Jeoloji (hidrejeoloji) Mühendisliği Anabilim Dalı

Çokrağan (Banaz-Uşak) karst sisteminde beslenim-boşalım ilişkisinin araştırılması

Tez çalışmasının amacı, Gediz Nehri Havzası'nın doğusunda ve Uşak ilinin Banaz ilçesinin kuzeybatısında yer alan Çokrağan Karst Sistemi (CKS), beslenme-dolaşım-depolama-boşalım ilişkisinin ortaya konulmasıdır. Yüzeysel drenaj alanı yaklaşık 10.7 km2 olan CKS, Jura yaşlı Çiçeklikaya Formasyonu olarak adlandırılan dolomitik kireçtaşlarından 0.349 m3/s debi ile boşalım sağlamaktadır. İnceleme alanının morfoloji-hidrojeoloji ilişkisini detaylandırmak amacıyla jeoloji, tektonizma ve morfoloji gibi fiziksel parametreler ile yağış rejimi, buharlaşma, süzülme, beslenme, dolaşım ve depolama gibi dinamik özellikleri değerlendirilerek hidrojeolojik kavramsal model oluşturulmuştur. Tez çalışması boyunca alınan su numunelerinin analizleri incelendiğinde, baskın major katyon ve anyon iyonlar genellikle Ca ve HCO3'tır. CKS'nin hidrojeolojik kavramsal modeliyle birlikte değerlendirilen su bütçesi çalışmalarında, Ekinlik Havzası'na Fındıklı Havzası'dan beslenim olduğu düşünülmektedir. 1980-2020 yılları arası debi gözlemine sahip Çokrağan Kaynağı akımlarına ait kaynak çekilme analizi incelendiğinde, hem kaynak akımlarında gözlenen yüksek değişim katsayısı, hem akım hidrograflarının şekli hem de çekilme katsayısındaki değişim, CKS'de depolama ve dolaşım özelliklerinin iyi gelişmiş karstik kırık-çatlak sistemleri ve kanallar boyunca baskın olarak gerçekleştiğin işaret etmektedir. CKS'nin, hidrolik iletkenlik ve iletimlilik katsayılarının nispeten yüksek ve depolama katsayısının nispeten düşük olduğu, ileri derecede anizotrop ve heterojen ortam olduğu sonucuna varılmıştır.

Sürdürülebilir yeraltısuları yönetimi için yeraltısuyu kütlelerinin etkileşen sistemler yaklaşımıyla irdelenmesi: Örnek bir uygulama

Su Çerçeve Direktifinde (SÇD) tanımlandığı şekliyle "iyi su durumu" ve "iyi ekolojik durum"un sağlanması ve sürdürülmesi, yeraltısuyu sisteminin baskılara karşı tepkilerinin ve sistemin komşu sistemlerle etkileşimlerinin ortaya konmasını gerektirir. Bu durum, yeraltısuyu sisteminin havza, hatta havzalar arası ölçekte "sürekli ortam" yaklaşımı ile değerlendirilmesini zorunlu kılar. Buna karşılık, iyi su ve iyi ekolojik duruma ulaşmayı hedefleyen Su Çerçeve Direktifi bu hedefe ulaşmak için sürekli ortam içinde "etkileşen sistemler yaklaşımı" yerine yeraltısuyu sistemini alt sistemlere ayıran "kütle" yaklaşımını benimsemiştir. Söz konusu yaklaşım, yeraltısuyu kütlelerini kendi içinde miktar ve kalite açısından bir bütünlüğe sahip olduğunu varsayar. Bu varsayım, yeraltısuyu kütlelerinin komşu sistemlerle etkileşimini, konum ve zaman bağlamında dikkate almamaktadır. Öte yandan SÇD, su kaynaklarının iyi durumunun sürdürülebilir şekilde yönetilmesini de hedeflemektedir. Bu hedefe su kaynaklarının "sürekli ortam" ve "etkileşen sistemler" yaklaşımı çerçevesinde yönetilmesiyle ulaşılabilir. Bu nedenle yeraltısuyu sisteminde baskılara karşı tepkilerin konum-zaman bağlamında yaratacağı etkileşimleri göz ardı eden "kütle" yaklaşımının sorgulanması zorunlu hale gelmektedir. Tez çalışması kapsamında "yeraltısuyu kütlesi" yaklaşımının ortaya çıkış nedenleri ve gerekçeleri tarihsel süreç içinde irdelenmiştir. Ayrıca bu yaklaşımın uygulamalarda neden olduğu hidrojeolojik belirsizlikler ve sorunlar çeşitli ülkelerdeki uygulamalar çerçevesinde tartışılmış ve SÇD'nin hedeflerine ulaşma endişesi sürdürülebilir su kaynakları yönetimi açısından sorgulanmıştır. Bu irdeleme, tartışma ve sorgulama su kaynakları yönetimi genelinde yapılarak hipotetik bir havzada örneklenmiştir. Hidrojeolojik ilkeler temelinde yapılan irdeleme ve sorgulama sonucunda konum-zaman bağlamını dikkate almayan yeraltısuyu kütlesi yaklaşımı ile sürdürülebilir yeraltısuyu kaynakları yönetiminin sağlanamayacağı, bu nedenle de SÇD hedeflerine ulaşılamayacağı görülmüştür. Sürdürülebilir su kaynakları yönetiminin, konum-zaman bağlamını süreklilik temelinde dikkate alan "etkileşen sistemler" yaklaşımı ile başarılabileceği ve bu şekilde iyi su ve iyi ekolojik duruma ulaşılabileceği ortaya konmuştur. Bu çerçevede, Türkiye'de sürdürülebilir su kaynakları yönetiminde SÇD'nde önerilen kütle yaklaşımı yerine SÇD hedefleri doğrultusunda "etkileşen sistemler" yaklaşımının uygulanmasının daha doğru olacağı sonucuna varılmıştır.

