Yukarı Sakarya havzasında yeraltı suyu yaş dağılımının çevresel izleyiciler ile incelenmesi
Investigation of groundwater residence time distribution in the Upper Sakarya basin by means of environmental tracers
Yazar: İSMAİL NOYAN GÜNER
Danışman: PROF. DR. C. SERDAR BAYARI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada 15,366 km2'lik drenaj alanına sahip olan Yukarı Sakarya Havzası'nda yeraltısuyu yaş dağılımının belirlenmesi amaçlanmıştır. Havzada ortalama yıllık akarsu boşalımı 21.1 m3/s (43.3 mm/yıl), ortalama sıcaklık 10.8 oC, alansal ortamala yağış 396 mm/yıl, alansal ortalama buharlaşma-terleme kaybı Turc ve Coutagne yöntemlerine göre sırasıyla 348 mm/yıl ve 328 mm/yıl olarak belirlenmiştir. Havzanın basit hidrolojik bütçesi değişkenlerin hata sınırları içinde dengede görünmektedir.Çalışma alanındaki en yüksek verimliliğe sahip akiferler Gökçeyayla, Akpınar ve Seydiler Formasyonlarında yer almaktadır. Karstik kaynakların ortalama çekilme katsayısı değeri 5.4*10-3 gün-1 (+/- 6.6*10-3 gün-1, 1 sigma), en küçük ve en büyük çekilme katsayısı değerleri ise sırasıyla, 1.2*10-3 gün-1 ve 3.2*10-2 gün-1 düzeyindedir. En ileri karstlaşma Ilıcabaşı ve Gökpınar kaynaklarında gözlenmektedir.Duraylı izotop içeriklerine göre incelenen yeraltısuyularının önemli bir bölümü Küresel Meteorik Doğrusu'na uyum göstermektedirler. Havzanın güneyindeki dağlık kesime ait örnekler ise döteryum fazlası değeri +16 ? VSMOW Antalya Meteorik Su Doğrusu üzerinde yer almaktadır. Sınırlı sayıdaki bazı yeraltısuyu örneğinin buharlaşma doğrusu (?2H = 4.2 * ?18O - 27.5) üzerinde yer aldıkları izlenmektedir. Çalışma alanı için ?18O-yükselik değişimi 0.36? VSMOW/100 m olup, yeraltısuyu örneklerinin ortalama alanı yükseltileri 1250 m ile 1500 m kotları arasıdadır. Bu yükselti aralığında ağırlıklı olarak Triyas-Kretase yaşlı karstik Gökçeyayla Formasyonu yüzeylenmektedir.Çalışma kapsamında belirlenen 3H ve 14C model yaşları incelenen örneklerinin önemli bir bölümünün genç ve yaşlı suların karışımından oluştuğunu göstermektedir. 3H model yaşları bir kaç yüz yıl dolayında, 14C model yaşları ise 5-10 bin yıl arasında değişen değerlere sahiptir. Yeraltısuyu örneklerinde genç ve yaşlı su bileşenlerinin karışımından dolayı genç su bileşenleri (3H model yaşları) için olduklarından daha yaşlı, yaşlı su bileşenleri (14C model yaşları) için ise olduklarından daha genç model yaşları elde edilmiştir. Genç ve yaşlı su bileşenlerinin örneklerdeki katkı oranları bu uç bileşenlere ait karakteristik sinyallerin (örğ. duraylı izotop içeriği) örtüşmesi nedeniyle belirlenememiştir.3H ve 14C model yaşlarının alansal dağılımı sistematik bir değişim göstermemektedir. Bu durumun, havzanın karmaşık jeolojik-hidrojeolojik yapısından kaynaklandığı düşünülmektedir.NETPATH yazılımı ile gerçekleştirilen jeokimyasal model hesaplamaları sığ dolaşımlı kaynaklarda (genç yeraltısuyu) kalsit, dolomit ve jips çözünmesinin, derin dolaşımlı kaynaklarda ise (yaşlı yeraltısuyu) dolomit ve jips çözünmesine eşlik eden kalsit çökeliminin (dedolomitizasyon) hakim reaksiyonlar olduğunu göstermiştir.Jeokimyasal model hesaplamalarına göre sığ dolaşımlı kaynaklar (genç yeraltısuyu) için ilksel su için karbondioksit gazı ?13C değerinin -15 ? VPDB dolayında olduğu belirlenmiştir. Derin dolaşımlı kaynaklar için (yaşlı yeraltısuyu) bu değer -7 ? VPDB olarak belirlenmiştir. Bu durum, yaşlı suların beslenim döneminde beslenim alanının bitki örtüsü açısından fakir olduğuna işaret etmektedir. Yaşlı suların Holosen öncesinin soğuk iklim koşullarında beslendikleri anlaşılmaktadır.Hidrojeolojik sistem hakkındaki bilgi birikiminin genişletilmesi açısından bu çalışmaya benzer bir araştırmanın gelecekte, alansal olarak daha sık ölçekte, sığ ve derin akiferleri temsil eden kuyulardan elde edilecek örnekler üzerinde tekrarlanması önerilmektedir.

