HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN KULLANILMASI SEMPOZYUMU

Transkript

1 T.C ENERJİ VE TABİİ KAYNAKLAR BAKANLIĞI DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN KULLANILMASI SEMPOZYUMU Daire Başkanı: Orhan UZUN Daire Başkan Yrd.: Müfit ALİŞAN Düzenleme Kurulu İzotop Laboratuarı Şube Müdürlüğü Şube Müdürü: Mesut SAYIN Candan ÇİFTER Sabahat ÖZCAN EYÜPOĞLU Alime TEMEL DİLAVER İhsan YALÇIN EKİM 2002 ADANA

2 ÖNSÖZ Nükleer teknikler yıllardır hidroloji alanında kullanılmaktadır. DSİ TAKK Dairesi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü 1960 lı yılların başında faaliyete geçmiş ve 1970 li yılların ortalarına kadar nükleer tekniklerin kullanımını başarı ile gerçekleştirmiştir. Bu dönemde İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü UNESCO tarafından desteklenmiştir. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlemiş ve nükleer teknikleri Türkiye de çeşitli çalışmalara uygulamıştır. DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü dünyadaki ileri ülkelerde uygulanan nükleer teknikleri ülkemizde ilk uygulayan kuruluştur. Çevresel izotopların hidrolojik ve hidrojeolojik amaçlı kullanımı gelişen cihaz teknolojileri ile özellikle 1970 li yıllar sonrasında hızla gelişme göstermiştir. Hem cihaz teknolojisindeki gelişmeler hem de radyoaktif maddelerin kullanılmasında karşılaşılan zorluklar nedeni ile tüm dünyada olduğu gibi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü de çevresel izotopları kullanarak DSİ nin problemlerine katkıda bulunmaya yönlenmiştir. Kurulduğu ve çalışmalarını sürdürdüğü 1960 lı yıllardan beri birçok ulusal ve uluslararası proje yapan İzotop Laboratuvarı aynı zamanda ulusal anlamda DSİ nin dışında Kamu Kuruluşlarına, Üniversitelere ve özel sektöre gerek eğitici anlamda gerek analiz bazında destek vererek ve uygulamalı çalışmalara katkıda bulunarak ülke ekonomisine katkıda bulunmuştur. Ülkemizde bu alanda çalışan tek laboratuvar olmamız bu çalışmaların önemini artırmaktadır. Kurulduğu günden beri Ülkemizde hem DSİ ye hizmet veren hem de ulusal laboratuvar anlamında çalışmalar yapan İzotop Laboratuvarı zaman zaman düzenlemiş olduğu seminerler, vermiş olduğu konferanslar ve çeşitli platformlarda sunduğu bilimsel makaleler ile bu yöntemin hidroloji ve hidrojeolojiye destek vermesinin yanı sıra eğitici rolünü sürdürmüştür. Bu konu ile ilgili olarak düzenlenen ilk seminer Kasım 1987 yılında Hidrolojide İzotoplar ve Nükleer Teknikler adı altında Adana da yapılmış ve DSİ, Kamu kuruluşları ve üniversitelerin katılımı ile gerçekleştirilmiştir. İzotop tekniklerinin hidrolojik çalışmalara uygulanması doğrultusunda düzenlenecek bir sempozyumun birçok açıdan yararlı olacağı düşünülerek bu sempozyum düzenlenmiştir. Sempozyumun amacı kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerin birbirilerinin yapmış oldukları çalışmalardan haberdar olmalarıdır. Sempozyum esnasında yapılacak görüş alışverişleri Türkiye de yapılabilecek genel çalışmalar hakkında bilgi verecektir. Çeşitli kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerden sempozyuma bildirileri ile katkıda bulunan katılımcılara, tüm imkanlarını sunan Adana VI. Bölge Müdürlüğü ne ve sempozyumun düzenlenmesindeki katkılarından dolayı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü elemanlarına ve mesai arkadaşlarıma teşekkürü bir borç bilirim. Sempozyum esnasında sunulan bildirileri içeren bu kitabın izotop tekniklerinin hidroloji ve hidrojeoloji alanındaki uygulamaları hakkında bir kaynak kitap olacağını umarım. ii Orhan UZUN Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanı

3 İÇİNDEKİLER İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANILMASI Candan ÇİFTER, Mesut SAYIN HİDROLOJİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI Levent TEZCAN HİDROLOJİDE İZOTOPLAR UNESCO ULUSLARARASI PROGRAMI Hamza ÖZGÜLER TÜRKİYE DEKİ İÇME VE KULLANMA SULARININ RADYOAKTİVİTE YÖNÜNDEN KALİTESİNİN BELİRLENMESİ Alime TEMEL DİLAVER, Candan ÇİFTER, Tanju ALTAY YERALTISUYUNDA ATMOSFERİK GAZ İZLEYİCİLER: KURAM, ÖRNEKLEME, ÖLÇÜM VE YORUM C. Serdar BAYARI KUZEY ANADOLU FAY ZONU İLE İLİŞKİLİ JEOTERMAL SAHALARDAKİ SULARIN İZOTOP BİLEŞİMLERİ Halim MUTLU, Nilgün GÜLEÇ, David R. HILTON, Selin SÜER, Tanju ALTAY ANKARA, BEYPAZARI DOĞAL SODA (TRONA) SAHASI İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI Cahit ÖZGÜR, Osman GÖKMENOĞLU, Barbaros ERDURAN BÜYÜK MENDERES GRABENİNİN DOĞUSUNDA YERALAN JEOTERMAL SAHALARDA BULUNAN SULARIN İZOTOPİK VE HİDROJEOKİMYASAL ÖZELLİKLERİ Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner JEOTERMAL SİSTEMLERDE YAPILAN İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI:AFYON ÖMER-GECEK JEOTERMAL SİSTEMİ Berrin AKAN NİĞDE MİSLİ OVASINDA İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK YERALTISUYU KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ Nihal BAŞARAN, Uğur SÜRAL SU BÜTÇESİ ELEMANLARININ BULUNMASINDA İZOTOP YÖNTEMİ Vehbi ÖZAYDIN iii

4 AKIM HİDROGRAFLARININ BİLEŞENLERİNE AYIRIMINDA KARARLI İZOTOPLARIN KULLANILMASI ÇALIŞMA ALANI:ANKARA-GÜVENÇ HAVZASI Y.İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın HAVA AKIMI HAREKETLERİ VE METEOROLOJİK FAKTÖRLER KULLANILARAK ATMOSFERİK SU BUHARI VE YAĞIŞLARIN KARARLI İZOTOP İÇERİKLERİNDEKİ DEĞİŞİMLERİN İNCELENMESİ Abdullah DİRİCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR, Mesut DEMİRCAN YERALTISUYU GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMI İÇİN DENGELİ VE DENGESİZ TÜMSEL MODELLER N. Nur ÖZYURT ORHANGAZİ OVASI (BURSA) DOLAYINDAKİ SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL YÖNDEN İNCELENMESİ Baki CANİK, Suzan PASVANOĞLU BEYPAZARI TRONA (DOĞAL SODA) SAHASI AKİFERLERİNİN BESLENME KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASINDA İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI Ahmet APAYDIN SAKARBAŞI KARSTİK KAYNAKLARININ (ÇİFTELER-ESKİŞEHİR) HİDROJEOLOJİSİNİN HİDROKİMYA VE ÇEVRESEL İZOTOP YÖNTEMLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ Füsun (GÜVEN) GÜNER, İsmail Noyan GÜNER DELİCE IRMAĞI (YERKÖY) VE KOMŞU AKİFERLER ARASINDAKİ İLİŞKİNİN HİDROKİMYASAL VE İZOTOPİK YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ Mehmet ÇELİK BEŞPARMAK DAĞLARI (KKTC) KARST AKİFERLERİNİN HİDROJEOLOJİSİ Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENOĞLU, Erkan KESKİN İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK ANTALYA TRAVERTEN PLATOSU YERALTISUYU KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI A. Özlem ATİLLA iv