Ergene havzasının doğusunun (Halaçlı-Çayırdere-Sayalar) hidrojeolojik incelemesi

Trakya Bölgesinde, 1970'li yıllardan itibaren özellikle Çorlu, Çerkezköy ve Silivri İlçelerinde sanayileşmenin hızla artmasına bağlı olarak yoğun bir nüfus artışı yaşanmıştır. Nüfus artışı ve sanayileşme nedeniyle, içme, kullanma, sulama ve sanayii suyu gereksinimi de önemli oranda artış göstermiştir. Bölgede açılan çok sayıdaki sondaj kuyusundan ihtiyacı karşılamak amacıyla yeraltısuyu çekilmektedir. Çalışma alanı, Ergene Havzasının doğu kesiminde bulunmakta olup, sanayileşmenin olmadığı, nüfus yoğunluğunun az olduğu ve tarımsal faaliyetlerin yoğun olarak yapıldığı bölgededir. Alanda yeraltısuyunu kirleten etkiler azdır. Bu nedenle bölgede, İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından açılmış 28 adet ortalama 30 l/sn debide üretim yapan içme suyu kuyusu bulunmaktadır. Bu çalışmada, Ergene ve Danişment Formasyonlarının hidrojeolojik özellikleri incelenmiştir. Akifer özelliği gösteren bu formayonların incelenmesi amacıyla; çalışma alanının beslenim alanları, jeolojik yapısal unsurları belirlenecek, sahada bulunan yüzey ve yeraltısuları birlikte değerlendirilmiştir. Elde edilen tüm veriler ışığında hidrojeolojik değerlendirmeler yapılarak alanın kavramsal hidrojeolojik modeli oluşturulmuştur.

