları çizilmi ş alanda karı şım oranlarına göre yer alacaklardır. Burada önemli olan hidrojeolojik kavramsal model sonucunda, sistemde karı şımı oluşturacak uç bile şenlerin belirlenmesidir. Yukarıdaki örnekte karı şımı sağlayan A, B ve C uç bile şenlerinin katkı oranlarını hesaplamak için a şa ğıdaki yaklaşım kullanılabilir; C T =C A +C B +C C Burada, C T : Karı şım suyunun kompozisyonu C A : A bileşeninin katkısı C B : B bileşeninin katkısı C C : C bileşeninin katkısı Burada C T de ğerini 1 olarak kabul edersek ve kütle dengesi e şitli ğini Cl ve 18 O için yazarsak CT ? 18 OT =CA ? 18 OA + CB ? 18 OB + CC ? 18 OC C T Cl T =C A Cl A + C B Cl B + C C Cl C İkinci e şitlik birinci e şitlikte yerine konulup düzenlendiğinde C A B C B C T T A O O O O C O O C C 18 18 18 18 18 18 ) ( ) ( ? ? ? ? ? ? - - + - = C A de ğerini Cl için yerine koydu ğumuzda da, A C A B B A T T C Cl Cl Cl Cl C Cl Cl C C - - + - = ) ( ) ( elde edilir. CT=1 oldu ğunda CB’nin çözümü mümkündür. Di ğer bilinmeyenler ise CB de ğerinden itibaren hesaplanabilmektedir. Burada unutulmaması gereken nokta uç üyelerin belirlenmesidir, bu de ğerler belirlendikten sonra hesaplamalar kolaylıkla yapılmaktadır.Bu hesaplamaların yapıldı ğı örnek Dougles et.al (2000) de ayrıntıları ile açıklanmı ştır. Karı şım mekanizmalarının mevsimsel olarak de ği şiminin izlenemedi ği/belirlenemediği bölgesel sistemlerde ölçülen izotopik bile şim de ği şik noktalardan beslenen yeraltısularının ortalamasını gösterir. Örne ğin Carillo-Rivera et al,, 1993 tarihli çalı şmada de ği şik derinliklerde boyunca ve çevredeki kaynaklardan YAS örneklemesi yapmı şlardır (Clark and Fritz, 1997). Çalı şma alanında sulama amaçlı ve termoelektrik santralinde kullanılmak üzere a şırı derecede YAS çekimi üstteki sı ğ serbest akiferden derindeki (450m ye kadar) akiferden gerçekle şmi ştir. Derindeki sıcak su akiferinin 18 O içeri ği tüm verilerin ortalaması içinde yer almakta ve sı ğ yeraltısuyu ile aynı kökenli olduğunu göstermektedir. 300 ? 18 O %o VSMOW Sıcaklık ( C) o 10 25 -14 -10 - 6 45 Derin Kuyu Ortalaması (-9.8 %o) Kaynak Sı ğ Kuyu Derin Kuyu Şekil 8. De ği şik derinliklerdeki yeraltısuyunu karı şımını gösteren ? 18 O-sıcaklık grafi ği (Clark and Fritz, 1997) Sonuç olarak izotop teknikleri karı şım sularının tanımlanmasında kullanılan önemli bir yardımcı/bütünleyici bir araçtır. Hidrojeolojik çalı şmalarda izotop tekniklerinin klasik yöntemlerin yetersiz kaldı ğı yada bütünleyicisi olarak kullanılması gerekti ği unutulmamalıdır. Di ğer bir deyi şle yeraltısuyu/yüzey suyu çalı şmasında yukarıda belirtilen sonuçların elde edilebilmesi için di ğer bütün hidrojeolojik bilgiler bir arada kullanılmalı ve de ğerlendirilmelidir KAYNAKLAR D İZ İN İ Bear, J. And G. Dagan, 1964, Some exact solutions of interface problems by means of the hodograph method, Jour. Geophysical Research, 69, 2, 1563-1572 Bear, J., 1979, Hydraulics of Groundwater, McGraw-Hill Inc., New York. Carrrillo-Rivera, JJ., Clark, ID and Fritz, P., 1992, Investigating recharge of shallow and paleo- groundwaters in the Villa de Reyes basin, SLP, Mexico with environmental isotopes, Applied Hydrogeology, 4:35-48 Coplen, T.B.,Herczeg, A.L. and C Barnes, 2000, Isotope Engineering, Using Stable Isotopes of the Water Molecule to Solve Practical Problems, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology (editors. P.G. Cook and A. L. Herczeg), Kluwer Academic Publishers, Australia, 529p. Craig, H., 1961, Isotopic Variations in Meteoric Waters, Science, 133, 1702-170. Dagan, G., and J. Bear, 1968, Solving the problem of interface upconing in coastal aquifers by the method of small perturbations. Jour. Of Hydraulic Research, 6,1,15-44 Delleur, J.W., 1999, The Handbook of Groundwater Engineering, (ed. Delleur, J.W.) CRC Press, Dougles, M., Clark, I.D., Raven, K. And D. Bottomley, 2000, Groundater mixing dynamics at a Canadian Shield Mine, Journal of Hydrology, 235(2000)88-103 301 302 Fontes, J.,Ch., 1980, Environmental Isotopes in Groundwater Hydrology, , Handbook of Environmental Isotope Geochemistry (ed., Fritz, P. and Fontes, J. Ch.), Elsevier Scientific Publ., The Netherlands. Gat, J.R., 1971, Comments on the Stable Isotope Method in Regional Groundwater Investigations, , Water Resources Research, v.7, pp.980-993, Gat, J.R., 1981, Isotopic Fractination, In Stable Isotope Hydrology, Deuterium and Oxygen-18 in Water Cycle, Technical Report Series 210, IAEA, Vienna, pp.21-34Comments on the Stable Isotope Method in Regional Groundwater Investigations, , Water Resources Research, v.7, pp.980- 993, IHP, 2000. Environmental Isotopes in the Hydrological Cycle, Principles and applications, IHP, no 39, vol IV, pp.196. Kurtta ş, T., 1997. Gökova (Mu ğla) karst kaynaklarının çevresel izotop incelemesi. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 220s. (yayınlanmamı ş). Kurtta ş,T., 2000, Çevresel İzotop Hidrolojisi, Jeoteknik ve Yeraltısuları Semineri, TC. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlı ğı, Devlet Su İşler Genel Müdürlü ğü, 18-22 Eylül 2000, Gümüldür, İzmir, pp. 135-144 Mazor, E., 1991, Applied Chemical and Isotopic Groundwater Hydrology, Burns&Smith Ltd., Open University Press, Great Britain 303 ESK İ KADIN GÖLET İNDEK İ KAÇAKLARIN ÇEVRESEL İZOTOPLARLA İNCELENMES İ INVESTIGATION OF LEAKAGES FROM ESK İ KADIN RESERVOIR BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES Müfit AL İŞAN Daire Ba şkan Yardımcısı, DSİ TAKK Dairesi Ba şkanlı ğı ÖZET Edirne ili dahilinde bulunan Eski Kadın Köyünde sulama amacı ile yapılmı ş olan Eski Kad ın Göleti, yağı şların normalin üzerinde olduğu sonbahar ve kı ş aylarında bile az su tutmaktadır. Gölet rezervuarı su tuttuktan sonra mansapta bazı kaynaklar ortaya çıkmı ştır. Bu kaynakların, rezervuar suyu ile bağıntılarının olup olmadı ğını incelemek için oksijen-18 ve trityum teknikleri kullanılarak bir çalı şma yapılmı ştır. Çalı şmanın sonucunda kaynak suyu ile rezervuar arasında yaz aylarında (temmuz) direkt bir ili şki olduğu söylenemedi ği, ilkbahar aylarında (nisan) ise kaynak ve rezervuar sularının ili şkisi olması mümkün oldu ğu ortaya çıkmı ştır. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Çevresel izotoplar, oksijen-18, trityum ABSTRACT Eski Kadın Reservoir, which is Located in western part of Turkey. Can not keep ist water ever winter as well as summer. After the reservoir was filled with water some springs appeared at the downstream of the reservoir.To investigate the interrelation between this springs and reservoir water. A study was made using O-18 and Trityum techniques. 