5 ZONGULDAK VE ÇEVRESİNDEKİ YERALTISULARININ İZOTOP HİDROLOJİSİ İNCELEMESİ Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ OVACIK OVASINDA (SİLİFKE-İÇEL) DÜŞEY ELEKTRİK SONDAJ YÖNTEMİYLE TATLI SU VE OLASI TUZLU SU GİRİŞİMİNİN İNCELENMESİ Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ KARIŞIM SULARINDA KÖKENSEL KATKILARIN BELİRLENMESİ Türker KURTTAŞ ESKİ KADIN GÖLETİNDEKİ KAÇAKLARIN ÇEVRESEL İZOTOPLARLA İNCELENMESİ Müfit ALİŞAN v

6 CONTENTS USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY Candan ÇİFTER, Mesut SAYIN NEW ISOTOPES IN HYDROLOGY AND THEIR APPLICATIONS Levent TEZCAN IAEA/UNESCO JOINT INTERNATIONAL ISOTOPES IN HYDROLOGY PROGRAMME Hamza ÖZGÜLER THE DETERMINATION OF GROSS ALPHA AND BETA ACTIVITY OF DRINKING WATER IN TURKEY Alime TEMEL DİLAVER, Candan ÇİFTER, Tanju ALTAY ATMOSPHERIC GAS TRACERS IN GROUNDWATER: THEORY, SAMPLING, MEASUREMENT AND INTERPRETATION C. Serdar BAYARI MONITORING OF ISOTOPE COMPOSITION OF GEOTHERMAL FLUIDS ALONG THE NORTH ANATOLIAN FAULT ZONE Halim MUTLU, Nilgün GÜLEÇ, David R. HILTON, Selin SÜER, Tanju ALTAY ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES OF BEYPAZARI TRONA MINE AREA,ANKARA Cahit ÖZGÜR, Osman GÖKMENOĞLU, Barbaros ERDURAN ISOTOPIC AND HYDROGEOCHEMICAL PROPERTIES OF WATERS ENCOUNTERED IN THE GEOTHERMAL AREA, EASTERN MENDERES GRABEN Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES IN GEOTHERMAL SYSTEMS: AFYON-ÖMER-GECEK GEOTHERMAL SYSTEM Berrin AKAN DETERMINATION OF GROUNWATER CHARACTERISTICS BY USING ISOTOPE TECHNIQUES IN THE NİĞDE MİSLİ PLAIN Nihal BAŞARAN, Uğur SÜRAL ISOTOPE METHODS IN DETERMINING THE WATER BUDGET ELEMENTS Vehbi ÖZAYDIN vi

7 THE USE OF ISOTOPE TECHNIQUES TO SEPERATE OF HYDROGRAPHY COMPONENTS. CASE STUDY: ANKARA-YENİMAHALLE-GÜVENÇ BASIN Y.İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın THE INVESTIGATION OF ISOTOPIC COMPOSITION OF PRECIPITATION AND WATER VAPOUR BY USING AIR MASS TRAJECTORIES AND METEOROLOGICAL PARAMETERS Abdullah DİRİCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR, Mesut DEMİRCAN STEADY AND UNSTEADY LUMPED-PARAMETER MODELS FOR DETERMINATION OF GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION N. Nur ÖZYURT HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZİ PLAIN AND ITS ENVIRONS Baki CANİK, Suzan PASVANOĞLU ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES TO INVESTIGATION OF RECHARGE MECHANISM OF THE AQUIFERS IN BEYPAZARI TRONA AREA Ahmet APAYDIN DETERMINATION OF HYDROGEOLOGY OF THE KARSTIC SPRINGS OF SAKARBASI BY USING HYDROCHEMISTRY AND ENVIRONMENTAL ISOTOPE TECHNIQUES Füsun (GÜVEN) GÜNER, İsmail Noyan GÜNER INVESTIGATION OF RELATION BETWEEN DELİCE RIVER (YERKÖY) AND SURROUNDING AQUIFERS BY HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC TECHNIQUES Mehmet ÇELİK HYDROGEOLOGY OF THE BESPARMAK (PENTADACTILOS) MOUNTAINS (TRNC) KARSTIC AQUIFER Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENOĞLU, Erkan KESKİN CLASSIFICATION OF THE GROUNDWATERS OF THE ANTALYA TRAVERTINE PLATEAU BY ISOTOPE TECHNIQUES A. Özlem ATİLLA vii

8 ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK AND PROVINCE GROUNDWATER Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ INVESTIGATION OF FRESH WATER AND PROBABLE SALTY WATER INTERFERENCE BY USING VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING AROUND OVACIK PLAIN (SİLİFKE-İÇEL) Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ ESTIMATION OF THE CONTRIBUTION OF THE WATER SOURCES IN THE MIXED WATERS Türker KURTTAŞ INVESTIGATION OF LEAKAGES FROM ESKİ KADIN RESERVOIR BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES Müfit ALİŞAN viii

9 İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANILMASI USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY Candan ÇİFTER 1, Mesut SAYIN 2 1 Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müdürlüğü,TAKK Dairesi Başkanlığı, candan.cifter@dsi.gov.tr 2 Fizik Yük. Müh. DSİ Genel Müdürlüğü, TAKK Dairesi Başkanlığı, mesutsayin@dsi.gov.tr ÖZET: Dünya hidrosferinde yer alan yenilenebilen ancak kısıtlı bir kaynak olan suyun miktarı km 3 olarak tahmin edilmektedir. Dünyanın üçte ikisi sularla kaplı olmasına rağmen, tuzlu sular %97,5, tatlı sular ise toplam su miktarının ancak % 2.5 oranındadır yılında dünya nüfusunun 2 milyar daha artarak 8 milyara ulaşacağı öngörüldüğü günümüzde bazı bölgeler için zaten yetersiz olan su kaynaklarının zamanla tüm bölgelerde de yetersiz kalacağı açıktır. Ülkemiz ise su kaynakları açısından dünya çapında yapılan değerlendirmeler ışığında, su kıtlılığı çeken ülkeler arasında gösterilmemesine rağmen artan nüfus artışı, kentleşme ve sanayileşme olgularına bağlı olarak artan su tüketimi değerleri dikkate alındığında nicelik açısından yenilenebilir tatlı su kaynaklarında gün geçtikçe bir azalma ile karşı karşıya kalmaktadır. Bunun yanı sıra su kaynaklarında aşırı çekim sonucu yeraltısuyu tuzlanması, tarımsal faaliyetlerde kullanılan kimyasallar ile evsel ve endüstriyel atıklar nedeniyle kirlenme yaşanmakta ve su kaynaklarının nitelik açısından korunması gereği ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bu çerçevede, sürekli artan endüstriyel gelişim ve artan nüfus baskısı altında kalan su kaynaklarının geliştirilerek verimli ve sürdürülebilir olarak kullanılabilmesi için pek çok projenin etüdünün gerekliliği ve bu etütlerde de klasik incelemelerin dışında ileri tekniklerin kullanılması zorunlu hale gelmeye başlamıştır. İzotop hidrolojisi çalışmaları bu tekniklerin başında gelmektedir. Dünya da İzotop hidrolojisinin kullanılmaya başlanmasına paralel olarak DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarında da bu yöntemler kullanılmaya başlanmıştır. Bu bildiride, su kaynaklarının geliştirilmesi çalışmalarında izotop hidrolojisinin kullanılması, izotop tekniklerinin uygulama alanları laboratuvarımızda yapılan çalışmalar paralelinde anlatılmıştır. Anahtar Sözcükler: Hidroloji, izotop hidrolojisi, çevresel izotoplar ABSTRACT Current estimates are that the Earth s hydrosphere contains a huge amount of water about 1400 million cubic kilometers. However, 97.5% of this amount are saline waters and only 2.5 % is fresh water. By 2025, world population is expected to be 8 billion. Quantity of the renewable water resources in Turkey has decreased due to urbanization, ındustrialization and population with each 1

