Yıldız ırmağı havzasının (Sivas) hidrojeoloji incelemesi
Hydrogeological investigation of the Yildiz river basin (Sivas)
Yazar: TÜLAY EKEMEN
Danışman: PROF. DR. FİKRET KAÇAROĞLU
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışma, Yıldız Irmağı havzasındaki (Sivas) sıcak suların, soğuk sukaynaklarının ve akarsuların hidrolojik, hidrojeolojik, hidrojeokimyasal veizotopik özelliklerinin, kökenlerinin, birbirleriyle ilişkilerinin, yıllık supotansiyellerinin ve içme, kullanma ve sulama suyu olarak kullanılabilmeolanaklarının incelenmesi ve değerlendirilmesi amacıyla yapılmıştır.Sivas ilinin kuzeybatısında bulunan inceleme alanının temelini kuzeydengüneye doğru bir düzen içinde Üst Kretase-Paleosen öncesi yaşta olan Tokatgrubu, Tekelidağ Karışığı ve Akdağmadeni Litodemi oluşturmaktadır. ÜstKretase-Paleosen yaşlı Boztepe formasyonu tüm tektonik birliklerin üzerineuyumsuz olarak gelmektedir. Akdağmadeni Litodemi ve Tekelidağ KarışığıMaestrihtiyen-Paleosen yaşlı Darmik Volkanitleri ve Pazarcık Volkanitleritarafından kesilmektedir. Eosen yaşlı Boğazköy formasyonu, Kılıçlı Olistostromu,Tozanlı grubu ve Tokuş formasyonu ise Eosen öncesi yaştaki birimler üzerineaçılı uyumsuzlukla gelmektedir. Eosen yaşlı bu birimler ise Orta-Üst Eosen yaşlıKaletepe Volkanitleri ve Yukarıçakmak Subvolkanitleri tarafından kesilmektedir.Üst Eosen yaşlı Pamukpınar Tüfü Eosen yaşlı birimlerin üst düzeylerinde uyumluolarak yer almaktadır. Oligosen yaşlı Sarıtepe Jipsleri Eosen yaşlı kırıntılıbirimlerin devamı olarak sabka ortamında oluşmuştur. Miyosen yaşlı Kargınformasyonu ile Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı İncesu formasyonu daha eski tümbirimlerin üzerinde açılı uyumsuzlukla yer almaktadırlar. İncesu formasyonuüzerine ise Pliyo-Kuvaterner oluşukları ve Kuvaterner yaşlı traverten vealüvyonlar uyumsuz olarak gelmektedir.İnceleme alanının yıllık ortalama yağışı 492 mm olarak hesaplanmıştır.Yıldız Irmağı üzerinde bulunan 11 adet akım gözlem istasyonunun ortalama yıllıkakımları 0.13-11.19 m3/s arasında değişmektedir.Drenaj alanı 1430 km2 olan alanın jeolojisine ait bilgiler ve hidrojeolojisiile ilgili gözlem ve ölçümler kullanılarak inceleme alanının hidrojeoloji haritasıhazırlanmış ve yöredeki sıcak sular, soğuk su kaynakları ve akarsularda gözlem,ölçüm ve su örneklemesi yapılmış ve alanda yer alan birimlerin su taşıma (akifer)özellikleri ortaya konulmuştur.İnceleme alanındaki sıcak suların debileri 0.25-100 l/s arasındadeğişmektedir. Sıcak suların rezervuar kayacı Akdağmadeni Litodemine aitmermerlerdir. Örtü kayaçları Sıcak Çermik ve Uyuz Çermiği'nde İncesuformasyonu'na ait kiltaşı-silttaşı-kumtaşı-çakıltaşı ardalanması, Hamzaşeyh'te iseTokuş formasyonu'nun Banaz üyesi'ne ait kumtaşı-kiltaşı-şeyl ardalanmasıdır.Sıcak sular, çoğunlukla Yıldız Dağı ve mermerlerden oluşan yüksek alanlardanbeslenen, yeraltında uzun dolanım süresine sahip, jeotermal gradyanla ısınan,benzer kimyasal bileşime sahip ve traverten oluşturan sulardır. Sıcak suların Na-K-Ca jeotermometresiyle hesaplanan olasılı rezervuar sıcaklıkları 49-81 oCarasında değişmektedir.İnceleme alanındaki kaynakların debileri 0.25-267 l/s arasındadeğişmektedir. Büyük debili kaynakların çoğunluğu (Gaziköy kaynakları,Kaynarca kaynakları, Tepecik çermiği) çoğunlukla mermerlerden beslenmekte vetravertenlerden boşalmaktadır. Gaziköy ve Kaynarca kaynaklarının boşalımıfaylarla ilişkilidir. Bu kaynaklar yarı modern beslenime sahiptir. AyrıcaYıldızdağı Gabrosu'nda da büyük debili kaynaklar yer almaktadır (Kurşunlukaynağı, Karapınar kaynağı). Bu kaynaklar, dolanım süreleri kısa olan (>5-10 yıl)sulardır. İnceleme alanındaki tüm sular meteorik kökenlidir.Yukarı Yıldız Irmağı