9 wells were drilled at the downstream of the reservoir.From these wells,springs and reservoir,water samples were collected.Chemical analyses of this samples gave different results.There fore new samples were taken.Maxsimum level of the reservoir is 95.15 m and water level is 87.00 m .The sampling points are shown in this man. The wells of 1,2,3,4,5 have 3 m. deph .The depth of well 6 is 5 m. and wells 7 and 8 is 6 m.The depth of well 9 is 2.5 m. Samples were taken in spring and sammer.Tritium analyses were made in loww level tritium counting system .And O-18 anlyses were made in our stable isotope Laboratory. KEY WORDS: Environmental Isotopes, oxygen-18, tritium 1. G İR İŞ Edirne ili dahilinde bulunan Eski Kadın Köyünde sulama amacı ile yapılmı ş olan Eski Kad ın Göleti, yağı şların normalin üzerinde olduğu sonbahar ve kı ş aylarında bile az su tutmaktadır. Gölet rezervuarı su tuttuktan sonra mansapta bazı kaynaklar ortaya çıkmı ştır (Kroki 1). Bu kaynakların, rezervuar suyu ile ba ğıntılarının olup olmadı ğını incelemek için oksijen-18 ve trityum teknikleri kullanılarak bir çalı şma yapılmı ştır. Barajın mansabında açılan 9 adet kuyu, kaynak ve rezervuardan alınan su numunelerinin kimyasal analizlerinin farklı sonuç vermesi üzerine daha sıhhatli bir çalı şma yapılabilmesi için yeni numuneler alınması uygun görülmü ştür. Gölet civarı yerinde incelenerek gerekli yerlerden numuneler alınmı ştır. Göletin maksimum su kotu 95.15 m,minumum su kotu 87.00 m olup,numunelerin alındı ğı tarihte göletin rezervuar su kotunun 88.281 m oldu ğu saptanmı ştır.Önceden el burgusu ile açılan kuyulardan, suyun bo şaltılmasını takip eden çok kısa bir sürede tekrar su geldi ği saptanmı ştır. 9 nolu kuyu kayna ğa çok yakın olması nedeniyle körelmiş olduğundan numune alınamamı ştır.Göletin aksının orta kısmından membaya do ğru 7-8 m mesafede ve gölet rezervuar zeminine yakın bir noktadan,sa ğ ve sol sahilden yakla şık 4-5 m mesafeden rezervuar zeminininin hemen üstünden iki ayrı numune alınmı ştır. 1,2,3,4,5 nolu kuyuların derinlikleri 3 er metre, 6 nolu kuyunun 5 m, 7,8 nolu kuyuların 6m, 9 nolu kuyunun ise 2.5 m dir. MEMBA 304 R GÖLET AKSI 8 7 5 4 3 2 1 Kroki 1 . Çalı şma alanını gösteren kroki B 6 9 Kaynak MANSAP 305 2. SORUNUN ÇÖZÜMÜNDE KULLANILAN İZOTOPLAR İLE İLG İL İ TEMEL B İLG İLER Çalı şmada 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 olmadı ğından suyun yeraltında hareketleri esnasında konsantrasyonlarının de ği şmesi söz konusu de ğildir. Bu nedenle oksijen-18 ve trityum hidrolojide en uygun izleyicilerdir. 2.1. OKS İJEN-18 Hafif izotoplar a ğır izotoplardan daha çabuk buharla şır.Yoğunlaşma anında ise durum bunun tamamen tersidir. Do ğal ko şullar altında hızlı buharlaşan bir suyun O-18 değerleri artar. Baraj göllerinde biriken sular kısa sürede yenilenmiyor ise izotop özelli ği bakımından göl sularına benzetilebilir. Dolayısı ile göletin suyunda buharlaşmanın çok olduğu mevsimde zamanla buharla şarak kararlı izotoplar bakımından zenginle şecektir. Sudaki 16 O / 18 O oranlarının de ği şimi kütle spektrometresi ile ölçülmektedir. Suyun kararlı izotop de ğerleri ? ile gösterilir ve binde olarak ifade edilir. Buda standart kar şıla ştırma tabanı (SMOW) denilen ve standart ortalama okyanus suyuna indirgenen bir büyüklüktür. ( 18 O / 16 O ) NUMUNE - ( 18 O / 16 O ) STANDART ? 18 O = ------------------------------------------------------- X 10 3 o/oo ( 18 O / 16 O ) STANDART Ölçümlerdeki duyarlık oksijen –18 için 0,1 %o dir. 2.2 -TR İTYUM 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 ı şınlardan hasıl olan nötronların havanın azotu ile reaksiyonu ve termonükleer denemeler sonunda olu şur. Atmosferde bu iki nedenle meydana gelen trityum ya ğı ş vasıtası ile yeraltına geçer ve kapalı bir sistem içinde zamanla eksponansiyel olarak aktivitesi azalır. N =N o e -?t No= Ba şlangıç anında mevcut radyoaktif atomların sayısı N = t anında mevcut radyoaktif atomların sayısı ? = Parçalanma sabitidir. 306 Ya ğı şın akifere geçi ş süresi ve yeraltında bekleme süresine göre çe şitli akiferin trityum konsantrasyonları farklı olur. Bundan yararlanılarak eski sular ile yeni suları birbirinden ayırt etmek mümkün olmaktadır. Özellikle termonükleer denemelerin ba şlatıldı ğı 1952 yılından önçeki suları bu tarihten sonra beslenen sulardan ayırt etmek kolaydır. Zira termonükleer denemelerden önce atmosferde olu şan trityum konsantrasyonu 10 TU kadar iken 1963 yılında maksimum 8000 TU ya ula şmı ş ve sonraki yıllarda azalarak 1981 yılında maksimum 100 TU ya kadar dü şmü ştür. Ya ğı şların trityum konsantrasyonu aynı zamanda mevsimsel bir de ği şim göstermektedir. İlkbahar sonu ve yaz aylarındaki ya ğı şların trityum de ğeri kı ş aylarına nazaran daha yüksektir. 3. NUMUNELERİN TOPLANMASI VE ANAL İZ İ Numuneler göletin mansabında açılan 9 adet kuyu, kaynak ve rezervuardan ilkbahar ve yaz aylarında alınmı ştır. Numunelerin trityum analizleri alçak seviyeli trityum sayma sistemi ile yapılmı ştır. Numunelerin oksijen-18 de ğerleri ise kütle spektrometresi ile ölçülmü ştür. Trityum ve oksijen-18 analizleri DS İ TAKK Dairesi Ba şkanlı ğı İzotop Laboratuvarlarında yapılmı ştır. Analiz sonuçları Çizelge-1 de verilmi ştir. Ç İZELGE –1 : Eski Kadın Göletine ait su numunelerinin izotop değerleri NUMUNE ADI 30.07.1980 TU 28.04.1981 TU 30.07.1980 O-18 28.04.1981 O-18 30.07.1980 o C 28.04.1981 o C Kuyu No.1 35 36 -7.62±0.06 -7.25±0.07 19 14 Kuyu No.2 26 25 -7.92±0.04 -6.87±0.04 18 14.5 Kuyu No.3 23 28 -7.39±0.05 -7.21±0.06 20.5 14 Kuyu No4 39 32 -7.10±0.06 -7.57±0.04 20.5 16 Kuyu No.5 27 33 -6.85±0.06 -7.54±0.04 17.5 14.5 Kuyu No.6 40 33 -6.97±0.07 -7.24±0.04 20.5 14.5 Kuyu No.7 25 34 -6.90±0.06 -7.45±0.06 18 16.5 Kuyu No.8 23 30 -7.14±0.03 -7.44±0.05 17 15.5 Kaynak 33 27 -6.37±0.06 -8.50±0.07 20 9.5 Rezervuar 37 28 -5.00±0.05 -8.43±0.05 24.5 16 4. İZOTOP DE ĞERLER İ VE BU DE ĞERLERLE YAPILAN YORUMLAR KUYU SULARI: Göletin mansabındaki kuyuları, oksijen–18 de ğerlerine göre iki gurupta toplamak mümkündür. Çizelge-1 de görülece ği gibi baraj ekseninin mansabında, orta kısmında yer alan 1,2 ve 3 nolu kuyuların yaz aylarına (temmuz) ait oksijen–18 de ğerleri 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 de ğerleri birbirinden biraz farklıdır. 1. gurup kuyuların oksijen –18 de ğerleri yaz aylarında bahara nazaran azalma gösterirken bunun tersine 2. gurup kuyuların oksijen-18 de ğerleri yaz aylarında bahara nazaran artı ş göstermektedir ( Şekil 1). Ayrıca bu iki guruba ait kuyularda suyun sıcaklı ğı Çizelge-1 de görüldü ğü gibi birbirinden farklı olup, yaz aylarında artmakta, baharda ise azalmaktadır (Şekil 2). -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 LOKASYON NO OKS İJEN-18 (%o) Tem.80 Nis.81 K R 12 3 4 5 678 Şekil 1. Lokasyonların oksijen-18 de ğerlerinin bahar ve yaz aylarına göre deği şimleri 307 K R 62 4 3 5 8 7 1 R K 6 2 1 3 8 7 5 4 0 5 10 15 20 25 -9 -8 -7 -6 -5 -4 OKS İJEN-18 (%o) SICAKLIK ( O C) Nis .81 Tem.80 Şekil 2. Lokasyonların oksijen-18 ve sıcaklık de ği şimleri REZERVUAR : Rezervuar suyunun oksijen-18, trityum de ğerleri ve su sıcaklı ğı yaz aylarında artmakta kı ş aylarında ise azalmaktadır. KAYNAK : Kaynak suyunun oksijen-18 ve trityum de ğerleri rezervuarda oldu ğu gibi yaz aylarında artmakta bahar aylarında azalmaktadır. Rezervuar suyunun oksijen –18 de ğerinin yaz aylarında büyük, ilkbahar aylarında küçük çıkması rezervuardan yaz aylarında daha fazla buharla şma olduğunu göstermektedir. ( Şekil.3). Şekil 3. Lokasyonların oksijen-18 ve trityum ilişkisi 308 309 Trityum de ğeri yaz aylarında, ilkbahar