10 passing day. However quality of water resources in Turkey is affected by land use practice such as cultivation with accompanying application of large quantities of fertilizers and pesticides, ground water salinitaion, waste water. In this respect, new research methods were eagerly sought by researcher for developing water resources due to the rising industrial developing and growing of population. Isotope techniques provide invaluable information on the sources, movement and quantitiy of water in different environments. DSI Technical Research and Quality Control Department has used isotope techniques together with begining ısotope study over the world. Key Words : Hydrology, isotope hydrology, environmental isotopes 1.GİRİŞ Günümüzde mevcut olan ve yapılan araştırmalarla XXI.yüzyılda hızla artan bir sorun haline gelecek olan su sorunlarının çözümlenmesinin ancak su kaynaklarının geliştirilmesi ile giderilebileceğinin gerekliliği araştırmacılar tarafından uzun yıllardan beri vurgulanmaktadır. Suyun miktarının azalması ve suyun kalitesindeki değişimler uygulamada karşılaşılan ve kullanıcıyı doğrudan etkileyen iki temel sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Miktar ve kalite sorunlarının yanında suyun verimli ve sürdürülebilir bir biçimde kullanılmasını amaçlayan çalışmalarda gösterdiği başarılar nedeniyle İzotop Hidrolojisi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisi, yapay izotop hidrolojisi ve çevresel izotop hidrolojisi olmak üzere ikiye kısımda incelenir. Yapay izotop hidrolojisinde yapay olarak hazırlanan izotop inceleme alanında kullanılır ve zamanla bu radyoizotopun konsantrasyonundaki azalma gözlenerek değerlendirme yapılır. Çevresel izotop hidrolojisinde ise sularda doğal olarak oluşan izotopik değişmeler kullanılır. Değişmeler tarafımızdan kontrol edilemez ve değiştirilemez. Ancak doğal olarak ortaya çıkan değişmeler izlenir ve değerlendirilir [5]. 2. İZOTOP VE İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANIM ALANLARI Bir elementin atom numarası aynı fakat farklı kütle numarasına sahip atomlarına izotop denir. İzotoplar, kararlı ve radyoaktif izotoplar olmak üzere olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Kararlı izotoplar karalı bir çekirdek yapısına sahiptirler, kapalı bir sistemde kararlı izotopların atomik konsantrasyonlarında hiçbir değişiklik olmaz. Radyoaktif izotopların çekirdekleri ise kararsız bir yapıya sahiptir ve zamanla parçalanarak başka elementlerin izotoplarına dönüşürler. A.KARARLI İZOTOPLAR Hidrolojide kullanılan başlıca izotoplar suyun yapısında bulunan oksijen ve hidrojenin izotoplarıdır. Ayrıca azot, klorür, kükürt, asal gazlar, uranyum ve toryum v.b elementlerin izotopları da yüzey ve yeraltısuyu sistemlerinde kirleticinin kökenlerinin belirlenmesi, hareketinin saptanması v.b çalışmalarda etkin olarak kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisinde kullanılan elementlerin kararlı izotopları, sembolleri ve doğada bulunma oranlarıyla beraber TABLO 1 de verilmektedir. 2

11 TABLO 1. İzotop hidrolojisinde kullanılan bazı elementlerin kararlı izotopları Element Hidrojen Oksijen Karbon Azot Kükürt Klorür Doğada bulunma oranı % 99,985 0,015 99,759 0,037 0,204 98,892 1,108 99,635 0, ,75 4,21 0,02 75,7 24,3 Sembol 1 H 2 H;D 16 O 17 O 18 O 12 C 13 C 14 N 15 N 32 S 33 S 34 S 36 S 35 Cl 37 Cl Tablodan da görüleceği gibi hidrojen elementinin kütle numarası 1 olan 1 H-hidrojen izotopu % ile doğada en fazla bulunma oranına sahiptir. Hidrojen elementinin kütle numarası 2 olan ağır izotopu 2 H-döteryum ise daha az bulunmaktadır. Oksijen elementinin üç adet kararlı izotopu ( 16 O, 17 O, 18 O) mevcuttur. Değişik hidrojen ve oksijen izotoplarına sahip olan su moleküllerinin ancak üç tanesi doğada ölçülebilir konsantrasyonlarda bulunur. Bunlar H 2 16 O, H 2 18 O ve 1 H 2 H 16 O dur [4]. Oksijen ve hidrojenin karalı izotopları hidrolojik çalışmalarda genellikle izleyici olarak kullanılmaktadır. Su numunesi içerisindeki izotopların bolluğu onların 2 H/ 1 H veya 18 O/ 16 O gibi izotopik bolluk oranlarıyla verilebilir. Oranlardaki bu değişimler ancak kütle spektrometreleriyle saptanabilir. Kütle spektrometresi, iyonlaştırılmış ölçüm gazının hız süzgecinden geçtikten sonra manyetik alan uygulanması esnasında farklı iyonların farklı dairesel yörüngeler çizerek kolektörlerde toplanması ve yükselteç ve diğer elektronik sistemler aracıyla ölçülmesi prensibi ile çalışır (Şekil 1). 3

12 Şekil 1. Kütle spektrometresinin çalışma prensibi İzotopik içerikler aşağıdaki δ notasyonu ile verilir. R δ ( o / oo) = R R numune s tan dart s tan dart 1000 δ değeri bağıl bir değerdir. Yani δ değeri, numunenin 18 O/ 16 O veya 2 H/ 1 H oranı bir standardın 18 O/ 16 O veya 2 H/ 1 H oranından farklılığıdır. Su analizlerinde izotoplar için kabul edilen standart SMOW (Standart Mean Ocean Water) dur. İzotopik içerikleri analiz sonucu olarak verilirken döteryum için 2 δ, δ 2 H veya δ D, oksijen-18 izotopu için δ 18 O veya 18 δ ifadeleri kullanılır. B.RADYOAKTİF İZOTOPLAR İzotop hidrolojisi çalışmalarında kullanılan radyoaktif izotopların başında hidrojen elementinin kütle numarası 3 olan Trityum ( 3 H) ve karbon elementinin kütle numarası 14 olan Karbon-14 ( 14 C) izotopları gelmektedir. Yarı ömrü yıl (4500±8 gün) olan ve beta bozunması veren trityum, atmosferin üst tabakalarındaki azot atomlarıyla kozmik nötronların etkileşmesinden doğal olarak oluştuğu gibi, termonükleer denemeler sonucunda da oluşmaktadır. Trityum atomları doğada oranında bulunur. Su içerisindeki trityum konsantrasyonu trityum birimi ( TU ) olarak verilmektedir. Yani hidrojen atomuna karşı bir trityum atomunun bulunması 1 Trityum Birimi (TU) olarak tanımlanır. Radyoaktif olmasından dolayı uğradığı zamansal değişim nedeniyle yeraltısularının bağıl yaşının (eskilik derecesi) belirlenmesi çalışmalarında kullanılmaktadır. Ayrıca yeraltısularının rezervuarda yenilenme sürelerinin tahmini yapılmaktadır. Yenilenme süresinin tahmini yeraltısuyu hareket hızının belirlenmesinde rol oynamaktadır. Radyoaktif izotopların bir başkası ise karbon-14 dür. Karbon -14, 5730 yıl yarı ömre sahiptir ve 156 kev maksimum beta enerjisi verir. Doğada bolluğunda bulunan bu izotop da trityum 4

