Yukarı Ermenek Havzası karst hidrojeolojisi incelemesi /
Yazar: CAHİT YEŞERTENER
Danışman: PROF. DR. ALPARSLAN ARIKAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1995
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Hidrojeoloji = Hydrogeology ; Karst kaynağı = Karst spring ; Yukarı Ermenek havzası = Upper Ermenek basin

Özet:
Yukarı Ermenek Havzası'nın karst hidrojeolojisi incelemesini amaçlayan bu çalışmada, 2050 km2'Iik alan kaplayan havzada karstlaşmanın durumu, hidrojeolojik yapıya olan etkileri, yûzey-yeraltısuyu etkileşimleri incelenerek, hidrolojik bütçe hesaplamaları yapılmış, hidrojeoloji birimleri ayırtlanmış ve havzanın 1/100000, planlanan baraj yerinin 1/10000 ve rezervuar alanında karbonat çıkmaları olan kesimlerin 1/25000 ölçekli hidrojeoloji haritaları hazırlanmıştır. Toros orojenik dağ kuşağının Orta Toroslar kesiminde yer alan Ermenek Çayı Havzası, bugünkü yapısını, Geç Alpin evresinde kazanmıştır. Toros dağ kuşağım oluşturan ve paleocoğrafik evrimleri birbirinden kısmen farklı yapısal birlikler, kuşak boyunca yüzlerce kilometre devamlılık gösterirler. İnceleme alanında bu yapısal birliklerden; Geyik Dağı Birliği, Antalya Birliği, Alanya Birliği, Aladağ Birliği ve Bozkır Birliği yaydım göstermektedir. Yatay ve yataya yakın yapısal hareketler sonucunda havzaya yerleşen bu yapısal birlikler daha sonra, Post Orojenik Litostratigrafi birimleri ile uyumsuz olarak örtülmüştür. İnceleme alanında, Geyik Dağı birliğine ait Kretase- Paleosen yaşlı karbonatlı kayaçlar, Alanya birliğine ait rekristalize kireçtaşlan, Belbağ formasyonu, Aladağ birliğine ait Dumlugöze formasyonu, Çakozdağ formasyonu, Bozkır Birliğine ait Ofiyolitli karmaşığın mega kireçtaşı bokları ve Post-orojenik birimlerden Mut formasyonu, ve alüvyon örtü, hidrojeolojik olarak geçirimli kabul edilmiştir. Aladağ Birliğine ait Göktepe formasyonu, Göksu formasyonu ve Derebucak formasyonu yan geçirimlidir. Bunun dışındaki, Antalya birliğinin Muzvadi karmaşığı, Alanya birliğinin Şistleri, Bozkır Birliğinin ofiyolitli kayaçlardan oluşan hamuru ve Post Orojenik Yenimahalle formasyonu hidrojeolojik olarak geçirimsiz kabul edilmiştir. İnceleme alanındaki Çakozdağ ve Mut formasyonlarının su taşıma potansiyelleri yüksek ve ileri derecede karstlaşmıştır. Sırasıyla Karstik Alt (KA) ve Karstik Üst (KÜ) birim olarak adlandırılan bu birimlerden KÜ birim, genelde havzanın yüksek kesimlerinde yer almaktadır ve KA sisteme su sağlamaktadır. Yüzey karst şekilleri, KÜ biriminde ileri derecede gelişmiştir. Yıllık yağış, havzanın batısından doğusuna doğru 1400 mm'den 600 mm'ye kadar azalmaktadır. Alansal yağış eş yağış eğrileri yöntemiyle hesaplanmış ve 980 mm/yıl olarak bulunmuştur. Havza genelinde yağış oranının Ocak aymda pik değer verdiği görülürken, akım oranı ise Nisan aymda pik değere ulaşmaktadır. Bu farklılığın birinci nedeni, havzadaki kar erimeleri, ikinci nedeni ise, havzada yer alan büyük karst kaynaklarından Ermenek cayma büyük oranda katkı olmasından ve bu kaynakların maksimum akımlarının Nisan aymda gözlenmesindendir. Ermenek çayında, drenaj alam- özgül akım(q) ilişkisi, iki noktada akarsuya karst kaynaklarının katkısını göstermektedir. Ermenek çayının akış yukarısında drenaj alanı 1000-1500 km" arasında kalan kesimde, akarsuya Kapız ve Nadire karst kaynaklan, akış aşağıda ise, 2300-2500 km ' lik drenaj alanı arasında kalan kesimden Zeyve karst kaynağı katılmaktadır. Ermenek çayının çekilme katsayısı (a), 2.25*10" gün"1 düzeyindedir. Bu değer, baz akımı oluşturan karst yeraltısuyunun, genelde kırık çatlak sistemleri boyunca hareket ettiğini göstermektedir. Boya seyreltme ve 018 içeriği kullanılarak kurak dönemde yapılanakım ölçümleri sonucunda, baraj rezervuar alanında, karst yeraltısuyunun akarsuya, 5.3 m /s'lik bir katkısı olduğu, baraj aks yerinde yapılan ölçümlerde ise, akarsudan yeraltısuyuna 1.6 m3/s'lik bir beslenmenin olduğunu hesaplanmıştır. Su bütçesi hesaplamalarında gerçek buharlaşma-terleme (ETg) değeri olarak, klorür