İzmir-Ilıkpınar sıcak ve mineralli sularının hidrojeokimyasal incelenmesi

Bu çalışmada Ilıkpınar jeotermal alanı (Deliömer Köyü-Antik Roma Hamamları) ve civarında yer alan sıcak ve mineralli suların kökenleri belirlenerek bağlı bulundukları jeotermal sistemin aydınlatılması amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışma alanında jeolojik, hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İzmir'in yaklaşık 35km güneyinde yer alan çalışma alanının, kuzeydoğusunda Menderes İlçesi ve batısında Seferihisar ilçesi bulunmaktadır. Alanın güneyinde ise Kuşadası Körfezi yer alır. Çalışma alanında, temelde Menderes masifi olarak bilinen Paleozoyik yaşlı metamorfitler bulunmaktadır ve inceleme alanı çevresinde yüzeyde görülmemektedir. Paleozoyik yaşlı metamorfitler üzerine Triyas-Üst Kretase yaşlı Kikladik Zonu bindirme ile gelir. Bu birimi ise, yine bindirme ile Üst Kretase-Paleosen yaşlı Bornova Flişi üzerlemektedir. Metamorfik birimlerin üzerine uyumsuzlukla gelen Miyosen yaşlı çökel kayaçlar yer almaktadır. Bölgede tüm istifi kesen Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı riyolitik volkanizmaya bağlı domlar gözlenmektedir. Riyolit-riyodasit lav domları ortaya çıktıkları bölgede ısı kaynağı özelliğine sahip birimler olup, ısıtıcı kayaçlardır. Örtü kayaç, Yeniköy Formasyonunun geçirimsiz killi çökelleri ile Bornova Flişi'ne ait geçirimsiz şistlerdir. Rezervuar özelliğindeki akifer birimler ise, Menderes Masifi ile Kikladik Zonu içerisinde yer alan mermer ve tektonik olarak ikincil gözeneklilik kazanmış olan kristalin şistler, Bornova Flişi içindeki ikincil gözeneklilik kazanmış kalın kireçtaşları ile tektonik hatlar arasında kalan meta kumtaşları ve Yeniköy Formasyonunun kireçtaşı seviyeleri ile geçirimli çakıltaşı ve kumtaşı seviyeleridir. İnceleme alanı ve yakın çevresinde, önceki yıllarda yapılan çalışmalarda riyolit ve riyodasit lav domları çevresinde 3 jeotermal alan tespit edilmiştir. Bunlar sırasıyla; Akyar-Kızılcaağaç-Dikmen-Kovukluardı Jeotermal Alanı, Ilıkpınar jeotermal alanı ve çalışma alanı dışında kalan Cumalı Tuzla jeotermal alanıdır. Önceki çalışmalarda bahsedilen jeotermal alanlardan ilkinde yer alan Kızılcaağaç-Dikmen-Kovukluardı kaynaklarının, yağışlı ve kurak dönemde yapılan örnek toplama sürecinde kurumuş oldukları gözlenmiştir. Bu alanda sadece Akyar Kaynağı yaklaşık 36°C sıcaklıkta, ~0,5-1l/s debiyle doğal boşalım yapan kaynaktır. Ilıkpınar jeotermal alanını, Deliömer (Antik Roma Hamamları) kaynağı temsil etmektedir ve ~1-2l/s debiyle, iki dönemde de kaynak çıkış sıcaklığı yaklaşık 32°C'dir. Cumalı Tuzla jeotermal alanı (Doğanbey Kaplıcaları) ise, çalışma alanının dışında, hemen güney batısında yer almaktadır. Buradaki doğal boşalım, geniş bir hat boyunca yer alır ve her biri ~3-5l/s debili onlarca kaynaktan oluşur. Doğal çıkışlar yaklaşık 70-75°C'lik akışkana sahiptir. Buradaki kaynağın sıcaklık ve debisi, çalışma alanındaki kaynaklardan daha yüksektir. Bu farklılığa neden olan faktörlerin anlaşılabilmesi amacıyla buradan da örnek alınarak değerlendirilmeye katılmıştır. Bu çalışmada söz konusu jeotermal alanlardaki jeotermal kaynakların beslenimi, dolaşımı ve birbirleriyle olan ilişkileri hidrojeokimyasal değerlendirmeler ile belirlenmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda Ilıkpınar ve çevresinde belirlenen sıcak ve soğuk su kaynaklarından örnekler alınarak su kimyası analizleri (Majör iyon ve kararlı izotop) yaptırılmıştır. Majör iyon analizlerine göre sahada yer alan suların Ca/Na-HCO3 tipinde olduğu belirlenmiştir. Doğanbey kaynağı ise Na- Cl su tipinde olup çalışma alanındaki sulardan farklıdır. İz element analizi sonuçlarına göre sahada yer alan suların bir kısmında 10,48 ppb ile 117,6 ppb arasında arsenik tespit edilmiş olup Dünya Sağlık Örgütü'nün içme suyu için belirlediği 10 ppb limit değerinin üzerinde yer alır. Çalışma alanı içinde kalan sıcak su örnekleri meteorik kökenli olup, benzer beslenme alanını temsil etmektedir. Sıcak sularda önemli bir oksijen-18 ya da buharlaşma değişimi gözlenmemektedir. Sıcak su kaynaklarının trityum içeriği sıfıra yakındır. Akarsu ve yağmur suyu örnekleri, güncel trityum seviyelerine yakın (4-7 TU) değerlere sahipken, sıcak ve mineralli su örnekleri oldukça düşük trityum içeriklerine sahiptir. Bu durum yeraltısuyu geçiş süresinin görece uzun (>50 yıl) olmasına bağlıdır.

Uşak yöresi sıcak ve soğuk sularının hidrojeolojik incelemesi

Melen baraj gölü (Sakarya) sol sahilde yüzeylenen karbonatlı kayaç alanında hidrojeolojik yapının olası su kayaçları açısından incelenmesi

Sakarya ili Kocaali ilçesinde Büyük Melen Çayı üzerinde bulunan ve inşası devam eden Melen Barajı'nın göl alanının sol sahil tarafında karstik kireçtaşları bulunmaktadır. Yaklaşık olarak 25 hektarlık kısmı baraj göl seviyesinin altında kalacak olan kireçtaşının boşalımı kütlenin güneyinde geçirimsiz filişlerle dokanağında gözlenen Cumayeri kaynağı ve kuzeyde Değirmendere ve Hızardere kaynaklarıyla gerçekleşmektedir. Cumayeri kaynağı göl seviyesi altında kalmaktadır. Baraj gölü maksimum su seviyesi olan 113 m'den daha düşük kotlarda boşalan kuzeydeki kaynaklarla göl alanı arasında hidrolojik bağlantı olma olasılığı, baraj gölünün bu kesiminden önemli oranda su kaçağı olabileceğini ortaya koymaktadır. Bu nedenle, kireçtaşı kütlesinin göl seviyesi altında kalacak olan kesiminin beton ile kaplanması planlanmıştır. Yapılan çalışma, bir kısmı göl su seviyesinin altında kalacak olan kireçtaşı kütlesinde hidrojeolojik yapının beslenme, dolaşım, boşalım ilişkileri ortaya konacak şekilde incelenmesi ve planlanan beton kaplamanın sızdırmazlık açısından etkinliğinin değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, sahadaki önceki çalışmalar kapsamında çalışma alanının jeolojisine değinilmiştir. Hidrojeolojik karakterizasyon, önceki çalışmalarda gerçekleştirilen basınçlı su testleri ve kaynak akım ölçümleriyle gerçekleştirilmiştir. İnceleme alanında daha önceki çalışmalarda açılan gözlem kuyularında yapılan yeraltısuyu seviye ölçümleri, yeraltısuyu akım modelin oluşturulması aşamasında yararlanılmıştır. Hidrojeolojik karakterizasyonun sonucunda, beton kaplama sahasının da içinde olduğu yerel dolaşım sistemi ortaya konulmuş, sistemin iki ve üç boyutlu yeraltısuyu akım modeli sonlu farklar yöntemiyle analiz edilmiştir. Daha sonrasında ise, kaplama esnasında oluşacak kaldırma basıncının büyüklüğünün analizi gerçekleştirilmiş ve önceki çalışmalarda yapılan modelleme çalışmalarıyla kıyaslanmıştır. Buna bağlı olarak, kaplama sahasındaki piyezometrik basıncın düşürülmesi için gerekli önlemler modellenmiş ve önceki çalışmalardaki modellerle kıyaslanmıştır.