13 izotopu gibi atmosferde doğal olarak ve nükleer denemelerle oluşarak hidrolojik çevrime girer. Karbon-14 genelde yeraltısuyu yaşının belirlenmesi amacıyla kullanılır. Doğada bu kadar az bulunan bu atomların analiz edilebilmesi için gelişmiş nükleer tekniklerin kullanılması zorunlu olmaktadır. Trityum ve karbon-14 analizlerinde yaygın olarak kullanılan sistemlerden birisi sıvı sintilasyon sayma sistemidir. Sıvı sintilasyon sayma sistemi, sayım için bir yöntemle hazırlananmış sintilatör ilaveli numunenin sayma sisteminde sayılması prensibine dayanır. Numune içindeki beta parçacıkları atom çekirdeklerinden yayınlanır, sintilatör atomları uyararak fotonları oluşturur ve bu fotonlar fotoçoğaltıcı tüp aracılığıyla elektriksel darbelere dönüştürülerek çıkış sinyali olarak dedekte edilirler. Şekil 2. Sıvı sintilasyon sayma sisteminin çalışma prensibi [1] Hidrolojik çevrim sürecinde, suyu oluşturan hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının izotopik içeriklerinde başta sıcaklık olmak üzere yersel ve zamansal faktörlere bağlı olarak birtakım değişiklikler oluşur. Hidrolojik çevrim sürecinde, suyun içeriğindeki kararlı izotoplarda meydana gelen izotopik değişimler, su kütlelerine değişik mesajlar verir. Söz konusu bu mesajların deşifre edilmesi su kütlelerinin hareketlerinin izlenmesini mümkün kılar. Radyoaktif izotoplar ise yarılanma ömürleri nedeniyle suların eskilik derecelerinin belirlenmesi, suların akiferde kalış ve yenilenme süresinin belirlenmesinde izleyici olarak kullanılırlar. Yerüstü ve yeraltı suları, nehirler, sıcak ve mineralli sular, yaşlı sular ve göllerde yapılan çalışmalarda kullanılan izotop teknikleri - nin uygulama alanları aşağıda özetlenmiştir. -Yeraltısularının beslenme alanlarının belirlenmesi; -Baraj ve göl kaçaklarının etüdü; -Çeşitli su kütlelerinin birbirleriyle ilişkilerinin saptanması; -Akiferlerin su taşıma özelliklerinin belirlenmesi; 5

14 -Kar-su eşdeğerinin belirlenmesi; -Nehir ve deniz tabanındaki sürüntü maddesinin ölçülmesi; -Yeraltısuyu eskilik derecelerinin belirlenmesi; -Yeraltısuyunun akiferde kalış ve yenilenme sürelerinin belirlenmesi; -Farklı su kütlelerinin karışım oranlarının belirlenmesi; çalışmalarında kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisindeki hızlı gelişim, farklı izotoplar kullanılarak yukarıda özetlenen kullanım alanlarına yeni uygulama alanları eklenmesine olanak vermiştir. Örneğin, bor izotopları yeraltısuyu içerisindeki pissu atıklarının belirlenmesinde izleyici olarak, klorür izotopları yavaş hareket eden yeraltısuyu sistemlerinde, tuzluluğun kaynağı hakkında bilgi vermesi açısından kullanılmaktadır. Kripton-85 ve Helyum-3 akışkanların kaynağının ve genç suların yaşının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Suyun içerisindeki kararlı izotoplar çeşitleri (δ 2 H-H 2 O, δ 18 O-H 2 O, δ 34 S-SO 4 2-, δ 18 O-SO 4 2-, δ 15 N-NO 3 - v.b) hidrokimyasal ve hidrodinamik görüşlere açıklık getirebilmek için de kullanılmaktadır [3]. Ülkemizde de izotop tekniklerinin Dünya da uygulanan en yeni izotop teknikleriyle paralel olarak kullanılmasının sağlanması yeraltısularının ülke içinde maksimum düzeyde değerlendirilebilmesine olanak sağlayacaktır. 3. İZOTOP LABORATUVARI İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü nde başlıca 3 laboratuvar mevcuttur. 1.Kararlı İzotop Laboratuvarı : 1979 yılında Uluslararası Atom Enerji Ajansı nın desteğiyle alınan kütle spektrometresi ile çalışmalarını sürdüren bu laboratuvarda hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının analizleri (döteryum ve oksijen-18) IAEA nın belirlediği yöntemlerle ve Uluslararası Standartlar (SMOW; SLAP; GISP) kullanılarak yapılır. Laboratuvarda kullanılan kütle spektrometresi Şekil 3 de verilmektedir. Şekil 3. Kararlı izotop laboratuvarında kullanılan kütle spektrometresi 6

15 2. Trityum ve Karbon-14 Laboratuvarı: Sulardaki trityum konsantrasyonunun belirlenmesi amacıyla kurulan bu laboratuvarda 1970 li yıllardan 1990 lı yılların başına kadar gaz sayma sistemi ile çalışılmıştır. Daha sonra sıvı sintilasyon sayaçlarında daha önceki yıllarda aşağı çekilemeyen dedeksiyon limitinin, elektronik teknolojisindeki gelişmeler sayesinde çok küçük değerlere indirilmesiyle sıvı sintilasyon sayma tekniği trityum analizleri için kullanılmaya başlanmıştır. Laboratuvarımızda 1992 yılından itibaren sıvı sintilasyon sayma sistemiyle çalışmalar devam etmektedir. Karbon-14 laboratuvarında ise benzen sentezi temeline dayanan karbon-14 numune hazırlama sistemi kurulmuştur. Sulardaki Karbon 14 ölçüm çalışmalarına önümüzdeki yıllarda ağırlık verilmesi planlanmaktadır. Trityum ve karbon-14 numunelerinin sayım işlemlerinin yapıldığı sıvı sintilasyon sayma cihazı Şekil 4 de verilmektedir. Şekil 4. Sıvı sintilasyon sayma cihazı Bu laboratuvar, trityum analiz sonuçlarının güvenirliliğinin test edilmesi için yapılan karşılaştırma (intercomparison) programlarına sürekli olarak katılmaktadır. En son IAEA nın düzenlemiş olduğu TRIC-2000 intercomparison programında bu analizi yapan Dünya laboratuvarları arasında önemli bir sırada yer almıştır. Dairemiz ISO çalışmaları kapsamında devam eden deney bazında akreditasyon çalışmalarına trityum analizleri için başlanmıştır. 3. Suların Radyoaktif Kirlenmesini Kontrol Laboratuvarı: Suların radyoaktivite yönünden kalitesinin belirlenmesi son yıllarda gündeme gelen konulardandır. Bu amaçla kurulan laboratuvarda su numunelerindeki toplam alfa/beta radyoaktivite konsantrasyonları; buharlaştırılan numunelerin düşük seviyeli alfa beta sayma sisteminde (Şekil 5 ) sayılması yöntemiyle belirlenir. Sonuçların TSE-266 İçme ve Kullanma Standartında verilen izin 7

16 verilen limit değerlere uygun olup olmadığının kontrolü yapılır. Toplam alfa ve beta deneyleri için de akreditasyon çalışmaları devam etmektedir. Şekil 5. Düşük seviyeli alfa beta sayma sistemi 3. İZOTOP LABORATUVARI ÇALIŞMALARI İzotop Hidrolojisi; ikinci dünya savaşından sonra çevreye radyonüklitlerin saçılması (örn. radyoaktif serpinti olarak) sonucunda izotop jeolojisi bilim dalının çevresel çalışmalarında etkili bir şekilde özellikle yaş tayininde kullanılmaya başlanmıştır. Daha sonra gelişmekte olan ülkelerde endüstriyelleşme, şehirleşme ve tarımsal çalışmaların artışından dolayı su kaynaklarının kirlenmesine dayalı olarak artan su krizi hidrolojiyle uğraşan kişilerin yeni araştırmalara yönelmelerine sebep olmuştur li yıllarda ve 1960 lı yılların başında nükleer endüstrilerden çevreye yayılan kısa ömürlü radyoaktif izotoplar, su sistemlerin önemli lokal parametrelerinin (boşluk hacmi, geçirimlilik ve depolama hacimleri v.b) belirlenmesi için yüzey suları ve yeraltısularında izleyici olarak kullanılmaya başlanmıştır [2]. Bu çalışmaların laboratuvar çalışmalarıyla desteklenmesi gerçeğinden yola çıkılarak dünyada izotop laboratuvarları kurulmaya başlanmıştır. Çalışmaların bir ileri aşaması ise yapay radyoaktif maddelerin bu çalışmalarda kullanılmaya başlanması olmuştur. DSİ nin fonksiyonları çerçevesinde su kaynaklarının geliştirilmesi ve planlanması için yürütülen hidrojeolojik etüt ve araştırmalarda izotop tekniklerinin kullanılması amacı ile 1960 lı yılların başlarında DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı İzotop laboratuvarı UNESCO desteğiyle Dünya daki izotop hidroloji çalışmalarının başlamasına paralel olarak kurulmuştur. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlenerek nükleer teknikleri ülkemizde çeşitli çalışmalarda uygulamaya başlamıştır ve 1970 li yılların ortalarına kadar radyoaktif izotoplarla çalışmalar yapılarak ülkemizdeki bir çok hidrolojik ve hidrojeolojik problemlere katkıda bulunmuştur. 8