derişimi yaklaşımıyla bulunan alansal ETg kullanılmıştır. Bu yaklaşımla bulunan ETg değeri, inceleme alanındaki yağışın %36'ına karşılık gelmektedir. Yukarı Ermenek çayı havzasında hidrolojik bütçe yaklaşık olarak dengededir. Havzanın, yan havzalarla önemli oranda yeraltısuyu etkileşimi yoktur. İnceleme alanında yeraltısuyu dolaşım sistemlerinden serbest dolaşım (free flow), basınçlı dolaşma (confined flow) ve yaygın dolaşım (diffuse flow) gözlenmektedir. Serbest dolaşıma, Maraspoli, Zeyve, Kapız ve Sugözü kaynaklan; basınçlı dolaşıma, Nadire karst kaynağı ve yaygın dolaşıma, baraj yerinde yer alan ofiyolitli karmaşığın Jkn birimi içindeki yeraltısuyu dolaşımı örnek olarak verilebilir. İnceleme alanında çözünmüş mineraller bakımından üç tip su ayırtlanmıştır: (1) CaC03'lı sular; Başlıca kireçtaşlan ve dolomitik kireçtaşlanndan çıkmaktadır, (2) Dolomitik sular; Bu sular, kalsit bakımından doygundur, (3) Serpantinit etkisi olan sular : 2. Grup sulara göre daha düşük EC değerine sahiptir ve Mg-(Ca-S04) değeri yüksektir. Bu gruba giren sular kalsite doygun hale gelmezler. îzotopik içerikleri bakımından incelenen tüm sular, Doğu Akdeniz Doğrusu (DAD) ile Antalya Yağışları Doğrusu(AMD) arasında yer almaktadır. Genel bir yaklaşımla, inceleme alanında oksijen- 18 içeriği, her lOOm'lik yükseltide 0.13 %o'lik (SMOW- Vienna) bir azalma göstermektedir. Karst sularının izotopik büeşiminde buharlaşma, hidrotermal etkileşim ve diğer kökenli sapmalar gözlenmez. Karst sularının trityum içerikleri, bu kaynaklardan boşalan yeraltısularının bir kaç yıllık geçiş sürelerine sahip oldukları ve/veya yıllık yağışlardan büyük oranda etkilendikleri anlaşılmaktadır. Ermenek baraj yerinde açılan kuyuların Lugeon değerleri genel olarak incelendiğinde baraj yerinde karstlaşma tabam 500 m olarak alınabilir. Ancak SK- 316 ve 314 nolu sondaj kuyuları çevresinde karstlaşma tabam 350m'ye kadar inmektedir. Baraj yerinde geçirimsizlik perdesi 350 m'ye indirildiği takdirde önemli su kayıplarının olmayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
The karst hydrogeology of the Upper Ermenek Basin whose surface area is about 2050 km2 is investigated within the framework of this study. The investigation comprised mainly the study of the characteristics of karstification in the basin and the role of the karstic features on the regional hydrodynamic structure. This required, primarily differentiation of the hydrogeological units, hydrogeological mapping of the whole basin on 1/100 000 scale basis, detail mapping of the planned dam site in 1/ 10000 scale and the 1/25 000 scale mapping of the carbonate rock outcrops existing in the reservoir area. Hydrological budget calculations were made to examine the surface water-groundwater interactions. The Ermenek River Basin which is located in the Central section of the Taurus Oogenic Belt has gained its present structure during the Late Alpine Phase. The tectonic units constituting the Taurus Mountain Belt exhibit some differences among each other in terms of paleogeographical evolution and have lateral extension in the order of hundreds of kilometers. Of these tectonic units, the Geyik Dağı Unit, Antalya Unit, Alanya Unit, Aladağ Unit and the Bozkır Unit crop out in the area under investigation. These units which are emplaced in the basin by some lateral and sublateral tectonic movements, are later covered unconformably by the post-orogenic lithostratigraphical units. The Paleocene carbonate rocks of the Geyikdağı Unit, recrystallized limestones of the Alanya Unit, Belbağ Formation, Dumlugöze Formation of the Aladağ Unit, Çakozdağ Formation, limestone blocks of Ophiolitic Melange and the Mut Formation of the Post-orogenic units and the alluvium cover are considered as hydrogeologically pervious units. The Göktepe Formation, Göksu Formation and the Derebucak Formation of the Aladağ Unit form the semi-pervious units. The impervious units, on the other hand, are the Muzvadi complex of the