havzasının yüzeysel akımı 222.6x106 m3/yıl,yeraltısuyu boşalımı 145.4x106 m3/yıl, buharlaşma-terleme miktarı 144.7x106m3/yıl olarak hesaplanmıştır. Yukarı Yıldız Irmağı havzasına düşen yağış ise512.7x106 m3/yıl'dır. Yukarı Yıldız Irmağı havzası için yağıştan süzülme % 28olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar göz önüne alınarak Yıldız Irmağı havzasınınyüzeysel akımı 308x106 m3/yıl, yeraltısuyu boşalımı 197x106 m3/yıl, buharlaşmaterlememiktarı 198.6x106 m3/yıl olarak hesaplanmıştır. Yıldız Irmağı havzasınadüşen yağış ise 703.6x106 m3/yıl'dır.Genel olarak inceleme alanındaki mermer, kireçtaşı, gabro, traverten,çakıltaşı-kumtaşı seviyeleri ve alüvyonlar inceleme alanınında geçirimli (akifer)birimleri oluşturmaktadır. Şist, gnays, kuvarsit, granitoid, radyolarit ve serpantinit,düzeyleri ise geçirimsiz birimlerdir.İnceleme alanındaki sıcak suların elektriksel iletkenlik (EC) değerleri1870-3590 ?S/cm arasında, sertlikleri 47-132 Fransız Sertlik Derecesi (oF)arasında değişmektedir. Soğuk su kaynaklarının EC değerleri 69-1505 ?S/cm vesertlikleri ise 3.0-81.3 oF arasında değişmektedir. Akarsuların EC değerleri 208-765 ?S/cm arasında, sertlikleri ise 8.8-33.0 oF arasında değişmektedir. Sıcak sularçoğunlukla Ca-Na-Mg-HCO3-Cl'lü tipte, kaynaklar ise Ca-HCO3'lı tipte sulardır.Sıcak sular çok az radyoaktif sular sınıfına girmektedir. Kaynakların birkaçıantimon, arsenik, civa, demir, kadminyum ve mangan elementleri açısından Türkİçme Suyu Standartlarında (TSE-266-2005) izin verilebilecek maksimummiktarları aşmaktadır. Akarsuların çoğunluğu sulama suyu açısından ABDTuzluluk Laboratuarı Diyagramında ?orta tuzlu-düşük sodyumlu? (C2-S1)sınıfında yer almaktadır.İnceleme alanındaki sıcak sular çoğunlukla aragonit, kalsit ve dolomitminerallerine aşırı doygun, karbonatlı kayaçlardan boşalan ve büyük debili olankaynaklar ise çoğunlukla kalsit mineraline aşırı doygundurlar. Yıldız Dağı'ndanboşalan kaynaklar ise hiçbir minerale doygun değildir.Anahtar Kelimeler: Yıldız Irmağı havzası, hidrojeoloji, izotop, sukimyası, su kalitesi

Abstract:
This study aims to determine the hydrological, hydrogeological,hydrochemical and isotopic properties, origins, relations to each other, annualwater potential and availability for domestic use/drinking purposes, municipal andirrigation purposes of the geothermal waters, springs and streams in the YıldızRiver basin.The basement rocks of the study area which is situated in northwest ofSivas, consist of from the north to the sounth Pre Upper Cretaceous-PaleoceneTokat group, Tekelidağ Melange and Akdağmadeni Lithodeme. UpperCretaceous-Paleocene Boztepe formation unconformably overlies all abovementioned tectonic units. Akdağmadeni Lithodeme and Tekelidağ Melange arecut by Meastrichtian-Paleocene Darmik Volcanics and Pazarcık Volcanics.Eocene Boğazköy formation, Kılıçlı Olistostrome, Tozanlı group and Tokuşformation overlie pre Eocene units. These Eocene units are cut by Middle-UpperEocene Kaletepe Volcanics and Yukarıçakmak Subvolcanics. Upper EocenePamukpınar Tuff is situated on the upper part of the Eocene units. OligoceneSarıtepe Gypsum is formed in the sabhka environment after the sedimentation ofthe Eocene granular units. Miocene Kargın formation and Upper Miocene-Pliocene İncesu formation overlie unconformably all old units. İncesu formationis unconformably overlain by Plio-Quaternary deposits and Quaternary travertineand alluvium.The mean annual precipitation of the study area is calculated as 492 mm.The mean annual runoff of the 11 flow gauging stations in study area rangesbetween 0.13-11.19 m3/s.1/100.000 scaled hydrogeological map of the study area is prepared