Karasu karst kaynağı (Bilecik) hidrojeolojik incelenmesi

Ülkemizde içme-kullanma suyu amaçlı kullanılan çok sayıda kaynak mevcut olup, bunlardan biri de Karasu Karst Kaynağıdır. Karasu Karst Kaynağı Orta Sakarya Havzası'nın batı bölümünde, Bilecik ilinin Bozüyük ilçesinin Bozalan köyünde yer almaktadır. Karasu Karst Kaynağı, Jura-Kretase yaşlı Geyiktepe Formasyonu olarak adlandırılan mermerlerden 1.842 m3/s ortalama debi ile boşalan karstik bir kaynaktır. Devlet Su İşleri Jeoteknik Hizmetler ve YAS Daire Başkanlığı tarafından yayınlanan Bilecik-Bozüyük İlçesi Karasu Kaynağı Koruma İlanı'na göre Karasu Karst Kaynağı, Bilecik ili başta olmak üzere Osmaneli, Pazaryeri, Söğüt ve Bozüyük ilçeleri ile diğer bazı yerleşim birimleri için içme-kullanma ve endüstri suyu olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, kaynağın korunması büyük önem taşımaktadır. Bu kapsamda, Karasu Karst Kaynağı, "Yeraltısularının Kirlenmeye ve Bozulmaya Karşı Korunması Hakkında Yönetmelik" ile "İçmesuyu Temin Edilen Akifer ve Kaynakların Koruma Alanlarının Belirlenmesi Hakkında Tebliğ" hükümleri doğrultusunda 2012 yılında koruma altına alınmıştır. Karstik kaynakların, beslenme havzasında gerçekleşen doğal (yağış, sıcaklık vb.) ve beşeri (insan kaynaklı kirlilik vb.) faaliyetlerden etkilenmeleri ve bu etkiye karşı tepkileri diğer yeraltısuyu kaynaklarına göre doğrudan ve hızlı gerçekleşir. Bu doğrultuda, Karasu Karst Kaynağının gerek miktar gerekse kalite açısından sürdürülebilirliğinin sağlanması kaynağın doğru kurgulanmış hidrojeolojik kavramsal model temelinde yönetilmesi ile mümkündür. Bu tez kapsamında; kaynağın "temsil edici kavramsal modelini" ortaya koyabilmek için, kaynak ve bağlı olduğu hidrojeolojik sistemin jeolojik ve hidrojeolojik kesitleri çizilmiş, jeomorfolojik çalışmalar yapılmış, kaynağın beslenme, depolama, dolaşım ve boşalım süreçlerinin belirlenmesi amacıyla mevcut olan kaynak debileri ile gerçekleştirilmiş kaynak çekilme analizleri, majör iyon ve izotop analizleri yapılmıştır. Karasu Karst Kaynağının, beslenim alanı olan Geyiktepe Formasyonu ve kaynağın boşalıma geçtiği noktanın akış yukarısında kalan drenaj alanından kaynak debisine katkı olduğu sonucuna varılarak, kaynağın boşalımının %96.88'inin beslenim alanından, %3.11'nin ise kaynağın akış yukarısında kalan yüzeysel drenaj alanından süzülme ile geldiği hesaplanmıştır. Hidrojeokimyasal ve izotop analizlerine göre, tüm örneklerde baskın iyonların kalsiyum (Ca) ve bikarbonat (HCO3) olduğu ve akifer içerisinde genel olarak yaygın dolaşımın gerçekleştiği, ana kaynak çıkışında boşalan suyun, kurak dönemde yaklaşık 13.2–18.3 yıl, yağışlı dönemde ise yaklaşık 6.3-11.4 yıl akiferde kalış süresine sahip olduğu hesaplanmıştır. Aynı zamanda EPIK yöntemi ile kaynağın bağlı bulunduğu akifere ait kirlenmeye karşı duyarlılık haritası oluşturulmuş olup, çalışma alanının %3.3'ü S1 (çok yüksek), % 39.7'si S2 (yüksek) ve %57'si ise S3 (orta) duyarlılık sınıfına girmektedir. Ayrıca iklim değişikliğinin kaynak miktarı üzerindeki etkisi değerlendirildiğinde, RCP8.5 senaryosuna göre, 2041-2070 yılları için Karasu Karst Kaynağının boşalım debisinin %17.79 (0.312 m3/s) oranında azalacağını öngörülmektedir. Tez çalışması, Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları doğrultusunda, "Temiz Su ve Sanitasyon" ile "Herkes için Erişilebilir Su ve Atık Su Hizmetlerini ve Sürdürülebilir Su Yönetimini Güvence Altına Almak" olarak belirlenen 6. Hedefe ve "İklim Eylemi" ile iklim değişikliği ve etkileri ile mücadele için acilen eyleme geçmek olarak belirlenen 13. hedefe ulaşmaya yönelik katkı sağlayacaktır. Ayrıca, tez kapsamında DSİ ve ilgili belediyeler için kaynağın sürdürülebilir yönetim planlamasına temel oluşturacak bilgiler elde edilmiştir.