17 YILLARI ARASINDA RADYOAKTİF MADDELER KULLANILARAK YAPILAN ÇALIŞMALAR: Yeraltı ve Yerüstü Sularının Çeşitli Göl ve Kaynak Suları İle Bağlantısının Araştırılmasında Radyoaktif İzleyicilerin Kullanılması Y. ATAKAN-1966 Bu çalışma Denizli nin 35 Km kuzey doğusunda yer altı mağarasına açılan Haydar baba düdeninde yapılmıştır. Mağara içindeki çeşitli yerlerden çıkan sular yer altı deresi halinde akmaktadır. Sulamada kullanılacak olan bu yeraltısuyunun diğer sular ile ilişkisinin olup olmadığı Brom-82 kullanılarak tespit edilmeye çalışılmıştır. Konya Ovası Yeraltısularında Radyoizotop Enjeksiyonları İle Yeraltısuyu Akifer Karakteristiklerinin Tayini ve Elde Edilen Sonuçların Aynı Yerlerde Yapılan Pompa Deneyleriyle Karşılaştırılması Y.ATAKAN ve arkadaşları-1968 Bu çalışmada Konya ovası yeraltısularında izotop ve çift kuyu tekniği ile yeraltısuyu akım hızı belirlenmeye çalışılmış ve akiferler arası irtibatlar tespit edilmiştir. Radyoizotop Kullanılarak YD+ Drenaj Kanalının Akdenize Açıldığı Yerde Kum Hareketinin Etüdü İ.ERTAN-1971 Bu etütle Çukurova sulama sularının fazlasını drene edebilmek için ağzı Akdeniz e açılmış YD+ drenanaj kanalının denize açıldığı yerde kum hareketinin yönünün bulunması amaçlanmıştır. Çalışma sonunda deniz dibindeki genel kum hareketinin güney batı- batıdan, kuzey doğu doğu ya doğru olduğu saptanmıştır. Niğde Misli Ovasında Radyoaktif Madde Enjeksiyonu İle Yeraltısuyu Hızının Belirlenmesi İ.ERTAN-1972 Bu araştırmada çalışma alanındaki kuyulara çift ve tek kuyu teknikleri uygulanarak akifer kalınlığı, etken porızite ve yeraltısuyu akım hızının belirlenmesi çalışılmıştır. Çeşitli Zeminlerde Farklı İzotopların Absoblanmasının İncelenmesi M. ALİŞAN-1975 Bu çalışma, hidrolojide genellikle kullanılan Br-82, Na-24, Au -198 izotoplarının çeşitli zeminlerde absoblanmasının etüdü yapılmıştır.. Zamanla radyoaktif maddelerin çevreye vermiş olduğu endişe, aynı zamanda cihaz teknolojilerindeki gelişmeler bu alanda çalışan kişileri sularda doğal olarak bulunan çevresel izotoplarla ( döteryum, oksijen-18, trityum, karbon-13, karbon-14 v.b) çalışmaya yönlendirmiştir. İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü de gerek bu konuda uluslararası konumunu sürdürmek gerekse su kaynakları potansiyelinin daha verimli biçimde değerlendirilmesini sağlayan nükleer teknikteki gelişmeleri laboratuvara aktarmayı amaçlamış ve çalışmalarını çevresel izotopların kullanılmasına kaydırmaya başlamıştır. Bu çerçevede Uluslararası Atom Enerjisi Ajansının (IAEA) 9

18 desteği ve katkılarıyla trityum laboratuvarı kurulmuştur yılında ise yine IAEA nın desteğiyle kararlı izotopların ölçülebileceği kütle spektrometresinin alınmasıyla laboratuvarımız dünya izotop laboratuvarları ile aynı konuma getirilmiştir. Zaman zaman laboratuvarda gerek deney düzeneği gerekse cihaz bazında yapılan değişimlerle tüm dünyadaki izotop laboratuvarlarıyla paralellik sağlanmıştır. Aşağıda laboratuvarda bugüne kadar yapmış olduğu çalışmalardan örnekler izotop hidrolojisinin ilgilendiği konu başlıkları ile beraber özetlenmiştir. YERALTISULARININ HAREKETİ, BESLENME ALANLARININ VE AKİFERLERİN SU TAŞIMA ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ İLE İLGİLİ YAPILAN ÇALIŞMALAR: Isotope Techniques Applied To Groundwater Movement In The Konya Closed Basin F. ŞENTÜRK ve arkadaşları-1969 Bu çalışmada Konya kapalı havzasında, izotop teknikleri kullanılarak yeraltısuyu hacmi, beslenme mekanizması ve yeraltısuyu hızı incelenmiştir. Bu proje, özellikle yeraltısuyu orjininin belirlenmesi açısından örnek bir çalışma olarak dünya literatüründe yer almıştır. Çalışmada Konya havzasına düşen yağışların δd = 8 δ 18 O + 16 denklemine uyan yağışlar olduğu belirlenmiştir. Bu durum bu havzasına düşen yağışların Akdeniz kaynaklı yağışlardan ve karasal genel yağış denklemine uyan iç Anadolu yağışlarından etkilendiği göstermektedir. Bu çalışmada Konya Kapalı havzasında farklı derinliklerdeki akiferler belirlenmiş ve yeraltısuyunun hareket yönü saptanmıştır. Havzanın yeraltı suyunun genellikle Toros Dağlarının kuzey yamaçlarından beslendiği, aynı zamanda bölgenin batısına ve Boz Dağ a düşen yağışların da beslenmeye bir miktar katkıda bulundukları tahmin edilmiştir. Antalya bölgesindeki sahil kaynaklarının Konya kapalı havzasının yeraltısuyu ile ilişkisi olmadığı kanısına varılmıştır. Determination Of Groundwater Characteristic in The Niğde Misli Plain By Means Of Isotopes S. BURSALI-1971 Bu çalışmada Misli ovasında yeraltısuyu karakteristiklerinin belirlenmesi için başlatılmıştır. çalışmalar İzmir İçme Suyu Projesi Kapsamına Giren Sarıkız Kaynakları Geliştirme Çalışmasında İzotop Yöntemlerinin Uygulanması İ.ERTAN-1977 Bu uygulamada Sarıkız kaynaklarının geliştirme çalışmasında yapay radyoizotop yöntemlerinin uygulanmasına paralel olarak izotop yöntemlerinin uygulaması yapılmıştır. Determination of Groundwater Charecteristics and Groundwaterbudget in Edremit Plain by Means of Isotopes E.ÖNHON ve arkadaşları-1981 Bu araştırmada akiferi besleyen akarsular, termal sular ve yağışın yeraltısuyuna katılımını inceleyerek daha önce hidrojeolojik etütler ile hesaplanan yeraltısuyu bütçesinin belirlenmesi amaçlanmıştır. İzotop analizleri sonucunda termal sulardan akiferin etkilendiği bölgeler belirlenmiş 10