usinggeological data and hydrogeological observations and measurements. Fieldobservations, measurements and water sampling are carried out on geothermalwaters, springs and streams in the study area. Water bearing (aquifer)characteristics of the formations are determined.Discharges of the geothermal waters in the study area range between 0.25and 100 l/sec. Reservoir rock of geothermal waters are marble of theAkdağmadeni Lithodeme. The cap rock is claystone-siltstone-sandstone layers ofthe İncesu formation in the Sıcak Çermik and Uyuz Çermik areas, and in theHamzaşeyh area it is Banaz member of the Tokuş formation which consists ofsandstone, claystone and shale layers. Geothermal waters in study area arerecharged from Yıldız Mountain and highlands consisting of marble and has longmean travel time, and heat source is generally geothermal gradient. Thesegeothermal waters have similar chemical composition and precipitate travertine.Probable reservoir temperature of geothermal waters calculated with Na-K-Cageothermometer range between 49-81 oC.Discharges of the springs in the investigation area range between 0.25-267l/s. Most of the large springs (Gaziköy Springs, Kaynarca Springs, Tepecik Spa)discharge from travertine. The discharges the Gaziköy and Kaynarca springs arein relation to the faults. These springs has submodern recharge. Furthermore thereare some large springs (Kurşunlu Springs, Karapınar Springs) discharging fromYıldız Mountain Gabbro. Travel time of these springs are fairly short and are >5-10 years. All water in study area have meteoric origin.Water budget calculation is carried out for Upper Yıldız River basin(upstream of the Zengi flow gauging station) and Yıldız River basin. The surfaceflow, base flow, and evapotranspiration of the Upper Yıldız River basin are222.6x106 m3/year, 145.4x106 m3/year, and 144.7x106 m3/year respectively. Theprecipitation falling onto the basin is 512.7x106 m3/year. The infiltrationpercentage for Upper Yıldız River basin is calculated as 28 %. Using this value(percantage), the surface flow, base flow, and evapotranspiration of the YıldızRiver basin are calculated as 308x106 m3/year, 197x106 m3/year, and 198.6x106m3/year, respectively. The precipitation falling onto the Yıldız River basin is703.6x106 m3/year.The marble, limestone, gabbro, travertine, conglomerate, sandstone andalluvium constitude pervious (aquifer) units in the study area. The schist, gneiss,quartzite, granitoide, radiolarite and serpantinite are impervious units.The electrical conductivity (EC) and hardness values of the geothermalwaters in the study area range between 1870-3590 ?S/cm, and 47-132 FrenchHardness Degree (oF), respectively. The range of the EC for the springs are 69-1505 ?S/cm and hardness 3-81.3 oF. EC and hardness of the river waters rangebetween 208-765 ?S/cm, and 8.8-33.0 oF, respectively. The geothermal waters aregenerally of Ca-Na-Mg-HCO3-Cl type. Spring waters are Ca-HCO3 type.Geothermal waters are in low radioactive water category. In regard of antimony,arsenic, mercury, iron, cadmium, manganese elements some spring waters exceedthe upper limit values of Turkish Drinking Water Standarts. In regard of irrigationwater quality, the river waters plot in ?medium saline-low sodium (C2-S1)? classin U.S. Salinity Laboratory Diagram.Geothermal waters in the study area are generally oversaturated toaragonite, calcite, and dolomite minerals. Large springs discharging fromcarbonate rocks are generally oversaturated with respect to calcite. Springs thatdischarge from Yıldız Mountain are unsaturated to all minerals.Key Words: Yıldız River basin, hydrogeology, isotope, water chemistry,water quality.