Büğdüz alt havzası (Burdur) hidrolojik modeli

Nehir havzalarında su kaynakları en iyi şekilde yönetmek için akışın çevresel değişimlere göstereceği tepkileri anlamak çok önemlidir. Bu tez çalışması kapsamında insan kaynaklı faaliyetlerinden su yapılarının Büğdüz Havzasına olan etkisi değerlendirilmiştir. Bu amaçla Burdur Gölü'nü besleyen ana kollardan bir olan Büğdüz Deresinin yan kolu olan Yayla Deresi üzerine 2014 yılında yapılmış olan Büğdüz Göletinden önce ve sonraki dönemlere ait hidrolojik modeller geliştirilmiştir. İnsan kaynaklı faaliyetlerin ve iklim değişikliğinin etkilerini değerlendirmek için çalışmalarda da sık tercih edilen SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hidrolojik modeli kullanılmıştır. Büğdüz Göletinin bulunmadığı 2005-2013 yılları arasında havza parametrelerinin tespit edilmesi için SWAT-CUP programının SUFI-2 algoritması kullanılarak kalibrasyon ve validasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Gözlenen akım verileri için havza çıkışında yer alan Büğdüz D. (Suludere) Akım Gözlem İstasyonu (AGİ) verileri kullanılmıştır. Modelde 2005-2006 yılları warm-up, 2007-2010 yılları kalibrasyon ve 2011-2013 yıllarında validasyon işlemleri uygulanmıştır. Kalibrasyon işlemi sonucunda elde edilen parametrelerin istatistiksel olarak model performans değerleri R2= 0,88 ve NSE=0,88 olarak hesaplanırken validasyon işlemi sonucunda R2= 0,72 ve NSE=0,32 olarak hesaplanmıştır. Validasyon işleminde NSE değerinin düşük çıkması hesaplanan ve gözlenen akım değerlerinin birbirine yeteri kadar yaklaşmadığını ifade etmektedir. Ancak yinede kalibrasyon ve validasyon işlemleri sonucu ortaya çıkan hidrograflarda gözlenen ve hesaplanan akım verilerinin pik noktalarının genel olarak uyum içinde olduğu görülmektedir. Model parametrelerinin elde edildikten sonra 2014-2018 yıllarında Büğdüz Göletinin bulunduğu ve bulunmadığı 2 farklı model kurulmuştur. Her iki modelde de model girdileri ortak kullanılmıştır. Büğdüz Göletinin bulunduğu model için rezervuar modülüne girilecek olan gölet alan, hacim ve sulama verileri DSİ (2010) tarafından geliştirilen rapordan temin edilmiş ve kullanılmıştır. Model sonuçlarında elde edilen hidrolojik döngüler ile göletin bulunduğu ve bulunmadığı dönemler için su bütçeleri hesaplanmıştır. Büğdüz Göletinin bulunmmadığı ve bulunduğu dönemler için geliştirilen hidrolojik modeller sonucunda Büğdüz Havzasında meydana gelen depolamadaki değişim miktarları sırasıyla 9,246 x 106 m3/yıl ve 7,578 x 106 m3/yıl olarak hesaplanmıştır. Havzadaki en fazla su kaybının buharlaşma ve terleme yoluyla meydana geldiği ve göletin bulunduğu dönemde buharlaşma ve terleme yoluyla 1,44 x 106 m3/yıl daha fazla su kaybı meydana geldiği hesaplanmıştır. Bu tez kapsamında kurulan hidrolojik modeller ile su yapılarının havzadaki hidrolojik döngüde oluşturacağı etkiler ortaya konulmaya çalışılmıştır. Model çalışmalarındaki belirsizlikler dikkate alınarak su yapıları yapılmadan önce model çalışmaları ile su bütçesi çalışmaları yapılarak su havzalarında oluşacak etkiler en aza indirilmelidir. Anahtar Kelimeler: Büğdüz Göleti, SWAT, SWAT_CUP, Hidrolojik Model, İnsan Faaliyetleri Etkileri

Amasya Gümüşhacıköy ilçesinde tarımsal faaliyetlerden kaynaklanan fazla nitratın taşınımının modellenmesi