Abstract:
This study aims to investigate the groundwater age distribution in the Upper Sakarya Basin that covers an area of 15,366 km2. The long-term mean values of streamflow discharge, air temperature and precipitation were found to be 21.1 m3/sec (43.3 mm/year), 10.8 oC and 396 mm/year, respectively. The mean evapotranspiartion loss based on Turc and Coutagne methods were determined as 348 mm/year and 328 mm/year. The simple hydrologic budget appears to be in balance within the margin of analytical uncertainty associated with the variables used.The Gökceyayla, Akpinar and Seydiler formations constitute the productive aquifers in the basin. The recession coefficients obtained from the discharge records of karstic springs reveal a mean of 5.4*10-3 day-1 (+/- 6.6*10-3 day-1, 1 sigma) where as the minimum and maximum values are 1.2*10-3 day-1, 3.2*10-2 day-1 respectively. Based on these values, the reservoirs of Ilıcabasi and Gökpinar springs were found to possess relatively more developed karst.Many of the groundwater samples are located around the Global Meteoric Water Line whereas, a few samples from the southern mountainous sector fits the Antalya Meteoric Water Line, characterized by the deuterium excess value of +16 ? VSMOW. Limited number of samples appear to be in line with an evaporation line (?2H = 4.2 * ?18O - 27.5). The ?18O lapse rate is 0.36? VSMOW per 100 m. Based on ?18O contents, the mean recharge area elevation of the majority of samples were found to range between 1250 m and 1500 m. This elevation range is occupied mainly by the Trias-Cretaceous aged Gökceyayla formation characterized by well-developed karst.The 3H and 14C model ages obtained from samples suggest a mixture of young and old groundwater components. The 3H model ages were found to be in the order of several hundred years while the 14C model ages range between 5,000 and 10,000 years. Because of the mixing between old and young components, the 3H model ages appear to be older while, the 14C model ages reveal younger values. The contribution rates of young and old components in samples can not be determined due to overlap of respective characteristic signals such as, stable isotope composition. 3H and 14C model ages do not show a systematic spatial distribution probably because of the complex geologic-hydrogeologic structure of the basin.Geochemical model calculations by the NETPATH code revealed calcite, dolomite and gypsum dissolution as the dominant reactions through the flow path of young groundwater (i.e. shallow circulation). Dolomite dissolution and calcite precipitation as driven by gypsum dissolution (i.e. dedolomitization) were found to be the governing reactions through the flow path of old groundwater possesing deep circulation.Geochemical models suggest an ?13C of -15 ? VPDB for the CO2 in the initial waters of young gorundwater. The ?13C of -7 ? VPDB was obtained for the CO2 in the initial waters of old groundwaters. This reveals a substantial change of the vegetation cover in the recharge area during the yound and old recharge periods. It seems likely that the old groundwaters recharged during the cold periods prior to the Holocene.In view of better characterizing the hydrogeologic system, a similar study should be carried out in the future with spatially more widespread samples to be collected from wells that penetrate solely the shallow and deep aquifers.