19 yeraltısuyunun genel akım yönleri saptanmış, akarsular ve yağışın yeraltısuyuna etkisi incelenmiştir. Research on Karst Waters in Yukarı Çürüksu Plain Using Isotope Techniques E. ÖNHON ve arkadaşları Bu çalışmada Yukarı Çürüksu havzasında artan tarımsal alanlar nedeniyle suya duyulan ihtiyaçtan dolayı bu havzadaki suların karakteristikleri izotop yöntemleriyle araştırılmaya çalışılmıştır. Bu proje IAEA işbirliğiyle gerçekleştirilmiştir. Research and groundwater Flow dynamics of Lamas Basın by Isotope methods E. ÖNHON ve arkadaşları IAEA TUR 8/011 projesi kapsamında gerçekleşen bu projede Lamas Bölgesindeki Akdeniz Kıyı kaynaklarının beslenme ve boşalma mekanizmaları incelenmiş ve karst su kaynaklarının geliştirilmesi üzerinde çalışılmıştır. Niğde Misli Ovasında İzotop Tekniklerinin Kullanılarak Yeraltısuyu Karakteristiklerinin Belirlenmesi N. BAŞARAN ve arkadaşları-2001 Bu çalışma, Niğde Misli Ovasında İzotop Teknikleriyle yeraltısuyu hareketlerinin ve beslenme sahalarının belirlenerek Hidrojeolojik çalışmaları desteklenmesi amacıyla yapılmıştır. BARAJ VE GÖL KAÇAKLARININ ETÜDÜ VE ÇEŞİTLİ SU KÜTLELERİNİN BİRBİRLERİYLE İLİŞKİLERİNİN SAPTANMASINA AİT YAPILAN ÇALIŞMALAR: Alsancak Barajı Civarındaki Kaynak Sularının Çekerek Irmağı ile İlişkilerinin Trityum Analizi Yardımı ile araştırılması S.GÜLER,1971 Tokat ın Zile ilçesi civarında Yeşilırmağın Çekerek kolu üzerinde inşaa edilen Alsancak Barajı rezervuar bölgesindeki kaynakların baraj gölü dolduktan sonra göl suyunun,kaynakların, nehir suyu ile bağlantıları olup olmadığı trityum ve kimyasal metotlar kullanılarak bir çalışma yapılmıştır. Keban Barajı Kaçaklarının Çevresel İzotoplarla İncelenmesi İ.ERTAN-1975 Bu araştırmada Baraj su tutmadan önce mevcut olan Santral önü kaynakları, Fırat Nehri sol kıyı kaynakları ve derivasyon tüneli kaynağına baraj rezervuarının katkısının bulunup bulunmadığının incelenmesi ve baraj su tuttuktan sonra Keban deresi kıyısında çıkan Keban deresi kaynak sularının orijinlerinin bulunması amaçlanmıştır. Gördes Barajı Yerinde İzotoplarla Hidrolojik etütler İ.ERTAN-1987 Gediz Havzasının su düzeni açısından Gördes Baraj rezervuar alanının geçirimsiz olup olmadığını klasik çalışmalara paralel olarak çevresel izotoplardan yararlanılmıştır. 11

20 Atatürk Barajı Sahasında İzotop Çalışmaları S.GÜLER ve arkadaşları Barajda ileride ortaya çıkması muhtemel sorunların izotop yöntemleri kullanılarak çözülmesi için 1979 yılında çalışmalara başlanmıştır.bu raporda baraj inşaatı esnasında zaman zaman alınan numunelerin izotop analiz sonuçları sunulmuştur. To Determine Whether is Connection Between Karamık and Hoyran Lakes by Isotopes İ. ERTAN ve arkadaşları-1994 Bu çalışmada Karamık ve Hoyran Gölleri arasında ilişki olup olmadığı izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalışılmıştır. Böylece kirlilik sorunu bulunan Karamık Gölünün Isparta içme suyunun sağlanacağı Hoyran gölünü etkileyip etkilemeyeceği tespit edilmeye çalışılmıştır. Yapraklı Barajında Mansap Kaynaklarının Baraj Gölü İle İlişkisinin Çevresel İzotoplarla İncelenmesi C. ÇİFTER-1995 Isparta il sınırlarında bulunan Yapraklı Barajı nda baraj su tutulmaya başladıktan sonra baraj aksının mansabındaki kaynakların debilerindeki artışın baraj rezervuarı ile ilişkili olup olmadığı çevresel izotoplar kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. Devegeçidi Baraj Mansabındaki Suların Baraj gölü ile İlişkileri Olup Olmadığının İncelenmesi A. DİRİCAN Devegeçidi barajının sol sahilinde baraj mansabında oluşan gölcüklerin baraj rezervuarından mı yoksa yağmur suyundan mı beslendiği konusuna açıklık getirilmek üzerine çevresel izotop çalışması yapılmıştır. Obruk Barajında Çevresel İzotop verilerinin Toplanması C. ÇİFTER-1999 Barajda inşat sırasında ve işletmeye açıldıktan sonra çıkabilecek sorunların çözümü için çalışma alanında yer alan su kaynaklarının baraj su tutmadan önceki çevresel izotop karakteristiklerinin belirlenmesinin öneminden yola çıkılarak Obruk Barajı ve çevresinde izotop verilerinin toplanması çalışmaları bu raporda verilmektedir. Uludağ kuzey yamaçlarında kar su eşdeğeri ve akımıın nükleer yöntemlerle belirlenmesi İ.ERTAN-1984 Kar-su eşdeğerinin belirlenmesi çalışmaları için örnek olarak verilebilir. Bu çalışmada kar su eşdeğeri ve akımının bulunmasında Uludağ da bir pilot havzada klasik yöntemlerin paralelinde nükleer yöntemlerle incelenmiştir. GÖL ÇALIŞMALARI: Karadeniz de İzleyici Tekniklerinin Uygulanması D.CAN-1996 Karadeniz deki değişim, taşınım ve karışım prosesleri ile Akdeniz in girişimi ve etkisi izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalışılmıştır. 12

21 Van Gölü ve Çevresindeki Suların İzotopik ve Kimyasal İçeriklerinin Belirlenmesi ve Su Dengesinin İncelenmesi S. GÜLER ve arkadaşları-1998 Bu çalışmada göl dinamiğinin incelenmesinde gerekli bazı parametreleri tahmin etmek ve göle tabandan beklenmeyen herhangi bir su kaynağının katılıp katılmadığını belirlemek amacıyla bu çalışma yapılmıştır. İzotop hidrolojisinin temel verileri olan yağışın izotop içeriklerinin zamana ve alana bağlı değişimlerinin bilinmesi önemlidir. Ayrıca ileride bu konuda çalışılacak bölgeler ve lokasyonların analiz sonuçlarının araştırmacılara yarar getireceği düşüncesiyle zaman zaman laboratuvardan çıkan bütün projelerdeki yağış ve su noktalarına ait çevresel izotop verileri raporlar halinde sunulmaktadır. Veri bankası oluşturulması amacıyla yapılan bu çalışmaya Türkiye deki İstasyonlara Ait Çevresel İzotop Bilgileri M. POLATSÜ,1976 ve Türkiye deki Yağışların Çevresel İzotop İçeriklerinin Belirlenmesi M.SAYIN ve arkadaşları 1995 yayınları örnek verilebilir. Mevcut olan en son verilerin toplanması ve yayınlanması çalışmaları devam etmektedir. Su kaynaklarının daha etkin bir şekilde geliştirilmesi korunması ve yönetilmesine yönelik olarak nükleer tekniklerin uygulanmasının öneminden dolayı laboratuar olarak bu konu ile ilgili araştırma yapan kuruluşlar ve üniversiteler ile son yıllarda gerek deney gerekse proje bazında katkı verilmeye artan bir şekilde devam etmektedir yılında laboratuarımızın çalıştığı projeler aşağıda verilmektedir. A) Eskişehir Günyüzü-Subaşı kaynağı Karst Hidrojeolojisinin Belirlenmesi Birlikte Yürütülen Kuruluş: DSİ Jeoteknik Hizmetler ve YAS Dairesi Başkanlığı, Karst Şube Müdürlüğü Konu: Bu çalışmada Eskişehir Günyüzü Subaşı kaynağı karst hidrojeolojisinin klasik yöntemlerle incelenmesi, buna paralel olarak kaynakların beslenme mekanizmaları, ilişkileri ve havzanın çalışma sistemi hakkında bilgi edinmek amacıyla izotop tekniklerinin kullanılması amaçlanmıştır. B)Akım Hidrografının Bileşenlerine Ayrılmasında İzotop Tekniklerinin Kullanılması Birlikte Yürütülen Kuruluş: Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Ankara Araştırma Enstitüsü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi. Konu: Bir akım hidrografının bileşenleri direkt olarak ölçülememektedir. Ankara Yenimahalle Güvenç Havzası model çalışma alanı seçilmiş ve İzotop tekniklerini uygulayarak toplam akım hidrografının bileşenlerinin belirlenmesine çalışılmıştır. C)Kuzey Anadolu Fay Hattında Jeotermal kaynakların İzotop bileşimlerinin incelenmesi Birlikte Yürütülen Kuruluş: Ortadoğu Teknik Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Kaliforniya Üniversitesi Scripps Enstitüsü Konu: Bu proje Kuzey Anadolu fay hattı üzerinde ve civarında yer alan jeotermal kaynakların, kimyasal ve izotopik bileşimlerinin 3 yıllık bir zaman aralığı içerisinde izlenmesini ve olası bileşim değişikliklerinin sismik aktiviteler ile ilişkisinin araştırılması konu almaktadır. D)Beypazarı Yeraltısuyu İşletme Sahasında İzotop Çalışmaları Birlikte Yürütülen Kuruluş: DSİ V.Bölge Müdürlüğü Konu: Beypazarı ve civarında çok kıymetli doğal soda yatakları bulunmuş Eti Holding A.Ş. tarafından ön fizibilite çalışmaları sürdürülmektedir. Doğal soda yataklarının işletme şekli, 13