Tarımsal uygulamalarda fazla miktarda azotlu ve fosforlu gübre kullanımı, toprağın ekosistemini bozmakta, kullanılan fazla gübre yağmur ve tarımsal sulama sonucu yıkanarak yüzey ve yeraltısularında nitrat NO₃⁻ kirliliğine sebep olmaktadır. Kontrolsüz yapılan tarımsal faaliyetlerin çevre üzerinde yaratmış olduğu olumsuz etkilerden bir tanesi olan nitrat (NO3-) sızıntısı, bitki kök bölgesinden yeraltı suyuna kadar olan toprak profili boyunca birçok karmaşık yapı ve bölümden etkilenmekte olup, bu durumun belirlenmesi oldukça kapsamlı bir çalışma gerektirmektedir. Bu çalışmada Amasya İli Gümüşhacıköy ilçesinde. yaklaşık 25 km²'lik tarımsal alan içerisinde seçilen 12 profil noktasında, 0-120 cm ve 0-90 cm derinliğe kadar olan yeraltı suyu tablasının üzerindeki doymamış bölgede, nitrat (NO₃⁻) sızıntısı HYDRUS-1D programı kullanılarak modellenmiştir. Tez çalışması kapsamında 5 farklı senaryo oluşturulmuş ve her bir senaryo için simülasyon sonuçları ile mevcut ölçümler karşılaştırılarak tahminler yapılmıştır. Model sonuçları ile bölgedeki yeraltısularındaki faklı toprak türlerindeki belirlenen nitrat sızıntı miktarlarının mevzuat ile uygunluğu değerlendirilmiş ve senaryo analizleri ile de 15 yıllık projeksiyon verileri dikkate alınarak en etkin yöntem ortaya konulmuştur. Bölgeye özgü coğrafi, iklimsel ve tarımsal özellikler dikkate alınmış sadece fiziksel süreçler değil, aynı zamanda antropojenik aktivitelerin vadoz bölge üzerindeki etkileri de sistematik olarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, Gümüşhacıköy bölgesinin nitrat kirliliği açısından orta-yüksek risk kategorisinde yer aldığını göstermektedir. Topraktaki mevcut nitrat seviyeleri ortalama 15-45 mg/kg arasında değişmekte olup, bu değerler ulusal ve uluslararası standartlar çerçevesinde güvenli sınırlar içinde olmasına rağmen, maksimum değerlerin kritik seviyeleri tutarlı şekilde aşması ve profillerin çoğunda sürekli artış gözlemlenmesi, proaktif önlem alınması gerekliliğini vurgulamaktadır. Mevcut eğilimlerin devam etmesi halinde, gelecekte ortalama konsantrasyon değerlerinin 50 mg/l limitlerini aşabileceğini işaret etmektedir. Model analiz sonuçlarındaki nitrat sızma oranlarına bakıldığında bu değerlerin %13.3 ile %34.4 arasında değiştiği ve kumlu bünyeli topraklarda sızma riskinin 2-3 kat daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. P3, P7 ve P9 profil noktalarında tespit edilen sızma oranlarının %25-34 aralığına ulaşmış olması, yönetmelikte öngörülen hassas alan kriterlerine yaklaşıldığını göstermektedir. Tez kapsamında hazırlanan 5 farklı senaryoda, nitrat konsantrasyonu azaltma etkinliği açısından yapılan değerlendirmelerdeki en başarılı sonuçların, gübre kullanımının %35 ve %25 azaltılmasına yönelik oluşturulan senaryolar olduğu görülmüştür. Model ve senaryo sonuçlarına göre, özellikle ekstrem hava olayları meydana gelmesi veya yanlış tarımsal uygulamalar yapılması durumunda, bölgede ciddi nitrat kirliliği yaşanabileceği anlaşılmaktadır. Bu nedenle nitrat kirliliği riskinin azaltılması açısından, sürdürülebilir tarım uygulamaları, hassas tarım teknolojilerinin kullanılması ve çevresel izleme değerlendirme sistemlerinin acilen hayata geçirilmesi kritik önem taşımaktadır.