aylarına nazaran daha büyüktür. Rezervuarı yazın besleyen ya ğı şların trityum değerleri yaz aylarında maksimum de ğerini aldı ğı için rezervuarın trityum de ğerlerinin yaz aylarında büyük çıkması normaldir. Kaynak suyunun oksijen-18 ve trityum de ğerlerinin rezervuar suyunun oksijen–18 ve trityum de ğerlerinin mevsimsel de ği şimleri ile uyum sa ğlaması her ikisininde mevsimsel ya ğı şların etkisinde kaldı ğını göstermektedir. Göletin hacmi küçük oldu ğundan rezervuar suyunun mevsimsel yağı şların etkisinde kalması doğaldır.Yaz aylarında kaynak ve rezervuar suyunun oksijen-18 de ğerinin farklı olması, kayna ğın rezervuar ile direkt bir ili şkisi olmadı ğı izlenimini bırakmakla beraber ,kaynak suyunun yaz aylarına ait oksijen-18 de ğerinin rezervuar ile yer altı suyunu temsil eden kuyuların oksijen-18 de ğerleri arasında çıkması, kayna ğın yaz aylarında hem rezervuar hem de yeraltı suyundan etkilenebilece ğini göstermektedir. İlkbahar aylarında ise kayna ğın ve rezervuarın oksijen-18 ve trityum de ğerlerinin hemen hemen aynı olması kaynak ile rezervuarın ili şkili olabileceğini göstermektedir. Kaynakların ilkbahar ya ğı şlarından sonra ortaya çıkmasıda bu fikri desteklemektedir. Göletin mansabındaki 4,5,6,7,8 nolu kuyuların oksijen-18 de ğerleride yaz aylarında büyük ,ilkbahar aylarında küçük çıkmakla beraber ,bu değerlerin rezervuar suyunun oksijen-18 de ğerinden farklı olması, bu kuyular ile rezervuar arasında direkt bir ilişki olmadı ğını göstermektedir. Ancak bu kuyularında rezervuarda oldu ğu gibi mevsimsel ya ğı şların etkisi altında kaldı ğı söylenebilir. Bu kuyuların Trityum de ğerlerinin 23-40 TU aralarında olması, kuyuların temsil ettiği yer altı suyunun ya şlı olmadı ğını ve mevsimsel ya ğı şlardan etkilendi ğini gösterir. Oksijen-18 de ğerlerinin yaz aylarında ,ilkbahar aylarına nazaran daha büyük olmasıda bu fikri desteklemektedir. 1,2,3 nolu kuyularda ise diğerlerinin tersine yaz aylarında oksijen-18 de ğerleri daha küçük çıkmaktadır. Gölet mansabındaki bu kuyuların rezervuar ile direkt ili şkisi olmadı ğı söylenebilir. Ayrıca bunlardan 2 ve 3 nolu kuyuların trityum değerlerinin di ğerlerine nazaran küçük çıkması bu kuyuların mevsimsel ya ğı şlardan da fazla etkilenmediğini göstermektedir 5.SONUÇ Kaynak suyu ile rezervuar arasında yaz aylarında direkt bir ili şki olduğu söylenemez. İlkbahar aylarında ise kaynak ve rezervuar sularının ili şkisi olması mümkündür. YARARLANILAN KAYNAKLAR [1]. GÜLER,S. Alsancak Barajı Kaynak Sularının Çekerek Irma ğı ile İlişkilerinin Trityum Analizi Yardımıyla Ara ştırılması, Yayın No İZ: 505, Ankara, 19?? [2]. MOZER,W.,D., Isotope Methods in Groundwater Hydrology ,1974 311 NEV ŞEH İR M İNERALLİ SULARININ SU K İMYASI VE İZOTOP VER İLER İYLE KÖKEN DE ĞERLENDİRMES İ, ORTA ANADOLU, TÜRKİYE* EVALUAT İON OF NEV ŞEHİR M İNERAL WATERS BY USİNG HYDROCHEM İCAL AND İSOTOP İC DATA, CENTRAL ANATOL İA, TURKEY Mustafa AFŞİN & Murat KAVURMACI Ni ğde Üniversitesi, Aksaray Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisli ği Bölümü, 68100 AKSARAY e-posta:mafsin@superonline.com ÖZET Nevşehir ve çevresinde çok sayıda mineralli kaynak yer almakta olup, bu çalı şmada önemli olan Çorak, Karakaya ve Gümü şkent kaynakları ele alınmı ştır. Söz konusu kaynaklar genelde faylara ba ğlı olarak yüzeye çıkmaktadırlar. Mineralli suların basınçlı karakterdeki akiferi temelde yer alan Bozçaldağ metamorfitlerine ait mermerlerdir. Karakaya so ğuk suları Na-Ca-HCO 3 , Gümüşkent mineralli suları Ca-HCO 3 , Çorak ve Karakaya mineralli suları ise Na-Cl-HCO 3 su kimyası fasiyeslerine sahiptirler. CO 2 ’in baskın olduğu dü şük sıcaklıklı mineralli sularda gaz-mineral-su etkile şiminden dolayı toplam mineralizasyon de ğerleri yüksektir. Meteorik kökenli olan sulardan Çorak ve Karakaya mineralli sularına daha ya şlı su katkısı olabilir. Karakaya so ğuk su kayna ğı sı ğ, yüksek miktarda CO 2 -gazı içeren mineralli sular ise derin dola şımlıdır. Mineralli su alanlarındaki faylar boyunca yer alan eski travertenlerin yanısıra, bu suların aktı ğı yerlerde de yeni traverten çökelimleri devam etmektedir. Traverten çökeliminde kanaldaki su kalınlı ğının az olmasının yanısıra, türbülan akım, CO 2 gazı kaybı, pH’nın yüksek olmasının da önemli rolü vardır. Anahtar kelimeler: CO 2 -gazı, mineralli kaynak, sı ğ ve derin dolaşım, su kimyası fasiyesi, traverten. ABSTRACT Many mineral waters are located in Nev şehir 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 Bozçalda ğ metamorphic basement rocks form the confined aquifer of the springs. The hydrochemical facies of the springs are Na-Ca-HCO 3 of Karakaya cold springs, Ca- HCO 3 of Gümü şkent mineral waters; and Na-Cl-HCO 3 of Çorak and Karakaya mineral waters, respectively. Because of the gas-mineral-water interaction, total mineralizations are high in a CO 2 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 CO 2 -gas are deep circulated groundwaters. * Bu yazının hazırlanmasında “Afşin, M., 2002, CO 2 ’ce zengin Çorak, Karakaya ve Gümü şkent (Nev şehir) mineralli sularının hidrojeokimyası. H.Ü. Yerbilimleri Bülteni, 26 (1-14)” ba şlıklı makaleden yararlanılmı ştır. 312 In addition to the old travertines extending along faultlines, recent travertine depositions appear in places where mineral waters appear. The travertines in these regions are formed under certain conditions including low flow depth, turbulent flow, increasing pH values due to the loss of CO 2 . Key words: CO 2 gas, mineral spring, shallow and deep circulation, hydrochemical facies, travertine. G İR İŞ Çorak, Karakaya ve Gümü şkent mineralli kaynakları Nev şehir ve çevresinde yer almaktadır (Şekil 1). Bu kaynak alanları ve çevresiyle ilgili olarak yapılan jeolojik ve hidrojeolojik çalı şmalardan bazıları; Pasquare (1968), Seymen (1981), Aydın (1984), Atabey vd. (1987), Atabey vd. (1988), Atabey (1989), Göncüo ğlu vd. (1991), Erzenoğlu (1995) ve Af şin (2002)’e aittir. Bu çalı şmanın amacı, söz konusu mineralli suları su kimyası ve izotop verileri yardımıyla hidrojeokimyasal açıdan yorumlamaktır. Suların kökenlerinin de ğerlendirilmesinde kar şıla ştırma amacıyla kaynak alanları yakınında bulunan Karakaya so ğuk ve Bayramhacılı s ıcak ve mineralli sularından da örnekler alınarak bunların da su kimyası analizleri yapılmı ştır. YÖNTEM Inceleme alanının ayrıntılı jeoloji haritası Atabey (1989) tarafından yapılmı ştır ( Şekil 2a, b ve c). Bu çalı şmada ise, bölgede yüzeylenen kayaçlar daha çok hidrojeoloji özellikleri açısından incelenmiştir. Çalı şma alanındaki kaynak sularından, yeraltısuyu seviyesinin en dü şük (19.11.1997) ve en yüksek (28.06.1998) oldu ğu dönemlerde asitli (HNO 3 ) ve asitsiz olarak çift kapaklı 1 litrelik plastik şi şelere alınan su örnekleri H.Ü. Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Ara ştırma Merkezi Su Kimyası Laboratuvarı'nda; izotop örnekleme kurallarına uygun şekilde çift kapaklı 1 litrelik plastik şi şelere alınan su örneklerinin izotop analizleri ise DS İ Teknik Ara ştırma ve Kalite Kontrol Dairesi İzotop Laboratuvarları'nda yapılmı ştır. Su kimyası analizleri, APHA, AWWA ve WPCF (1989) standartlarına uygun şekilde yapılmı ştır. İncelenen kaynakların debileri üçgen savak ve hacim/zaman yöntemleriyle ölçülmü ştür. Kaynak ba şlarında yapılan ölçümlerde sıcaklık için termometre, pH için pH metre, serbest karbondioksit için CA-23 HACH-CO 2 test kiti, laboratuvardaki oksijen-18 ve döteryum izotop analizlerinde kütle spektrometresi kullanılmı ş olup, do ğal trityum ölçümlerinde ise sıvı sintilasyon tekni ği uygulanmı ştır. JEOLOJ İ VE H İDROJEOLOJ İ Kayaçların Jeolojik Özellikleri İnceleme alanının temelinde Kır şehir masifine ait Tamada ğ ve Bozçalda ğ metamorfitleri yer almakta-dır. Tamadağ metamorfiti Gümü şkent’in KB ve GD’sunda geni ş bir alanda yüzeylenmektedir. Genelde fillat, serisit-klorit şist, kalk şist ve mermer ardalanmalı birim Pre- Mesozoyik ya şlı (Atabey, 1989) olup, granit, granodiyorit ve monzonitlerden olu şmu ş Orta Anadolu Granitoyitleri (Göncüoğlu vd., 1991) tarafından kesilmiştir. Bu birimin üzerine iri kristalli, yer yer orta-kalın tabakalı masif mermerlerden olu şmu ş, Pre-Mesozoyik ya şlı (Atabey, 1989) Bozçaldağ metamorfitleri gelir. Gümü şkent kaynak-larının K-KB’sı ile Nev şehir’in K ve KD’sunda yer alan Orta Anadolu Granitoyitlerinin sokulum ya şı Üst Kretase öncesidir (Atabey, 1989). Genelde kumta şı, kilta şı ve tüfit ardalanmasından oluşmu ş ve yer yer jipsli Tuzköy formasyonu, Gümü şkent’in G ve GD’sunda, Karada ğ’ın çevresinde geni ş bir alana yayılmı ş olan birim Miyosen- Pliyosen ya şlıdır (Atabey vd., 1988). Çakılta şı, kumtaşı siltta şı ve çakıllı kumlu tüfitten oluşmu ş Yüksekli formasyonu (Aydın, 1984) Gümü şkent ve çevresinde oldukça geni ş bir alanda yüzeylenmektedir. Gümü şkent’in kuzeyinde metamorfik ve plütonik kayaçlarla tektonik dokanak K40 12'00" K37 47'00" KENET - 0 75 km Örtü Birimleri Ankara Ankara Ters Faylar Do ğrultu Atımlı Faylar İAEKK ( İAEKK) Sivas Normal Faylar Orta Anadolu Metamorfitleri Orta Anadolu Ofiyolitleri Orta Anadolu Granitoyitleri Tuz Gölü Ak Deniz D33 02' 00" D37 17' 30" Kayseri Yozgat Kır şehir Aksaray Kara Deniz Gümü şkent Karakaya Avanos Ballıca Kozo ğlu Bayramhacı Çorak Sıcak ve Mineralli Kaynak Mineralli Kaynak KUŞ A Ğ I Ni ğde Nev şehir So ğuk Su Kayna ğı AÇIKLAMA K Şekil 1. İnceleme alanının yer bulduru haritası (Kuşcu 1997’den de ği ştirilerek alınmı ştır). halinde bulunan, alttaki Tuzköy formasyonu ile yer yer dereceli geçi şli 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 çakılta şı, marn, killi kireçta şları ve bazalttan olu şmu ş, alttaki birimlerle yer yer dü şey ve yanal geçi şli olup, olası ya şı Üst Miyosen-Pliyosen’dir (Atabey, 1989). İnceleme alanında yüzeylenen Kuvaterner ya şlı birimlerden en altta bulunan camsı ve pomzalı tüfler Pasquare (1968) tarafından Alacaşar tüfü olarak adlandırılmı ştır. Tabanda Kavak tüfü ile İncesu ignimbiritleri üzerine uyumsuz olarak gelmi ş bu birimi sırasıyla Kumtepe külü, gev şek tutturulmu ş karbonat çimentolu çakılta şı, kumtaşı ve siltta şından oluşmu ş, yer yer çapraz tabakalı, tavanındaki bazaltlara göre olası ya şı Pleyistosen (Atabey, 1989) olan Kızılırmak çakılta şı izler. İnceleme alanının de ği şik noktalarında yer alan travertenler faylara ba ğlı olarak açı ğa çıkmı ş mineralli su çökelleridir. Kızılırmak Nehri’nin aktı ğı alanda çakılta şı, kumta şı, silt ve kilden olu şmu ş eski akarsu çökellerinin üzerine yamaç molozları ile Kızılırmak Nehri’nin getirdi ği çakıl, 313 kum, silt ve kilden olu şmu ş güncel alüvyon gelir. 5 6 91 1 2 347 8 10 12 13 14 15 16 17 18 19 1 15 21 20 Karada ğ + - Karakaya so ğuk su kayna ğı (1209 m) Kayaharman ba ğları K km 0 1 (b) Karakaya mineralli kaynak alanı Gümü şkent kaynak alanı GÜMÜ ŞKENT O K 0 2 km (a) K Gümü ş kent mineralli kaynak alanı Çorak kaynak alanı (b) (c) km 0 1 İkibinevler Cambuzba ş ı 1280 m K Şekil 2. İnceleme alanlarının jeoloji haritaları: (a) Gümü şkent mineralli kaynak alanı, (b) Karakaya mineralli kaynak alanı, (c) Çorak mineralli kaynak alanı (Atabey, 1989 ve Erzenoğlu 1995’den kısmen de ği ştirilerek alınmı ştır.) [KUVATERNER-1. Alüvyon, 2. Yamaç molozu, 3. Eski alüvyon, 4. Traverten, 5. Kızılırmak çakılta şı, 6. Kumtepe külü, 7. Alaca şar tüfü. ÜST M İYOSEN-PL İYOSEN- Ürgüp Formasyonu (8. Kı şlada ğ üyesi: Kireçta şı, 9. Karada ğ 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, kumta şı ve çakılta şı; 14. Tuzköy formasyonu: Kumta şı, kilta şı, tüfit ve jips) ÜST KRETASE ÖNCES İ- 15. Orta Anadolu Granitoyidi (Ortaköy Granotoyidi): (Granit, granodiyorit, siyenit ve kuvars porfir). PRE-MESOZOY İK-16. Bozçalda ğ metamorfiti: Mermer, 17. Tamada ğ metamorfiti: (Fillat, serisit, klorit şist, kalk şist ve mermer). 18. Faylar: Normal, do ğrultu atımlı, olasılı, 19. Tabaka do ğrultu ve e ğimi, 20. So ğuk su kayna ğı, 21. Mineralli su kayna ğı] 314 315 Kayaçların Hidrojelojik Özellikleri Kaynak alanlarının temelinde yer alan birimlerden Tamada ğ 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 u ğradı ğı ve birbi-rini kesen çatlakları içerdi ği üst ku şaklarda geçirimlidir. İnceleme alanında yüzeylenen karasal, gölsel ve bataklık ortamlarında olu şmu ş birimler arasında karbonat çimentolu veya gev şek tutturulmu ş çakılta şı, kumta şı ve kireçta şı seviyeleri pratik olarak geçirimli; siltli seviyeler ise yarı geçirimlidir. Volkanosedimanter birimlerden tüf, tüfit ve küller genelde geçirimsiz, ancak faylanmaya, çatlaklı ve kırıklı yapıya ba ğlı şekilde ikincil geçirimlili ğin arttı ğı bölümlerde tüfitler geçirimli, akma yüzeylerine ve so ğuma çatlaklarına sahip bazalt ve ignimbiritler açık çatlakların derinli ği ile orantılı olarak dü şey yön-de geçirimlidir. Kızılırmak çakılta şında, çakıl, kum, kumta şı ve karbonat çimentolu çakılta şları geçi-rimli, siltler yarıgeçirimli, killi seviyeler ise geçirimsizdir. Kızılırmak Nehri’nin aktı ğı alanda çok ge-ni ş yayılım gösteren yamaç molozu ile eski ve yeni alüvyonun çakıl, kum ve gev şek tutturulmu ş çakılta şları ile kumtaşı seviyeleri geçirimli, killi seviyeler ise geçirimsizdir. HİDROJEOKİMYASAL DE ĞERLEND İRME Bu bölümde, Gümü şkent mineralli suları ayrı, hidrojeokimyasal açıdan benzer özelliklere sahip olan Karakaya ve Çorak mineralli suları ise aynı ba şlık altında de ğerlendirilmi ştir. Gümü şkent Mineralli Suları Gümü şkent mineralli su kaynakları (GMS) Gümü şkent’in 2.5 km KB’sında yer alır (Şekil 1 ve 2a). Bu kaynaklar Gümüşkent kaynak alanında Yüksekli formasyonu ile metamorfitlerin dokana ğında, KB-GD yönünde uzanan Gümü şkent fayı boyunca açı ğa çıkmaktadır. Kaynakların sıcaklık, pH ve EC (elektriksel iletkenlik) de ğerleri sırasıyla 13-21°C, 6.63-7 pH birimi ve 2710-3400 µS/cm arasında de ği şmektedir (Çizelge 1). Ca-HCO 3 su tipine sahip ve karbonat sertli ği % 50’den fazla olan GMS’de Ca +2 ve HCO 3 - , yüksek CO 2 gazına ve akifer konumundaki mermerlere ba ğlıdır (Şekil 3). GMS’de Ca/Mg, Ca/Na ve Na/Cl oranlarının yüksek ve bdi de ğerlerinin düşük olması karbonatlı bir akifere i şaret 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 so ğuk suları (KS) Karakaya mineralli suları (KMS) yakınında Çaya ğıl dere