Antalya Unit, schists of the Alanya Unit, matrix of the Ophiolitic Melange and the Post-Orogenic Yenimahalle formation. The Çakozdağ formation and the Mut Formation have significant potential of groundwater storage and are highly karstified. These formations are named as Karstic Lower Unit (KL) and Karstic Upper Unit (KU) respectively. The karstic upper unit is placed in general at higher elevations in the basin and supply water to the karstic lower unit. Surficial karstic features are more common in the karstic upper unit. The annual precipitation decreases westward in the basin, from 1400 mm to 600 mm. The areal precipitation is calculated as 980 mm/year by isohyetal method. The peak discharge in the river is recorded in April whereas the maximum precipitation occurs in January. This time lag is mainly due to primarily the snow-melt effect, and secondly, the contribution of the large karst springs whose peak discharge is observed in April. Analyses of drainage basin-specific discharge relations along the Ermenek river have suggested this contribution in two different locations. In the upstream section that extends between 1000 and 1500 km of the drainage area, the Kapiz and Nadire karst springs contribute to the river, while, the Zevye karst spring issues at the downstream section extending between 2300 and 2500 km of the drainage area. The recession coefficient of the Ermenek river (a) is calculated as 2.25* 10"2 day"1. This figure reveals that the groundwater that provides the base flow in the river moves generally within the fracture and fissure systems. Based onVII the dye-dilution tests and calculations made using the 018 content of the water during the dry period, the groundwater contribution to the river in the reservoir area is found to be about 5.3 m3/s while there exist loss of water of about 1.6 m /s from the river to the groundwater system at the dam site. The actual evapotranspiration (ETa) that is used in the hydrological budget computations is calculated using the chloride concentration approach. The ETa value that is found in this way corresponds to 36 % of tile precipitation. The hydrologic budget of the Upper Ermenek Basin is approximately balanced. There does not exist significant hydrological interaction with the adjacent basins. Three types of flow, free flow, confined flow and diffuse flow occur in the basin. The Maraspoli, Zevye, Kapiz and Sugözü flow systems are of free flow character, the Nadire flow system is of confined flow character, whereas Jkn groundwater flow exhibits a diffuse flow condition. Three types of water have been distinguished, regarding dissolved solid content; 1) CaC03 type of water, from limestones and dolomitic limestones, 2) dolomitic waters, which are super saturated with respect to calcite, and 3) waters under serpentine effect, which have less electrical conductivity compared to type 2, and higher Mg-(Ca-S04) content. This type of waters are not saturated with respect to calcite. All examined waters, with regard to their isotopic content, fall between the Eastern Mediterranean Line (EML) and the Global Meteoric Line (GML). Generally speaking, the Oxygen- 18 content decreases about 0.013 %o (SMOW- Vienna) for every 100 m of elevation. The isotopic content of the karst waters does not indicate any evidence of evaporation, hydrothermal exchange, or mixing with waters of different origin. Tritium content of the karst waters, meanwhile, suggests a travel time in an order of a few years and/or affected to a great extent from the annual precipitation very rapidly. Based on a general evaluation of the lugeon tests carried out in the boreholes drilled at the dam site, the karstification base can be considered as 500 m. a.s.l. However, in and around the boreholes SK-316 and SK-314, karstification is encountered at lower elevations such as 350 m. a.s.1. Therefore, no significant leakage problem is expected if the grouting curtain is extended down to 350 m. a.s.1.