Seyfe gölü (Kırşehir) havzasının hidrojeoloji incelemesi

Yüzey drenaj alanı 1481 km2 olan Seyfe Kapalı Havzası'nın güneyinde yer alan Seyfe Gölü, Kırşehir ili Mucur ilçesi sınırları içerisinde yer almaktadır. Havza oluşumu itibariyle K-G yönlerden sıkışma rejimi etkisi altında kalmış olması nedeniyle KD-GB ve KB-GD gidişli gelişen normal ve doğrultu atımlı faylarla karakterize edilmektedir. Bu tez çalışmasında, su noktalarının ve hidrojeolojik birimlerin göl alanı ile olan ilişkisi, göl alanındaki süregelen küçülmenin nedenlerinin araştırılması ve havza için temsil edici kavramsal hidrojeolojik modelin kurgulanması amaçlanmıştır. Bu kapsamda havza ölçeğinde 2019-2021 yılları arasında jeoloji, hidroloji, hidrojeoloji, hidrojeokimya, izotop hidrojeolojisi ve uzaktan algılama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanında temelde Paleozoyik yaşlı metamorfik birimlerden oluşan Kırşehir Masifi, metamorfik temeli tektonik olarak üzerleyen Üst Kretase yaşlı magmatik birimler, bu birimleri uyumsuzlukla üzerleyen Neojen yaşlı sedimanter birimler ile tüm birimleri uyumsuzlukla üzerleyen alüvyon birimler yer almaktadır. Havzada yüzeyleyen litolojik birimlerin suyu geçirme ve iletim özelliklerine göre hidrojeolojik değerlendirmeler gerçekleştirilmiş ve çalışma alanının 1/100.000 ölçekli hidrojeoloji haritası hazırlanmıştır. Havzanın kuzey, güney ve batısında parçalı yüzlekler veren Paleozoyik yaşlı Bozçaldağ Formasyonu'nun kristalize kireçtaşı ve mermer seviyeleri tektonizma etkisiyle ikincil geçirimlilik kazanmış ve ana akifer birim olarak tanımlanmıştır. Paleozoyik yaşlı metamorfik serilere ait gnays, şist, amfibol ve kuvarsit gibi litolojiler, Neojen yaşlı Kızılırmak Formasyonu'nun çamurtaşı ve killi seviyeleri ile havzanın kuzeydoğusunda sınırlı bir alanda yüzlek veren Mesozoyik yaşlı magmatik birimler hidrojeolojik açıdan geçirimsiz özelliktedir. Neojen yaşlı Kızılırmak Formasyonu'nun kireçtaşı, kumtaşı ve konglomera seviyeleri ile Seyfe Gölü çevresinde pekişmemiş killi, çakıllı ve kumlu seviyelerden oluşan alüvyon birimin yayılımının ve kalınlığının görece fazla olduğu çakıllı, kumlu seviyeler ise yarı geçirimli birimler olarak tanımlanmıştır. Havza için ortalama yağış miktarı 381.45 mm/yıl, ortalama gerçek buharlaşma-terleme miktarı ise Thornthwaite-Mather yöntemi ile 326.32 mm/yıl olarak hesaplanmıştır. Havzada hidrojeolojik yapının anlaşılması amacıyla akifer birimleri temsil ettiği düşünülen 30 kaynak, 26 kuyu ve drenaj kanalından 2019-2021 yılları arasında yağışlı ve kurak dönemleri temsil edecek şekilde yerinde ölçüm ve örnekleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Havzada 2021 Mayıs ve 2021 Ekim aylarında kuyulardan gerçekleştirilen yeraltı suyu seviye ölçümlerine göre, yeraltı suyuna olan derinlik 2 m ile 60 m arasında değişmektedir. Bölgede genel yeraltı suyu akım yönünün havzanın merkezinde yer alan Seyfe Gölü'ne doğru olduğu belirlenmiştir. Havzada mermer akiferini temsil eden yüzey ve yeraltısuları Piper diyagramına göre Ca-HCO3'lı sular fasiyesi sunmaktadır. Göl alanı ile bağlantılı drenaj kanalını temsil eden su noktası ise Na-Cl fasiyesi sunmaktadır. Havzada örneklenen su noktaları Gibbs diyagramına göre "Kayaç Baskın" bölgede yer almaktadır. Suların kimyasını kontrol eden ana süreçler, kaya-su etkileşimi nedeniyle kayacı oluşturan minerallerin su ile kimyasal ayrışması ile silikatların çözünmesi olarak belirlenmiştir. Göl alanındaki iklimsel ve antropojenik etkiler nedeniyle gerçekleşen değişimlerin belirlenmesi amacıyla uydu görüntüleri kullanılmış ve tarihsel süreçte göl yüzey alanındaki değişim miktarı ile sıcaklık değişimleri belirlenmiştir. Buna göre spektral su indisi yöntemlerinden MNDWI su indisi ile 1985-2020 yılları arasında minimum ve maksimum göl alanı sırasıyla 1.86 km2 ve 66.87 km2 olarak hesaplanmış, göl yüzey alanında ise % 93.78 oranında bir azalmanın gerçekleştiği hesaplanmıştır. Batimetri araştırmaları ile; maksimum derinlik gölün kuzeyinde 1.95 m olarak hesaplanmıştır. Göl yüzey sıcaklık çalışmaları ile 1990 ve 2020 yılına ait mevsimsel göl yüzey sıcaklık istatistikleri oluşturulmuştur. 1990-2020 yılları arasında göl suyu ortalama sıcaklığında yaklaşık olarak 3.5 °C artış hesaplanmıştır. Havzada insan kaynaklı faaliyetlerin su kütleleri üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amacıyla CORINE veri tabanı kullanılmıştır. Buna göre 1. Düzey arazi sınıfları arasında en belirgin değişimlerin su yapıları ve sulak alanlar sınıflarında gerçekleştiği görülürken, tarımsal alanlar sınıfı altındaki kuru tarım arazilerinin önemli oranda sulu tarım arazilerine dönüştürüldüğü belirlenmiştir. Havza genelinde geniş tarım alanlarının yer alması ve yıllar içerisindeki iklimsel değişimler ve yüzey sularının azalması nedeniyle yeraltısuları tarımsal sulamada bölge halkı tarafından yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Buna göre örneklenen su noktaları "Wilcox" ve "ABD Tuzluluk" diyagramlarında değerlendirilmiş ve su noktalarının çoğunluğunun sırasıyla "Çok İyi-İyi", "İyi Kullanılabilir" ve "C2-S1" ile "C3-S1" sınıflarına düştüğü ve sulama suyu kullanımına uygun sular grubunda yer aldığı belirlenmiştir. Gerçekleştirilen doygunluk analizi çalışmalarına göre havzadaki su noktalarının bazı örnekler dışında genel olarak dolomit, aragonit ve kalsit minerallerine doygun; silvit, halit, anhidrit ve jips minerallerine ise doygun olmadıkları belirlenmiştir. Bu durum çalışma alanında yüzeyleyen litolojik birimlerde dikkate alındığında, suların dolaşım süreleri boyunca Paleozoyik metamorfik temele ait mermer birimler ile temas etmesine işaret etmektedir. Duraylı izotop içeriklerine göre incelenen su noktalarının önemli bir bölümü Küresel Meteorik Su Doğrusu (2H=8*18O+10) üzerine düşen meteorik kökenli sulardır. Havzanın batı ve güneybatısındaki dağlık kesimleri temsil eden su noktaları 2H=8*18O+15 olarak belirlenmiş olan Yerel Meteorik Su Doğrusu üzerinde yer almaktadır. Havzanın yüksek dağ sıralarını temsil eden güneybatı, güneydoğu ve kuzeybatı kesimleri akifer birimlerin potansiyel beslenim alanlarını oluşturmaktadır. Havzadaki örnekleme noktalarının Trityum değerleri ise 0.4 ile 4.52 TU arasında değişmektedir. Yüksek trityum değerleri güncel yağışlardan gelen bir beslenimin varlığına işaret ederken, düşük trityum içerikleri ise su noktasını temsil eden akifer birimin görece daha uzun süreli geçiş zamanına sahip, dolaşım yolu görece daha uzun yeraltısuları ile beslendiğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Seyfe Gölü Havzası, hidrojeoloji, hidrojeokimya, çevresel izotop, kavramsal hidrojeolojik model, Kırşehir