boyunca yer alan tüfitler arasındaki çatlaklardan bo şalmaktadır (Şekil 2b). Debisi 0.2 l/s ve sıcaklı ğı 15 ° C olan kayna ğın pH ve EC değerleri sırasıyla, 7.2-7.5 pH birimi, 859-1000 µS/cm arasında de ği şmektedir (Çizelge 1). Genel-de Na-Ca-HCO 3 su tipine girmekte olan sularda Na + ’un baskın katyon olmasının nedeni, so ğuk suların dola şım yolunda ili şkide bulunmu ş 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 Çaya ğıl derenin batısında KD-GB yönünde uzanan normal bir faya ba ğlı olarak noktada açı ğa çıkmaktadır (Şekil 2b). Bu suların toplam debi, sıcaklık pH ve EC de ğerleri sırasıyla 18.5-21.5°C, 6.6-6.8 pH birimi ve 11400-14650 µS/cm arasında de ği şmektedir (Çizelge 1). Çorak mineralli suları (ÇMS), Nev şehir kent merkezi yakınında yer alır ( Şekil 2c). Bu sular yüzeyde net olarak gözlenemeyen, Alacaşar tüfleri içerisinde D-B yönünde uzanan olasılı bir fayla ilişkili olarak açı- ğa çıkmaktadır. Toplam debisi 1.5 l/s olan ÇMS’nin sıcaklık, pH ve EC de ğerleri sırasıyla 1.5-2 l/s, 16.5-21°C, 6.5-6.9 pH birimi, EC de ğeri 11400-18000 µS/cm arasında de ği şmektedir (Çizelge 1). Çizelge 1. İnceleme alanındaki suların kimyasal analiz sonuçları, bazı iyon oranları ve bdi de ğerleri Kaynak 316 x :meq/l; * (Örnekleme Tarihi): 14.11.1997, **:28.06.1998, ***: 30.06.1999; SAR: Sodyum adsorbsiyon oranı, T: Sıcaklık, EC: Özgül elektriksel iletkenlik, bdi (Baz de ği şim indisi)= Cl-(Na+K)/Cl; ÇMS: Çorak mineralli su kayna ğı, KS: Karakaya so ğuk su kayna ğı, KMS: Karakaya mineralli su kayna ğı, GMS: Gümüşkent mineralli su kayna ğı, BSMS: Bayramhacılılı sıcak ve mineralli su kaynağı. adı T ( ° C) pH EC (S/cm) x Ca 2+ x Mg 2+ x Na + x K + x Cl - x SO4 2- x HCO 3 - Ca/Mg Ca/Na Na/Cl SO4/Cl bdi ÇMS* 18.5 6.8 13220 21.70 4.93 135.93 5.49 90 4.62 72.5 4.4 0.159 1.51 0.05 -0.57 ÇMS** 21 6.62 11400 20.45 3.7 134.19 1.4 85 5.75 69.9 5.52 0.150 1.58 0.07 -0.59 KS* 15 7.2 1003 3.59 0.74 6.13 0.40 2.2 1.87 6.4 4.85 0.58 2.79 0.85 -1.96 KS** 15 7.51 859 3.49 0.617 5.43 0.19 1.65 1.79 5.13 5.66 0.64 3.29 1.08 -2.40 KMS* 18 6.67 16500 28.69 5.34 157.03 6.77 115 5.82 76.5 5.37 0.18 1.36 0.05 -0.42 KMS ** 17 6.5 13850 23.95 3.7 155.07 2.43 110 5.67 69.9 6.47 0.15 1.41 0.05 -0.43 GMS* 13 6.63 3200 34.93 6.37 1.78 0.44 0.25 0.104 42.9 5.48 19.6 7.12 0.4 -7.9 GMS** 21 6.39 2710 37.92 4.52 1.23 0.19 0.1 0.259 42.52 8.39 30.8 12.30 2.59 -13.2 BSMS ** 43 6.39 1610 13.22 2.26 4.95 0.25 4.1 1.74 14.56 5.84 2.67 1.21 0.42 -0.26 Ca 0 10 20 30 40 meq/L Na 0 100 200 me q/L Cl 0 50 100 150 meq/L HCO3 0 20 40 60 80 100 *KS **KS *GM S **GM S *ÇM S **ÇM S *KM S **KM S meq/L Şekil 3. İnceleme alanındaki sularda iyon de ği şimleri (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir.) 317 KMS ve ÇMS’nin akiferinin temelde yer alan Bozçaldağ metamorfitlerine ait mermerler, KMS kaynak alanı yakınındaki Kı şlada ğ üyesine ait kireçta şları 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-HCO 3 ’tür (Çizelge 1 ve Şekil 3). Na + , volkanik kayaçlardaki albitlerin çözünürlü ğünün artmasına, siyenit, tüf, kil ve evaporitlerle temas sırasında, Na + ’un yabancı iyon etkisi nedeniyle suların çözünürlü ğünün yükselmesi sonucu Na + ile Ca +2 arasında iyon de ği şiminin gerçekle şmesine; HCO 3 - yüksek CO 2 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 de ği şiminin göstergesi olabilir (Şekil 4). Kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine doygun; Çizelge 2. İnceleme alanındaki kaynak sularının mineral doygunluk değerleri (SI) ve izotop analiz sonuçları. Kaynak adı ve izotop analiz numarası SI Kalsit SI Dolomit SI Aragonit SI Jips SI Anhidrit SI Halit log pCO 2 ?8 O (‰ V-SMOW) 2 H (‰ V-SMOW) 3 H (±) (TU) ÇMS* (1) 1.09 1.71 0.955 -1.28 -1.49 -3.76 -0.259 -9.71 -85.46 0±0.90 ÇMS** (5) 0.885 1.18 0.742 -1.19 -1.40 -3.78 -0.092 -10.22 -83.84 0.1±0.80 S* (2) 0.427 0.301 0.284 -1.70 -1.92 -6.55 -1.95 -10.05 -80.23 7.4±0.95 KS** (6) 0.279 -0.064 0.135 -1.70 -1.92 -6.72 -2.09 -9.04 -83.13 8±0.90 KMS* (3) 1.08 1.59 0.940 -1.11 -1.33 -3.60 -0.113 -10.51 -93.69 3.7±0.90 KMS ** (7) 0.815 0.977 0.671 -1.17 -1.38 -3.62 0.023 -10.17 -87.41 0±0.80 GMS* (4) 1.09 1.621 0.956 -2.47 -2.69 -8.11 -0.301 -10.5 -86.31 1.78±0.90 GMS** (10) 0.901 1.02 0.758 -2.04 -2.26 -8.67 -0.075 -10.53 -80.26 0.6±0.80 BSMS**(9) 0.126 -0.379 -0.018 -1.39 -1.61 -6.41 -0.492 -10.2 -78.35 0±0.80 * (Örnekleme Tarihi): 14.11.1997, **:28.06.1998, ***: 30.06.1999 (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir). 0 5 10 15 20 25 30 35 *GMS **GMS *KS **KS *ÇMS **ÇMS *KMS **KMS Ca/Mg-Ca/Na -15 -10 -5 0 5 10 15 SO4/Cl-Na/Cl-bdi Ca/Mg Ca/Na SO4/Cl bdi Na/Cl Şekil 4. İnceleme alanındaki sularda Ca/Mg, Ca/Na, Na/Cl, SO4/Cl ve bdi de ği şimleri (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir). 318 319 jips, anhidrit ve haliti çözebilecek nitelikte olan mineralli sulardan KMS ve ÇMS’de Na/Cl oranlarının 1.5 dolayında olması Orta Kızılırmak Tersiyer Havzası’nın (Göncüo ğlu vd., 1993) kapanması sırasında derinde kalmı ş daha ya şlı suların mineralli sulara karı şma olasılı ğına da i şaret edebilir (Çizelge 2). Traverten Çökeliminin İrdelenmesi Mineralli sularda traverten çökelimi için suyun Ca 2+ ve HCO 3 - iyonlarınca zengin ve sularda CO 2 gazının ortaya çıkabilece ği bir ortamın bulunması gereklidir. Ca 2+ +2HCO 3 - ›CaCO 3(k) +CO 2(g) +H 2 O şeklindeki reaksiyonu kontrol eden iki faktör kısmi CO 2 basıncı ve doygunluk indisidir. Sıcaklı ğın azalmasına ba ğlı olarak, CO 2 ’in çözünürlü ğü arttı ğı için CO 2 ’in baskın olduğu bir sistemde su- kayaç etkile şimi dü şük sıcaklıklarda açı ğa çıkar (Greber, 1994). Bu nedenle, CO 2 ’in baskın, sıcaklı ğın dü şük oldu ğu ÇMS ve KMS gaz, su ve mineraller arasında temas süresinin uzaması ve evaporitlerle ili şki sonucu yüksek mineralizasyona sahiptirler. Kaynak ba şında yapılan ölçümlere göre, serbest CO 2 gazı de ğerleri GMS’de 515-650 mg/l, KMS’de 485-560 mg/l, ÇMS’de ise 360- 560 mg/L arasında de ği şmektedir. Aynı havza içerisinde yer alan ba şka mineralli sularla ilgili çalı şmalarda (Ercan vd., 1987 ve Nagao, vd., 1989) sulardaki yüksek CO 2 gazının daha çok kabuk kökenli olarak yorumlanmı ştır. Bu yorum inceleme alanındaki mineralli sularda bulunan CO 2 gazının da aynı kökenli olabilece ğini gösterebilir. GMS kaynak alanındaki traverten çökeliminin fiziksel ve kimyasal açıdan incelenmesi amacıyla, kayna ğın çıkı ş noktasından sonra akmakta oldu ğu havuzun giri şi, çıkı şı ve suyun aktı ğı havuz dı şındaki bölümde suların pH, sıcaklık ve serbest CO 2 gazı de ğerleri ölçülmü ştür (Çizelge 3, Şekil 5 ve 6). Çizelge 3. Gümü şkent havuzunda yapılan fiziksel ölçümler pH 6,4 6,8 7,1 7,6 CO 2 (mg/L) 585 375 250 75 Sıcaklık ( o C) 18 20 23 24 Uzaklık (m) 0 6.60 10,70 16,70 Havuz giri ş i Traverten çökelim alanı a) CO2 E şik noktası CO2 Traverten çökelim alanı Havuz b) (A) (B) (C) Kaynak 4.1 m 6.6 m 6.0 m 10.7 m 16.7 m Şekil 5. Gümü şkent havuzunda traverten çökelim modeli a) Yandan görünüş, b) Üstten görünü ş Suyun havuza giri ş noktasından itibaren ilk 10,70 m boyunca havuzun e ğiminin de ği şmemesi ve havuzdaki su kalınlı ğının sabit kalması sonucu laminer akım şartları aynı kalmakta ve CO 2 gazı havuz boyunca sudan kolayca ayrılamamaktadır (Şekil 5 A-B arası). Havuzun çıkı ş noktası olan e şikten sonra eğimin arttı ğı ve suyun yelpaze şeklinde aktı ğı 10,70. m’den sonra eğimin arttı ğı bölümde havuz kenarından ta şan sularda türbülan akım olu ştu ğu için sıvı iplikçikleri sıçrayarak akmaktadır. Bu alandaki sular atmosferle geni ş bir temas yüzeyi olu şturdu ğu için, sıcaklık ve pH de ğerleri ile ters orantılı olarak, CO 2 gaz kayıpları hızlı bir şekilde yükselmeye başlamı ştır (Şekil 5 B). Kaynak sularının e şik noktası olan 10,70. ve 16,70. metrelerde CO 2 gaz içeriğinin ve EC de ğerlerinin giderek azalması ve pH’nın yüksek de ğerlere ula şması sonucu kalsite göre doygunluk artarak traverten çökelmi ştir (Şekil 5 B-C ve Şekil 6). Gümü şkent ve Karakaya mineralli sularının bo şaldı ğı Çaya ğıl dere boyunca geni ş bir alanda çökelmi ş eski travertenlerin yanısıra, kaynakların akım yolu boyunca yeni traverten olu şumları da sürmektedir ( Şekil 7). 