Karst akifer sistemlerinin Trityum izotopu yardımıyla matematiksel modellemesi

Abstract

Ill ÖZET Karmaşık ve akım dinamiğinin fiziksel yasaları belirlenememiş karstik karbonatlı kayaçlann oluşturduğu hidrojeolojik sistemlerde yeraltısuyu akım dinamiğinin anlaşılması amacıyla sistem analizi yaklaşımı kullanılarak bir akım ve kalite modeli geliştirilmiştir. Bu model, karstik akifer sistemlerinde birbirinden farklı beslenim, akım ve depolama özelliklerine sahip alt sistemlerin aktif hacimleri ve bu alt sistemler içerisinde, beslenme ile giren yeraltısuyu geçiş sürelerini belirlemektedir. Hidrojeolojik sistemin bölümlenmesi, tamamen sistemin fiziksel özelliklerine dayanarak yapılmaktadır. Bu nedenle karst akifer sistemlerini karakterize eden en önemli üç parametre olan akım, beslenim ve depolama özelliklerine bağlı olarak kavramsal bir hidrograf modeli verilmiş, herhangi bir bölgede gözlenen hidrografın bu model ile karşılaştırılarak akifer sisteminin ve alt sistemlerinin tanımlanılması mümkün kılınmıştır. Akım modelinde izleyici olarak trityum izotopu kullanılmaktadır. Model, sistem çıkışında gözlenen trityum izotopunun radyoaktif bozunma ve farklı suların karışımı ile zaman içinde değişiklik göstermesi özelliğine dayanmaktadır. Bu nedenle IAEA- WMO gözlem ağı çerçevesinde ülkemizde Adana, Ankara ve Antalya istasyonlarında ölçülen ve çeşitli nedenler ile zaman zaman eksik kalan trityum değerleri, Akdeniz bölgesinde yer alan diğer ülkeler ile en uzun gözlem süresine sahip Ottowa ve Viyana istasyonlarının verileri kullanılarak tamamlanmıştır. Geliştirilen model ile bu konuda kullanılan tümsel modeller, Antalya-Kırkgöz kaynaklan hidrojeolojik sisteminde uygulanmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tümsel modeller ile 25 yıllık bir geçiş süresi belirlenmiştir. Beslenme, depolama ve akım özelliklerine bağlı olarak kaynak sistemi alansal olarak üç, düşey yönde de dört hücreye ayrılmıştır. Düşey yönde altta yeralan hücrelerden meydana gelen akım, baz akımını temsil etmektedir. Her bir hücre için beslenim, boşalım miktarları, rezervuar hacimleri ve geçiş süreleri belirlenmiştir.

IV SUMMARY A distributed parameter groundwater flow and quality model based on systems analysis is developed in order to explain the groundwater flow dynamics in hydrogeologic systems composed by complex, karstified carbonate rocks, in which the physical laws of flow could not be defined yet The model is able to provide the active groundwater volume and turnover time of the sub-systems differs from each other that are discretized by taking recharge, flow and storage characteristics of the karst aquifer system into account. Discretization of the aquifer system is completely based up on the physical structure of the system. In order to define the physical structure of the system, a conceptual hydrograph model is given which is established by the most important parameters characterizing the karst system, namely flow, recharge and storage properties of the aquifer. Any observed hydrograph can be compared with these conceptual hydrographs to describe the aquifer system and its sub systems. Tritium isotope of hydrogen is used as a tracer for the flow model. The structure of the model is based upon the change of tritium concentration in time at the output of the systems as a result of mixing of waters from different sources and radioactive decay of tritium isotope. The missing tritium values observed in Ankara, Adana and Antalya with in the IAEA-WMO network have been completed by using the tritium values observed m other Mediterranean countries and Vienna and Ottawa stations. The developed model and existing lumped models have been applied to the Antalya- Kırkgözler karstic springs and then compared. A turnover time of 25 years has been obtained by lumped models. Due to recharge, storage and flow properties, the aquifer system is discretized into three horizontally and four vertically cells. The bottom cells represent the base flow. By using the flow model developed in this study, recharge and discharge rates, storage volumes and turnover time values of the cells have been estimated.