22 yeraltısuyu miktar ve kalite yönünden korunması ve işletme sırasında doğabilecek yeraltısuyu problemlerinin çözümüne yönelik hidrojeolojik çalışmalar sürdürülmektedir. 4. SONUÇ Nükleer tekniklerin su kaynaklarının araştırılmasında kullanılmasının öneminin sürekli olarak artığı günümüzde izotop hidrolojisindeki gelişmelerin ülkemizde de takip edilmesi gerekliliği buna bağlı olarak laboratuvar çalışmalarının geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Aynı zamanda teorik ve pratikte yaşanan zorluklar göz önüne alındığında, bu konuda çalışan kurum ve kuruluşlar ile üniversiteler arasındaki işbirliğinin sağlanması gerekliliğinin önemi de gün geçtikçe artmaktadır. 5. REFERANSLAR [1] ALTAY,T., ÇİFTER,C., Trityum Laboratuvarı El Kitabı, İz -903, 1996, ANKARA [2] GAT, J.R., Isotope hydrology devolopments and challenges, lecture notes [3]KNOLLER, K.,TRETTIN, R., KOWSKI, P., The application of isotopes for the determination of the origin of sulfate in drinking water catchment area of Torgau-Mockritz (Germany), Geochemical Processes, 2002, GERMANY [4] MOOK, W.,G., Environmental isotopes in the hydrological principles and applications, 2001, VIENNA [5] SAYIN, M., Hidrolojide izotop tekniklerinin uygulanmasına ait örnek çalışmalar, 2001, FETHİYE 14

23 HİDROLOJİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI NEW ISOTOPES IN HYDROLOGY AND THEIR APPLICATIONS Levent TEZCAN Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi, Beytepe Ankara ÖZET Son yıllarda çok sayıda yeni izotop hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılmaya başlanmıştır. Hidrolojik problemlerin zaman içerisinde sayısının artması, suların kökeni ve dinamiği ile ilgili daha ayrıntılı bilgilere ihtiyaç duyulması yeni izotopların kullanılmasını gerekli kılmıştır. Oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının yeterli olmadığı ya da artık kullanılamaz olduğu (trityumun atmosferik düzeyine çekilmesi, 14 C yaşlarından daha uzun yaşlara ihtiyaç duyulması) problemlerde kullanılan çok sayıda izotop bulunmaktadır. Bunların bir kısmı yeraltısuyu yaşının saptanmasında kullanılırken bir kısmı ise kökensel ilişkiler ve kirlenme süreçlerinin ortaya konmasında rol oynamaktadırlar. Bu çalışmada helyum, kripton, argon, klor, stronsiyum, azot ve iyot izotoplarının hidrolojik uygulama alanları özetlenmiştir. Laboratuvar teknolojilerinin gelişmesine bağlı olarak hem bu izotopların kullanımı yaygınlaşacak hem de yeni izotoplar kullanılmaya başlanacaktır. Bu şekilde daha farklı hidrolojik problemlerin çözümü mümkün olacaktır. ABSTRACT In recent years, new isotopes have been being used in hydrology. The increase in the number of the hydrologic problems in time, and the necessity of more detailed information about the origin and the dynamics of the water cause to apply these new isotopes. There are lots of isotopes can be used in problems where the oxygen, hydrogen and the carbon isotopes are not sufficient or can not be used any more (such as the recession of tritium to background level, the requirement of dating much older water than the range of 14 C). Some of these are used for groundwater dating, and some are used in origin and pollution problems. In this study, the hydrologic application areas of the helium, krypton, argon, chlorine, strontium, nitrogen and iodine isotopes are summarized. The technological enhancements in laboratories will result the extensive use of these isotopes and the newer isotopes, which will provide to solutions to new hydrological problems. GİRİŞ Hidrolojik problemler başlıca ilgili bağımlı değişkenin zaman ve konum içerisinde aldığı ve alabileceği değerlerin belirlenmesi ile ilgilidir. Bu bağımlı değişken çoğunlukla hidrolik yük (enerji 15

24 düzeyi), konsantrasyon ve sıcaklık olmaktadır. Bağımlı değişkenlerin beslenme bölgesi ile boşalım bölgesi arasında değişimi bir çok etken tarafından kontrol edilmektedir. Beslenme, depolanma ve akım rejimindeki heterojenlikler ile karmaşık sınır koşulları bağımlı değişkenlerin alacağı değerlerin belirlenmesi ve kestirilmesini güçleştirmektedir. Hidrolojik bir problemin çözümü, problemi, bağımlı değişken, sınır koşulları ve beslenme boşalım süreçlerine bağlı bir model ile ifade ederek gerçekleştirilmektedir. Problemin tek bir bilinmeyenden oluşması ve modelin diğer tüm parametrelerinin ve değişkenlerinin bilinmesi durumunda çözüm oldukça kolay elde edilmektedir. Ancak hidrolojik sistemleri temsil eden değişkenler ve parametrelerin bilinmesi çoğunlukla mümkün değildir. Bu nedenle problemlerin çözülebilmesi için sistem basitleştirilmekte, parametre ve değişkenlerin konumsal değişimleri göz ardı edilmekte ve sistem homojen bir bütün olarak kabul edilmektedir. Yine sistemin sınır koşulları ve beslenme boşalım süreçleri konumsal ve zamansal olarak homojen varsayılmakta ve ortalama bir çözüme ulaşılmaktadır. Günümüzde gelişen araştırma, ölçüm ve değerlendirme yöntemleri bu tür bir ortalama çözüm yerine daha ayrıntılı ve sistem içerisindeki süreçleri de aydınlatmaya yönelik çabaların artmasına olanak sağlamıştır. Bu kapsamda bir çok karmaşık problemin çözümünde izotopların kullanımının oldukça yaygınlaştığı görülmektedir. İzotopların hidrolojik problemlerin çözümünde önemli bir yere sahip olmasının temel nedeni sistem içerisinde konumsal ve zamansal değişimlerini etkileyen süreçlerin ayrıntılı bir şekilde belirlenebilmesidir. Bu şekilde izotopların birlikte hareket ettiği su ile ilgili süreçler de aydınlatılabilmektedir. Suyun kökeni, beslenme bölgesi, buharlaşma ve karışım süreçleri, depolanma özellikleri ve süresi, akım dinamiği gibi hidrolojik problemler, bu süreçler içerisinde izotopların nasıl davrandığının aydınlatılması ile çözülmektedir. Hidrolojik problemlerin çoğunlukla çok bilinmeyenli olması nedeniyle, problemin çözümünde bilinmeyen sayısı kadar eşitlik oluşturulması gerekmektedir. Örneğin her hangi bir havzanın su bütçesi oluşturulurken, gerçek buharlaşma-terleme ve yeraltına süzülme terimleri bilinmeyen değişkenleri oluştururken, yağış, akış, yüzeysel depolama vb. ölçülen terimler bilinen değişkenleri oluştururlar. Bütçe denkleminde hem buharlaşmanın hem de süzülmenin bilinmeyenleri oluşturması denklemi çözülemez kılmaktadır. Bu durumda bu değişkenler arasında kurulacak ikinci bir bağıntı bilinmeyen sayısı kadar denklem oluşturacağı için çözüm mümkün olacaktır. Bu kapsamda su ile birlikte hareket eden izotopların kütle bütçesi denklemi hidrolojik bilinmeyenleri de kapsayacağı için hidrolojik problemlerin çözümünü mümkün kılacaktır. Kimyasal ve yapay izleyicilerin hidrolojik sistem içerisindeki davranışları oldukça karmaşıktır. İzotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranışları diğer bir çok izleyiciye göre daha ayrıntılı bilinmektedir. Bu nedenle, hidrolojide rutin teknikler ile çözülemeyen bir çok problemin çözümünde oldukça yararlı olmaktadırlar. Doğada doğal olarak bulunan ve hidrolojik çevrimin değişik aşamalarında hidrolojik sisteme giren çevresel izotopların hidrolojide kullanımı 1960 lı yıllardan itibaren Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) tarafından yürütülen ve desteklenen çalışmalar ile yaygınlaşmış ve günümüzde modern hidrolojik etütlerin en önemli bileşenlerinden biri haline gelmiştir. Ülkemizde de bu alanda öncü niteliğinde çok sayıda çalışma yürütülmüştür. Hidrolojide son yıllara kadar yaygın olarak kullanılan izotoplar suyun bileşiminde bulunan oksijen ve hidrojen atomlarının izotopları ile karbon izotopları olmuştur. Duraylı izotoplardan çoğunlukla kökensel ve nitel özelliklerin ortaya konmasında, radyoaktif izotoplardan ise yeraltısuyu geçiş 16