320 321 Şekil 6. Gümü şkent mineralli kaynak alanında traverten çökeliminin irdelenmesi: a) CO 2 -pH ve b) CO 2 -sıcaklık ili şkileri. Uzaklık (m) 5,5 6 6,5 7 5 8 1234 pH (pH birimi) 0 100 200 300 400 500 600 700 CO2 (mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 700 1234 CO2 (mg/L) 0 5 10 15 20 25 30 Sıcaklık ( o C) CO2 (mg/L) Sıcaklık (oC) 0 6,6 10,7 16,7 Uz a klık (m) 7, pH CO2 (mg/L) (a) 10,7 6,6 16,7 Uz a klık (m) 0 (b) 322 Şekil 7. KMS (a, b ve c) ve GMS (d) kaynak alanlarındaki traverten çökelimleri İZOTOP VER İLER İN İN DE ĞERLEND İR İLMES İ Bu bölümde, inceleme alanı ve çevresinde yer alan kaynaklardan alınan su örneklerinin oksijen-18 ( 18 O), döteryum ( 2 H) ve trityum ( 3 H) içerikleri incelenerek, yeraltısuyu dola şım sistemleri, akiferlerin beslenim-bo şalım ve hidrojeoloji özellikleri aydınlatılmı ştır (Çizelge 2). Kaynak alanları ve çevresindeki di ğer suların dünya ya ğı şlarını temsil eden meteorik su do ğrusu (? 2 H=8x? 18 O+10) (Yurtsever ve Gat, 1981) ile ili şkisi ? 2 H-? 18 O grafi ğinde verilmi ştir (Şekil 8a). Bu grafik üzerinde incelenen suların genelde meteorik su do ğrusu yakınında yer almaları bunların meteorik sular olduklarını göstermektedir. Kaynak sularının beslenme yükseltileri ile akifer içinde kalı ş süreleri arasındaki ilişkiyi yansıtan ? 18 O- 3 H grafi ğine göre beslenme alanı en yüksek Gümü şkent mineralli kayna ğı (10), en düşük ise Karakaya so ğuk su kayna ğıdır (6) (Şekil 8b). Ba ğıl geçiş süreleri açısından Karakaya so ğuk suları yüksek trityum (7.4-8 TU); mineralli sular ise dü şük trityum (0-3.7 TU) değerlerine sahiptir. Kökeni meteorik olan suların yeraltında dola şım yolu uzadıkça trityum izotopunun radyoaktif bozunmaya uğraması nedeniyle trityum de ğerleri dü şmektedir. Bu nedenle, Karakaya so ğuk suları genç, mineralli sular ise ya şlı yeraltısularıdır. a c b d -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 -8,8 024681 3 H (TU) 0 18 O(%o V-SMOW) (b) 6 3 5 Dola şım süresi Beslenme alanı yükseltisi 8 4 7 10 9 1 2 -100 -80 -60 -40 -20 0 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 ? 18 O (%o V-SMOW) 2 H (%o V-SMOW) 6 1 3 7 4 5 10 8 2 9 Dünya meteorik su do ğrusu (a) Şekil 8. İnceleme alanındaki kaynak sularının (a) ? 18 O/ ?? 2 H ve (b) ??? 18 O/ ? 3 H ili şkileri (numaralamalar Çizelge 2‘deki gibidir.) TARTI ŞMA VE SONUÇLAR İnceleme alanında yüzeylenen Paleozoyik’ten Kuvaterner’e kadar farklı ya ştaki kayaçlar oransal olarak deği şik hidrojeoloji özelliklerine sahiptirler. Temelde yer alan birimlerden Tamada ğ metamorfi-tine ait şistler geçirimsiz; Bozçalda ğ metamorfitine ait mermerlerin karstik bo şluklu bölümleri ile bu birimleri kesen granitlerin çatlaklı üst zonları geçirimlidir. Karasal ve gölsel birimlerin çakılta şı, kumta şı ve kireçta şı seviyeleri geçirimli; kilta şı seviyeleri geçirimsiz; siltli seviyeleri ise yarı geçirimlidir. Volkanik kayaçlar genelde geçirimsiz; bazalt ve ignimbiritler açık çatlakların derinli ğine bağlı olarak düşey yönde geçirimlidir. Kızılırmak formasyonuna ait çakıl, kum, kumta şı ve karbonat çimentolu çakılta şları geçirimli; kil içeren seviyeler ise geçirimsiz; yamaç molozu ile eski ve yeni alüvyon, killi seviyeleri dı şında geçirimlidir. Faylara bağlı olarak açı ğa çıkmakta olan mineralli suların asıl akiferi Bozçalda ğ metamorfitlerine ait mermerler, örtü kayası ise volkanosedimanter birimler olmakla birlikte kaynak alanları yakınında yüzeylenen kireçta şları ile granitler de sulara katkıda bulunmaktadır. İzotop analiz sonuçlarına göre incelenen sular meteorik kökenli olan sulardan ÇMS ve KMS’de 323 324 meteorik su do ğrusundan küçük ölçekte sapma gözlenmi ştir. Bunun nedeni, suların içermi ş oldukları yüksek miktardaki CO 2 gazının yanısıra mineral-su etkile şimi sonucu suların ? 18 O de ğerlerinin artmasıdır. Çünkü CO 2 ’in baskın olduğu düşük sıcaklı ğa sahip ortamlarda uzun süreli gaz-mineral-su etkile şimi nedeniyle evaporitlerle ili şkili KMS ve ÇMS yüksek mineralizasyona sahiptirler. 3 H de ğerlerinin mineralli sularda çok dü şük, so ğuk sularda ise yüksek olması, mineralli suların beslenme alanlarından uzaklarda açı ğa çıkmı ş, akiferle temas süresi uzun, yava ş akı şlı ve derin dola şımlı; Karakaya so ğuk sularının ise oransal olarak sı ğ ve kısa dolaşımlı genç yeraltısuları olduklarını göstermektedir. Yüksek de ğerlerde CO 2 gazı içeren mineralli sular kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine a şırı doy-gun; jips, halit ve anhidrit minerallerine doygun olmayıp bunları çözebilecek niteliktedir. KMS ve ÇMS’de Na + , Cl - ve EC de ğerlerinin Ca 2 ve HCO 3 - de ğerlerinden yüksek olmasının nedeni karbonatlı akiferden süreksizlikler boyunca yüzeye do ğru yükselen mineralli suların çözünürlü ğü yüksek olan evaporitlerle doygun hale geçemeyecek bir süre temas ettiklerinin göstergesidir. Ayrıca bu suların tuzlanmasının bir ba şka nedeni de Orta Kızılırmak Havzası’nın kapanması s ırasında derinde kalmı ş daha ya şlı suların mineralli sulara karı şma olasılı ğıdır. Mineralli sularda yeni traverten çökelimi, kaynakların akım yolu boyunca kanal e ğiminin arttı ğı, akımın laminerden türbülana dönü ştü ğü, kanaldaki su kalınlı ğının azaldı ğı, pH de ğerlerinin yükselip CO 2 gazının düştü ğü noktalarda gerçekle şmektedir. KAYNAKLAR Af şin, M., 2002, CO 2 ’ce zengin Çorak, Karakaya ve Gümü şkent (Nev şehir) 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 Müdürlü ğü 1/100.000 ölçekli açınsama nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları Serisi, Kayseri-H 19 paftası. Atabey, E., Tarhan, N., Yusufo ğlu, H. ve Canpolat, M., 1988. Hacıbekta ş, Gül şehir, Kalaba (Nev şe- hir)-Himmetdede (Kayseri) arasının jeolojisi. MTA Raporu, Derleme No. 8523 (yayımlan- mamı ş). Atabey, E., Papak, İ., Tarhan, N., Akarsu, B. ve Ta şkıran, A., 1987. Ortaköy (Ni ğde)-Tuzköy (Nev şe-hir)-Kesikköprü (Kır şehir) yöresinin jeolojisi. MTA Raporu, Derleme No. 8156 (yayımlanma-mı ş). Aydın, N., 1984. Orta Anadolu Masifinin Gümü şkent batısı (Nev şehir) dolayında jeolojik ve petrografik incelemeler. A. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 400 s., (yayımlanmamı ş). Ercan, T., Köse, C., Akba şlı, A. ve Yıldırım, T., 1987. Orta Anadolu’da Nev şehir-Niğde-Konya dolay-larındaki volkanik kökenli gaz çıkı şları. Cumhuriyet Üniversitesi Yerbilimleri Dergisi, 4/1, 39-54. Erzeno ğlu, Z., 1995. Türkiye termal ve mineralli sular envanteri, Nev şehir. MTA Genel Müdürlü ğü 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 (yayımlanmamı ş). 325 Göncüoğlu, M.C., Erler, A., Toprak, V., Olgun, E., Yalınız, K., Ku şcu, 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 (yayımlanmamı ş). Greber, E., 1994. Deep circulation of CO 2 -rich palaeowaters in a seismically active zone (Kuzu- luk/Adapazarı, northwestern Turkey). Geothermics, 23 (2), 151-174. Ku şcu, İ., 1997. The mineralogical and geochemical comparison of the Pb-Zn skarns in the Akda ğ- madeni, Akçakı şla and Keskin districts, Central Anatolia, Turkey. Ortado ğu Teknik Üniversi-tesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 192 s (yayımlanmamı ş). Nagao, K., Matsuda, J.I., Kıta, I. ve Ercan, T., 1989, Türkiye’deki Kuvaterner ya şlı volkanik alanlarda asal gaz ve karbon izotopik bile şimleri, 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 (Kır şehir) dolayında Kır şehir Masifi’nin stratigrafisi ve metamorfizması. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 24, 7-14. Yurtsever, Y., and Gat, J.R., 1981. Atmospheric waters in stable isotope hydrology: Deuterium and Oxygen-18 in the water cycle. J.R. Gat and R. Gonfiantini (eds.), Technical Report Series No: 210, IAEA, Vienna, 103-142. 327 C İHANBEYL İ JEOTERMAL SAHASININ H İDROJEOLOJ İ İNCELEMES İ HYDROGEOLOGICAL INVESTIGATION OF THE C İHANBEYL İ GEOTHERMAL FIELD Baki CAN İK 1 , Mustafa AFŞİN 2 , Mehmet ÇEL İK 1 1 Ankara Üni., Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh. Böl., 06100 Tando ğan/Ankara 2 Ni ğde Üniversitesi Aksaray Müh. Fak., Jeoloji Müh. Bölümü, Aksaray ÖZET Bu çalı şmanın amacı, Cihanbeyli dolayında yer alan sıcak ve mineralli yeraltı sularının hidrokimyasal ve izotopik özelliklerinden yararlanarak Cihanbeyli jeotermal sahasının hidrojeoloji özelliklerini aydınlatmaktır. Bölgede Liyas ya şlı kireçtaşları ile Üst Miyosen ya şlı çakılta şı, kumta şı ve kireçta şları akifer özelli ğindedir. Bu birimlerin tabanındaki Üst Kretase ofiyolitik birimleri geçirimsiz taban özelli ğinde, Üst Miyosen-Üst Pliyosen kil ve marnları da geçirimsiz tavan özelli ğindedir. İnceleme alanındaki derin, sıcak ve mineralli sular kalsiyum ve sülfatlı; sı ğ, so ğuk yeraltı suları magnezyum, kalsiyum ve bikarbonatlıdır. Oksijen-18/döteryum grafi ği incelendi ğinde, sıcak ve mineralli suların meteorik kökenli oldukları, yaklaşık dola şım sürelerine sahip oldukları belirlenmiştir. Yeraltı sularının ısınmasında jeotermal gradyanla beraber andezitik volkanizmanın da etkili oldu ğu düşünülmektedir. ABSTRACT The aim of the study, to explain hydrogeological characteristics of the Cihanbeyli geothermal field, by hydrochemical and isotopic properties of thermal and mineral groundwaters. In the study area, limestone of Lias, conglomerate, sandstone and limestone of Upper Miocene are aquifers. Ophiolitic units of Upper Cretaceous are impervious base properties of the latter units. Also, clay and marls of Upper Miocene-Upper Pliocene are impervious units in upper of the aquifer. Deep thermal and mineral waters are of calcium and sulphate, shallow cold groundwaters are of magnesium, calcium and bicarbonate in the study area. According to oxygen-18/deuterium graphic, the thermal and mineral waters are of meteoric origin, its have proximately in similar travel times. It was thought that warming up of the groundwaters are affected by geothermal gradient and also andesitic volcanism. 328 G İR İŞ İnceleme alanı Cihanbeyli’ nin 15 km güneyinde ve Bolluk Gölü’ nün do ğusunda yer almaktadır. Bu alan traverten konileri açısından görsel bir güzelli ğe sahiptir. Aynı zamanda bölge, bu travertenlerin olu şumunda etkili oldu ğu düşünülen sıcak ve mineralli su potansiyeline sahiptir ( Şekil 1). Cihanbeyli’ de 20 yıllık ya ğı ş ortalaması 293 mm, sıcaklık ortalaması 11,1 o C’ tır. İnceleme alanında hidrojeolojik çalı şma olarak, Canik’ in (1988) çalı şması yer almaktadır. Jeolojik rapor olarak hazırlanmı ş olan, Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü’ nün (1982) Tuz Gölü Projesi, Gündoğan ve Helvacı’ nın (1996) Bolluk Gölünde yaptıkları mineraloji a ğırlıklı çalı şmaları dikkat çekmektedir. Bu çalı şma Tübitak projesi kapsamında hazırlanmı ş olup, burada projenin bu aşamasına kadar yapılan hidrokimyasal ve izotop analiz sonuçları yorumlanmı ştır. Proje tamamlandıktan sonra bölgeyle ilgili kapsamlı bir değerlendirmenin ayrı bir çalı şma olarak sunulabileceği planlanmı ştır. H İDROJEOLOJ İK YERLE ŞİM İnceleme alanının tabanında ofiyolitik melanj yer almaktadır. Bozda ğ’ ın 1,5 km kuzeybatısında diyabaz, serpantinit, spilit ve boynuzta şı yaygın olarak bulunmaktadır. Bu birimler önceki çalı şmalarda Üst Kretase olarak ya şlandırılmı ştır. Bunların üzerine allokton olarak Bozdağ ve Tütün tepelerde yüzeylenen kireçta şları gelmektedir. Gri ve beyaz renkli, tabakalanma sunmayan, kriptokristalen dokulu, bol çatlak ve kırıklı yapısı ile ikincil gözeneklilik ve geçirimlili ği artmı ştır. Bu birimler Liyas olarak bilinmektedir. Kireçtaşları üzerine genellikle yatay tabakalı çakılta şı, kumta şı, farklı özelliklerde kireçta şları, marn, kil ve siltten olu şan göl çökelleri gelmektedir. Kireçtaşları tabakalı, yer yer dolomitik ve killidir. Kil ve marnlı seviyeler jips içermektedir. Göl çökelleri Üst Miyosen-Üst Pliyosen zaman aralı ğında çökelmi şlerdir. Bölgedeki volkanik faaliyetler muhtemelen Pliyosen ba şına kadar devam etmi ştir. Karada ğ andezitik volkanı bunlardan biridir ( Şekil 1 ve 2). Proje sahasındaki kireçta şı ve çakılta şlarının genellikle birincil ve ikincil gözeneklili ğe sahip, sıcak ve mineralli suları içerdikleri dü şünülmektedir. Bu birimler basınçlı akifer konumundadır. Kuyu ba şında yapılan ölçümlere gore, sıcak su kuyularından Selahattin Bayhan kuyusunun (S4) en yüksek sıcaklıkta (43 o C) olduğu belirlenmi ştir. Di ğer sıcak su kuyularındaki sular 40 o C’nin altında sıcaklıklara sahiptir (Çizelge 1 ve 2). Sıcak ve mineralli suların kaynak şeklinde yeryüzüne ula ştı ğı yerlerde traverten konileri olu şmu ştur. Bölgedeki traverten konilerinin büyük bir ço ğunlu ğu olu şumunu tamamlamı ş (fosil) olup, bunlardan bir kısmı bozulmu ş ve yıpranmı ş, bir kısmı da halen olu şumuna devam etmektedir. Traverten konilerinin bir bölümünde gölcükler şeklinde su bulunmaktadır (Şekil 1). BOZ DA Ğ 68 66 64 62 60 93 95 97 99 01 YAPALI 1 km GY2 SB(S4) MAb(S7) Çatal T. Kara Da ğ VK(S3) YA(S2) HK(S1) Tütün T. Küçüktütün T. YHK (Yapalı hamamı kayna ğı) KK2 KK5 KK4 KK7 KK6 BG1 IK(Ilıca kayna ğı) KK3 KK8 K MAk(S5) Şekil 1. İnceleme alanı yer belirleme haritası 329 Karada ğ G 80 D K 80 B Tütün tepe ? 