Havşari-Zerban (Çelikhan-Adıyaman) karst sisteminin hidrojeolojik incelenmesi

Tez çalışması kapsamında, Adıyaman ili Çelikhan ilçesinde yer alan, içme-kullanma ve sulama amaçlı kullanılan Zerban ve Havşari kaynaklarının boşalım yaptığı Havşari-Zerban Karst Sistemi'nin (HZKS) beslenim-dolaşım-depolama-boşalım mekanizmasının hidrojeolojik kavramsal model çerçevesinde araştırılması amaçlanmıştır. Zerban ve Havşari kaynaklarının akiferini Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı Çayderesi Formasyonuna ait mermerler oluştururken bu kaynaklar sırasıyla ortalama 0.615 m3/s ve 0.847 m3/s debiler ile boşalım sağlamaktadır. Kaynaklar için oluşturulan yüzeysel drenaj alanı (58.6 km2) inceleme alanı olarak belirlenmiş, ancak karst sistemi olması nedeniyle kireçtaşı kütlesi dikkate alınarak geniş bir bölge (300 km2) incelenmiştir. İnceleme alanı ve dolayının jeolojik, tektonik, morfolojik, iklimsel, hidrolojik ve hidrojeolojik özellikleri, yapılmış olan 3 dönem saha çalışması ve mevcut veriler ile birlikte değerlendirilerek HZKS için kavramsal hidrojeolojik model oluşturulmuştur. Yapılan hidrojeokimyasal analiz sonuçlarına göre tüm su noktalarında CaHCO3 türü sular boşalım sağlamaktadır. Yağış, sıcaklık ve akım verileri kullanılarak elde edilen su bütçesi hesaplamaları sonucunda kaynakların boşalımlarını sağlayabilmeleri için daha fazla yağışa veya yüzeysel drenaj alanı dışından katkıya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle Havşari ve Zerban kaynakların ayrı ayrı sistemlerin boşalımını gerçekleştirildikleri, özellikle Sürgü Fayı üzerinden boşalan Havşari Kaynağının bu fay boyunca beslenime sahip olduğu kanaatine varılmıştır. İnceleme alanı ve yakın dolayında yeraltısuyularının besleniminin Akdeniz kökenli yağışlardan kaynaklandığı belirlenmiş olup, trityum analizlerine göre ise inceleme alanında boşalım sağlayan suların genellikle genç sular olup 1950 sonrası yağışlardan beslendiği belirlenmiştir. HZKS'de yağışlardan itibaren beslenimin otojenik-yaygın şekilde gerçekleştiği belirlenmiştir. 1984-2021 yılları arası debi gözlemine sahip Zerban ve Havşari kaynakları akım hidrografları her bir çekilme dönemi için incelendiğinde, hem kaynak akımlarında gözlenen yüksek değişim katsayısı hem akım hidrograflarının şekli hem de çekilme katsayılarındaki değişim, HZKS'de depolama ve dolaşım özelliklerinin iyi gelişmiş karstik kırık-çatlak sistemleri ve kısmen karstik kanallar boyunca baskın olarak gerçekleştiğin işaret etmektedir.