25 süresinin belirlenmesinde faydalanılmıştır. Günümüzde ise hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılan izotopların sayısı, çözülebilen problem sayısı ve uygulama alanlarında önemli bir artış ortaya çıkmıştır. Bunun nedeni farklı izotopların analiz tekniklerinde meydana gelen teknolojik yenilikler, bu izotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranışlarının tanımlanabilmesi, hidrolojik problemlerin çeşitlerinin (miktar, kirlenme, yönetme, koruma, saklama, güvenlik, vb.) artması ve problemlerin çözümünde daha fazla ayrıntıya inilmesi gerekliliğidir. Oksijen, hidrojen ve karbon izotopları dışında hidrolojide kullanımı artan diğer izotoplar klor ( 36 Cl, 37 Cl), azot ( 15 N), helyum ( 3 He, 4 He), argon ( 39 Ar), silisyum ( 32 Si), kükürt ( 35 S), bor ( 11 B), stronsiyum ( 87 Sr), kripton ( 81 Kr, 85 Kr), iyot ( 129 I), uranyum ( 238 U, 234 U), radon ( 222 Rn) izotoplarıdır. Bu çalışmada bu izotopların hidrolojik problemlerde kullanım alanları ile ilgili kısa bilgiler verilecektir. İZOTOPLARIN HİDROLOJİK UYGULAMA ALANLARI İzotopların hidrolojide kullanımı herhangi bir hidrolojik süreci temsil eden bağımlı değişkenlerin davranışına bağlı olarak izotopların konumsal ve zamansal değişim göstermesi ve bu değişimin izotopun özelliklerine bağlı olarak belirlenmesi ile bağımlı değişkenin konumsal ve zamansal değişiminin ortaya konması ilkesine dayanmaktadır lardan günümüze kadar bir çok hidrolojik sürecin aydınlatılmasında önemli rol oynamışlardır. Çizelge 1 de günümüzde izotopların kullanım alanları ve hangi izotopların hangi süreçleri aydınlatılmasında kullanıldıkları özetlenmiştir. Bununla birlikte bu çizelgede sıralanan alanlar dışında bir çok yeni ve farklı problemde de izotoplardan faydalanılabilir. Burada önemli olan, problem içerisinde konumsal ve zamansal değişimi ortaya konulabilen bir izotopun yer almasıdır. Bir şekilde hidrolojik çevrime katılan izotopların değişik sıcaklık ve faz değişimleri sırasında su içerisinde miktarları değişmektedir. Radyoaktivite ile izotop bileşiminin değişimine zaman boyutu da eklenmektedir. Günümüze kadar en yaygın kullanılan izotoplar oksijen, hidrojen ve karbon izotopları olmuştur. Bu izotopların bir çok laboratuvarda analiz edilebilir olmaları ve doğadaki davranış mekanizmalarının ayrıntılı bir biçimde ortaya konmuş olması nedeniyle bir çok hidrolojik problemin çözümünde önemli rol oynamışlardır. Bu izotoplar aracılığı ile yeraltısuyu yüzey suyu ilişkileri, suların kökeni, beslenme alanları ve mekanizmalarının belirlenmesi, karışım süreçlerinin ortaya konması, yeraltısuyu yaş dağılımının belirlenmesi ve kısıtlı da olsa akiferlerin akım ve taşınım süreçlerini tanımlayan parametrelerin belirlenmesi konularında çok sayıda çalışma gerçekleştirilmiştir. Günümüzde hidrolojik problemlerin çeşitlenmesi (kirlenme, radyoaktif atıkların saklanması, akifer restorasyonu, derin akifer sistemlerinin araştırılması vb.) bu problemlerin çözümünde yardımcı olacak yeni izotopların araştırılmasına neden olmuştur. Değişik ülkelerde farklı problemlerin çözümünde kullanılmaya başlayan bu izotoplar kısaca aşağıda özetlenmiştir. 17

26 Çizelge 1. İzotopların hidrolojide kullanım alanları Hidrolojik Süreç δd δ 13 C δ 15 N δ 18 O δ 87 Sr Beslenme ve Akım hesabı X X X Yüzey - Yeraltı suları ilişkisi X X X X Ortalama yeraltısuyu hızı 5 yıldan genç sistemler X X X 5-30 yaş arası sistemler X X X Yeraltısuyunun kökeni 30 yıldan genç yerel X X X X X sistemler Bölgesel sistemler X X X X X Beslenme Bölgesi ya da Köken suyun belirlenmesi Yerel sistemler X X X X X X X Bölgesel sistemler X X X X X Akiferler arası sızma X X Karstik Sistemler X X X Çatlaklı Kayaçlar X X X X Yeraltısuyu Akım ve Depolama X Özelliklerinin Belirlenmesi Dispersivite çalışmaları X X X X Yeraltısuyu ve Yüzey suyu akım X X X bileşenlerinin belirlenmesi Çözülü maddelerin kökeni X X X X X X Jeokimyasal reaksiyon modeli X Yeraltısuyu Yaşının Belirlenmesi 5 yıldan genç sistemler X X X X X 5-50 yıl X X X X yıl X yıl X X X yıl X 3 H 14 C 36 Cl 39 Ar 85 Kr HİDROLOJİDE KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR Hidrolojide kullanılan yeni izotoplar hakkında burada özetlenen bilgiler önemli ölçüde USGS tarafından derlenmiş adresi ile Clark and Fritz (1997) ve Cook and Herczeg (2000) den sağlanmıştır. Bu bölümde izotoplar ile ilgili detaylara girilmemiş ancak hidrolojide kullanım ilkeleri özetlenmiştir. Helyum Helyum iki duraylı izotopa sahiptir [ 3 He (%1.37 x 10-4 ), 4 He (>%99.99)]. Bu izotoplardan 3 He hidrolojide yaygın bir kullanım alanına sahip bulunmaktadır. Doğada 3 He değişik yollar ile oluşmaktadır. Ancak hidrolojik kullanımı daha çok trityumun radyoaktif bozulmasına bağlıdır. Trityum ( 3 H) bozularak duraylı 3 He a dönüşmektedir. Bu nedenle tritojenik 3 He miktarı yeraltısuyu yaşının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Yeraltısuyunda ölçülen 3 He miktarından, atmosferik, 18