0 0 1300 1000 0 m Alüvyon Andezit (Pliyosen) Kristalen Kireçta şı Tektonik dokanak Ofiyolit melanj Açısal uyumsuzluk Açısal uyumsuzluk Kireçta şı, kil-marn (jipsli), kireçta şı (karstik) 250 500 750 0 m (b) (a) Şekil 2 a. Jeolojik enine kesiti b. Genelle ştirilmi ş stratigrafik dikme kesiti Jeotermal yeraltı suyu akımı 330 Çizelge 1. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 21-10-2001) Numune No. Parametreler S1 (Hacı Karagöz) S2 (Yusuf Aktaş) S3 (Vakkas Koçuk) S4 (Selahattin Bayhan) S5 (Mehmet Akbulut) S6 (Abdullah Yurtsever) S7 (Molla Abay) Sıcaklık, o C 39,1 39,2 33,5 42,4 14,8 28 39,5 PH 6,4 7,1 6,3 6,4 6,5 6,6 6,3 EC, µmho/cm (yerinde) 4510 4500 4460 4370 2420 4560 4230 EC, µmho/cm (laboratuvarda) 4960 4980 5020 4830 2610 4810 4440 TÇM, mg/l 3174 3187 3213 3091 1670 3078 2842 CO 3 “ 0 0 0 0 0 0 0 HCO 3 “ 631,3 475,8 603,9 558,1 311,1 558,1 472,7 Cl “ 546,7 560,9 543,1 511,2 257,4 518,3 461,5 SO 4 “ 1699 1763 1665,3 1718,4 855,5 1710,6 1543,7 Na “ 310 288,2 309,6 161,2 123 306,4 286,8 K “ 21,8 22,6 21,2 21,7 16,0 21,1 20,0 Ca “ 665 639 630 693 300 652 545 Mg “ 169 190,3 176,3 210,9 112,5 156,9 155,0 B “ 1,55 1,27 1,24 1,28 <1,00 1,16 1,13 Br <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 14,55 <0,2 <0,2 SiO 2 “ 32,6 25,4 25,0 25,4 25,8 19,5 26,6 Fe “ 0,12 0,26 0,29 0,27 0,07 0,27 0,23 As “ <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 F “ 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Toplam sertlik (CaCO 3 ) “ 2357,5 2380 2300 2600 1212,5 2275 2000 Toplam Alkalinite (CaCO 3 ) “ 517,5 390,0 495,0 457,5 255,0 457,5 387,5 Kuyu derinliği Bilinmiyor 76 70 127 200 Bilinmiyor 135-140 331 Çizelge 2. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 03-08-2002) Numune No. Parametreler S2 (Yusuf Akta ş) S3 (Vakkas Koçuk) S4 (Selahattin Bayhan) S6 (Abdullah Yurtsever) S8 (Gölyayla kuyusu) mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l HCO 3 - 317,2 567,3 530,7 677,1 515,4 Cl - 244,9 582,2 489,9 489,9 78,1 SO 4 2- 430,0 1292,0 1248,0 1280,0 140,0 Na + 138,0 229,2 206,8 205,6 40,0 K + 14,8 24,9 23,2 24,2 8,8 Ca 2+ 210,0 620,0 640,0 658,0 104,0 Mg + 51,1 133,8 85,1 110,6 76,6 Yeraltı Sularının Hidrokimyasal Özellikleri İnceleme alanında yer alan, derinlikleri en fazla 200 m (Mehmet Akbulut kuyusu) olan sondaj kuyularından 8 tanesi incelenmek üzere seçilmi ş olup, incelemeler kuyu ba şında ve laboratuvarlarda yapılmı ştır. En fazla 43 o C sıcaklı ğa sahip bu sular kalsiyum ve sülfat açısından zengindir. Elektriksel iletkenlikleri 2400-4500 µmho/cm arasında, toplam çözünmü ş katı madde miktarı 1600- 3250 mg/l arasında de ği şmektedir. Toplam CaCO 3 sertlikleri en fazla 2600 mg/l dir (Çizelge 1). Schoeller diyagramına göre, sıcak yeraltı suları katyonlar bakımından rCa> rMg> r(Na+K), anyonlar bakımından rSO 4 >rCl>rHCO 3 şeklinde bir dizilime sahiptir. Mg ve Na+K miktarları birbirine yakın de ğerlerdedir ( Şekil 3). Soğuk yeraltı suyu örne ği (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 di ğ., 1976) incelenmi ştir (Çizelge 3). Bu sular anhidrit ve jipse doygun de ğil, kalsit, dolomit ve kuvars bakımından doyma sınırındadır. Hiç bir su a şırı doygun de ğildir. Yeraltı sularının bölgede geçirimsiz birimler içersinde yer alan jipslere doygun olmaması, su ile kayaç arasındaki temas süresinin ve temas alanının azlı ğından kaynaklanmaktadır. 1 10 100 mek/l rCa rMg r(Na+K) rCl rSO4 rHCO3 AÇIKLAMA (03.08.2002) (21.10.2001) S1 S2 S3 S4 S7 S5 S6 S3 S4 S6 S8 S2 Şekil 3. Yeraltısularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı 332 Çizelge 3. Sıcak yeraltı sularının minerallere doygunlu ğu Numune No. S1 H. Karagöz S2 Y. Akta ş S3 V.Koçuk S4 S.Bayhan S5 M.Akbulut S6 A.Yurtsever S7 M.Abay Anhidrit -0,162 -0,163 -0,226 -0,125 -0,772 -0,239 -0,238 Jips -0,072 -0,074 -0,091 -0,060 -0,436 -0,053 -0,152 Kalsit 0,229 0,854 0,093 0,307 -0,434 0,301 0,020 Dolomit 0,481 1,659 0,080 0,585 -1,055 0,389 -0,030 Kuvars 0,544 0,432 0,508 0,389 0,556 0,481 0,448 Yeraltı Sularının İzotopik Özellikleri Sıcak yeraltı sularının izotopik özelliklerini ara ştırabilmek için iki dönem yapılan izotop analizlerinden yararlanılmı ştır. İzotoplardan oksijen-18, döteryum ve trityum ara ştırılmı ş olup, örnekleme zamanları olarak su kuyularının ölçüm için uygun oldu ğu zamanlar seçilmi ştir. Oksijen- 18 ve döteryum izotop verilerine göre yeraltı suları dünya meteorik su do ğrusunun (Craig, 1962) altında yer almaktadır ( Şekil 4). Bu sular benzer özellikler göstermekte olup, meteorik kökenli oldukları belirlenmi ştir. Sı ğ, so ğuk yeraltı suyunun da aynı grup içinde yer alması bu görü şü kuvvetlendirmi ştir. S2 numunesinde (3.8.2002 tarihli) buharla şma etkisinin görülmesi, numune alma şartlarından kaynaklanmı ştır. Sularda, oksijen-18 de ğerleri; –10,57 ile –11,18 (‰ SMOW) arasında de ğişirken, döteryum değerleri; –76,86 ile –83,90 (‰ SMOW) arasındadır. Bu suların trityum içeri ği; 0,00-5,95 Trityum Birimi (T.U.) arasında de ği şmektedir (Çizelge 4). -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -12 -11 -10 -9 -8 Oksijen-18 (binde) Döteryum (binde) SB1 HK VK1 MA MAK YA1 AY1 GY2 YA2 VK2 SB2 AY2 21.10.2001 3.8.2002 Dünya Meteorik su doğrusu Şekil 4. Oksijen-18/döteryum grafi ği 333 334 Çizelge 4. İnceleme alanındaki yeraltı sularının izotopik de ğerleri Num. No. Adı Örnekleme tarihi Oksijen-18 (‰) Döteryum (‰) Trityum (T.U.) S4 S.Bayhan 21-10-2001 -10,81 -76,86 0,95±2,00 S1 H.Karagöz “ -11,09 -83,90 5,95±2,20 S3 V. Koçuk “ -11,18 -81,71 0,75±2,00 S7 M. Abay “ -10,99 -80,85 3,60±2,20 S5 M. Akbulut “ -11,01 -82,62 2,00±1,70 S2 Y. Akta ş “ -10,57 -81,75 Ölçülmedi S6 A. Yurtsever “ -10,78 -80,68 Ölçülmedi S2 Y. Akta ş 03.08.2002 -9,09 -73,52 4,20±1,75 S3 V. Koçuk “ -10,99 -76,53 0,00±1,70 S4 S. Bayhan “ -10,88 -80,11 0,00±1,65 S6 A. Yurtsever “ -10,93 -80,62 0,00±1,65 S8 Gölyayla kuy. “ -10,49 -77,38 0,75±1,80 SONUÇLAR İnceleme alanındaki kireçta şı ve çakılta şlarının sıcak ve mineralli sular içeren akifer birimleri olduğu, bu birimlerin altında yer alan ofiyolitik melanj ve üzerindeki kil ve marnların geçirimsiz seviyeleri olu şturdu ğu belirlenmi ştir. Sıcak ve mineralli sularda katyonlardan Ca +2 , anyonlardan SO 4 -2 baskın iyonlardır. Soğuk yeraltı suları ise Mg + , Ca +2 ve HCO 3 - bakımından zengindir. Yeraltı suları kalsit, dolomit ve kuvarsa doygun, anhidrit ve jips minerallerine doygun de ğildir. Bölgedeki jeotermal sular izotopik bile şimleri açısından de ğerlendirildi ğinde, meteorik kökenli oldukları ve yakla şık olarak benzer dolaşım sürelerine sahip oldukları görülmü ştür. Bu suların ısınma mekanizmasını jeotermal gradyan ve andezitik volkanizmanın oluşturabilece ği anla şılmı ştır. 335 KATKI BEL İRTME Bu çalı şma, YDABÇAG-101Y026 nolu Tübitak projesi tarafından desteklenmi ştir. Arazi çalı şmaları sırasında yardımlarını esirgemeyen, Yapalı köyünden (Cihanbeyli-Konya) Sayın Yusuf Polat’ a te şekürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR Canik, B., 1988. Bozdağ-Yapalı Toprakkale dolayındaki (Cihanbeyli) sıcak ve mineralli sular ve olu şukları. Ulusal 1. Hidrojeoloji Simpozyumu, (Ed: Prof. Dr. Baki CAN İK), 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.