Aladağ (Kayseri-Adana) karstik akiferinde yeraltısuyu geçiş zamanı dağılımının incelenmesi

Abstract

IV ALADAĞ (KAYSERİ-ADANA) KARSTİK AKİFERİNDE YERALTISUYU GEÇİŞ ZAMANI DAĞILIMININ İNCELENMESİ N. Nur Özyurt ÖZ Adana-Kayseri-Niğde illeri içinde yaklaşık 1900 km2'lik bir alan kaplayan Aladağ Karstik Akiferi Doğu Toros Kuşağında 400m-3750m kot aralığında uzanmaktadır. Bu çalışma, sistemin beslenim alanından Zamantı nehrine uzanan Kapuzbaşı, Göksu sığ dolaşım kaynakları ile Yerköprü 1, Yerköprü 2 ve Yerköprü 3 derin dolaşım kaynaklarını kapsamaktadır. Akdeniz kökenli yağışlarca beslenen sistemde ortalama toplam yağış girdisi 1113 mm, buharlaşma-terleme kaybı 451 mm, net yağış 879 mm ve net yağışın hacim eşdeğeri 939 106 m3'tür. Ortalama yıllık boşalımlar Yerköprü 3 kaynağı için 449 106 m3, Yerköprü 1-2 kaynakları için 82 106 m3, Göksu kaynağı için 299 106 m3 ve Kapuzbaşı ve Barazama kaynakları için 146 106 m3 olarak belirlenmiştir. Asal gaz (20Ne, 40Ar, ^Kr) ve 1sO izotopları ile beslenim yükseltisinin 1 700-21 OOrn aralığında, beslenim sıcaklığının 2-6°C aralığında değiştiği belirlenmiştir. Sistemde dolaşım derinliği arttıkça radyojenik helyum (He) miktarı artmaktadır. Yıl boyu alınan iki haftalık-aylık örneklerde yeraltısuyunun elektriksel iletkenlik, trityum (3H) ve duraylı izotop içeriklerine göre Kapuzbaşı ve Göksu kaynakları ile Yerköprü 1 ve Yerköprü 2 kaynakları kendi aralarında benzer davranış göstermektedir. Kloroflorokarbon (CFC) derişimleri 1997'den 2002'ye artan kaynakların `CFÇ model yaşlan` sığ ve derin dolaşım bölümleri için 10-20 yıl ve 20-30 yıldır. Kaynakların 3H/3He* -mutlak- yeraltısuyu yaşları 20 +/- 2.5 yıl dolayındadır. Tümsel parametreli model uygulamaları dengesiz akım koşulları için geliştirilen LUMPEDUS yazılımıyla yapılmış, çevresel izleyici olarak 3H, tritiyojenik helyum-3 (3He*), CFC-11, CFC-12, CFC-113, ve 1sO kullanılmıştır. Tüm kaynaklarda `seri bağlı eksponansiyel piston akım` modeli uygulanmış, modeller gözlenen akım serileri ile kalibre edilmiştir. Modellerce kestirilen 3H, 3He* ve 180 serileri gözlemlerle iyi uyum içindedir. Modeller ile belirlenen ortalama geçiş süreleri, 3H/3He* mutlak yaşları ile de uyumludur. Geçiş süresi dağılımına göre boşalımlar ağırlıklı olarak son 20-30 yıllık beslenimden oluşmaktadır ve son 3-4 yıllık beslenimin boşalımdaki ağırlığı %60 dolayındadır. Yerköprü 1-2, Kapuzbaşı, Göksu ve Yerköprü 3 kaynaklarının aktif rezervuar hacimleri 1604 106 m3, 2808 106 m3, 5728 106 m3 ve 8609 106 m3 olarak belirlenmiştir. Kaynakların rezervuar hacimleri ile boşalım kotları arasındaki belirgin doğrusal ilişkiye göre, kottaki her Im'Iik azalmaya karşılık aktif hacim 50 106 m3 artmaktadır. Yerköprü 3 kaynağının bulunduğu 450m kotunda sistemin toplam aktif rezervuar hacmi 18749 106 m3'tür. Aktif rezervuar hacminin üst kotu 836 m olarak hesaplanmıştır. Yeraltısuyu akım hızının 2.09 m/gün ile 5.57 m/gün arasında olduğu sistemde kaynak rezervuarlarının hidrolik iletkenlik değerleri 41.8 m/gün - 212.2 m/gün arasında değişmektedir. KYerltopru3 > KYeAoprul_2 > KGöksu > Kj^p^^j seklindeki sıralanma kaynakların oluşum zamanları ile ilgili görünmektedir. Beslenme alanındaki hidrolik yükün 1500 m olduğu varsayımıyla sistemin efektif porozitesi %0.86 olarak belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: yeraltısuyu, geçiş süresi, tümsel model, dengesiz akım, asal gaz, trityum, tritiyojenik helyum-3, duraylı izotoplar, kloroflorokarbon, karst, Aladağlar Danışman: Prof.Dr. Serdar BAYARI, Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı

INVESTIGATION OF THE GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION IN THE ALADAG (KAYSERİ -ADANA, TURKEY) KARSTIC AQUIFER N. Nur Ozyurt ABSTRACT The Aladağ karstic aquifer of Eastern Taurids Range extends between 400m and 3750m elevations and, covers an area of 1900 km2 within Adana-Kayseri-Niğde provinces. The study covers the Kapuzbaşı, Göksu shallow circulation and Yerköprü 1, Yerköprü 2 and Yerköprü 3 deep circulation springs that extend from recharge area to the Zamanti river. The system is fed by precipitation of Mediterranean origin and total precipitation input, evapo-transpiration, net recharge and its volumetric equivalent are found to be 1113 mm, 451 mm, 879 mm and 939 106 m3. Mean annual discharges of Yerköprü 3, Yerköprü 1 and 2, Göksu and, Kapuzbaşı and Barazama springs are 449 106 m3, 82 106 m3, 299 106 m3 and 146 106 m3. Noble gas (^Ne, ^Ar, ^Kr) and 180 isotopes suggest recharge area elevation and temperature ranges of 1700-21 00m and 2-6°C. The helium (He) content of groundwater increases with increasing circulation depth. Year round biweekly-monthly samples' electrical conductivity, tritium (3H) and 180 content reveal that Kapuzbaşı and Göksu springs and, Yerköprü 1 and Yerköprü 2 springs behave similarly among themselves. The `CFC model ages` of the springs where, chlorofluorocarbon (CFC) contents increased from 1997 to 2002, range between 10 to 20 years and 20 to 30 years in the shallow and deep circulation parts, respectively. The 3H/3He* absolute age of groundwater from springs is around 20 +/- 2.5 years. In the computer code; LUMPEDUS that was developed for unsteady state lumped parameter modeling applications, 3H, tritiogenic helium-3 (3He*), CFC-11, CFC- 12, CFC-11 3, and 1sO were used as environmental tracers. Serially connected plug- exponential flow model applied to all springs. AH models were calibrated for observed outflux and their forecasted 3H, 3He* and 180 time series were found to be in good agreement with the observations. Mean residence times found by models are in agreement with 3H/3He* ages. According to residence time distribution suggested by models, most of the discharges comprise recharges that occurred within last 20 to 30 years. Sixty per cent of discharge comprises recharges of the last 3 to 4 years. The active reservoir volumes of Yerköprü 1-2, Kapuzbaşı, Göksu and Yerköprü 3 springs are found to be 1604 106 m3, 2808 106 m3, 5728 10 m3 ve 8609 106 m3, respectively. According to well established linear relationship between reservoir volumes and discharge elevations, an active volume increases 50 106 m3 by per 1m decrease in elevation. Cumulative active reservoir volume is found to be 18749 106 m3 at 450 m elevation where Yerköprü 3 spring is located. Uppermost elevation of active reservoir is located at 836m. Groundwater's velocity ranges from 2.09 m/day to 5.57 m/day and the corresponding hydraulic conductivities for different reservoirs are between 41.8 m/day and 212.2 m/day. The ordering of hydraulic conductivity among springs (KYerkopra3 > KYetoprui-2 > KGöksu > Kjcapuzbasi ) seems to be related to tneir time °f formation. Based on an assumption of 1500m of maximum hydraulic head at the recharge area, the effective porosity of the system is estimated to be 0.86 per cent. Keywords: groundwater, residence time, lumped model, unsteady flow, noble gas, tritium, tritiogenic helium-3, stable isotopes, chlorofluorocarbon, karst, Aladağlar. Advisor: Prof.Dr. Serdar BAYARI, Hacettepe University, Department of Geological Engineering, Hydrogeological Engineering Division