YERALTI SUYU KALTE VERS LE OPTMZE EDLM YERALTI SUYU KRLENEBLRLK HARTALARIN OLUTURULMASI: TAHTALI HAVZASI ÖRNE

Transkript

1 TMMOB CORAF BLG SSTEMLER KONGRES Kasm 2009, zmir YERALTI SUYU KALTE VERS LE OPTMZE EDLM YERALTI SUYU KRLENEBLRLK HARTALARIN OLUTURULMASI: TAHTALI HAVZASI ÖRNE A. Elçi 1 1 DEÜ, Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Müh. Bölümü, Tnaztepe Kampüsü, Buca-'zmir, alper.elci@deu.edu.tr ÖZET Burada sunulan çal$ma ile DRASTIC yeralt suyu kirlenebilirlik de,erlendirme yönteminin optimizasyonu amaçlanm$tr. Uygulama sahas olarak zmir için son derece önemli olan Tahtal baraj gölü havzas seçilerek optimize edilmi$ yöntem havza için uygulanm$ ve kirlenebilirlik haritas olu$turulmu$tur. Orijinal DRASTIC yönteminde öngörülen a,rlkl çak$trma ve endeks hesaplama yöntemiyle olu$turulan kirlenebilirlik haritas, yeralt suyu kalite verileri kullanlarak optimize edilmi$tir. Yeralt suyu kalite verisi olarak yüzey kaynakl kirleticileri temsil eden ve seçilen çal$ma sahas için bozunamayan nitelikte olan nitrat konsantrasyon ölçümleri kullanlm$tr. Nitrat verisi ile kirlenebilirli,e etki eden parametreler arasndaki korelasyon katsaylar hesaplanarak DRASTIC yöntemindeki konvansiyonel katsaylar korelasyonlara göre revize edildikten sonra, iyile$tirilmi$ kirlenebilirlik haritas olu$turulmu$ ve yorumlanm$tr. Anahtar Sözcükler: DRASTIC, korelasyon, optimizasyon, nitrat, 'zmir ABSTRACT GROUNDWATER VULNERABILITY MAPPING OPTIMIZED WITH GROUNDWATER QUALITY DATA: THE TAHTALI BASIN EXAMPLE The objective of this study was to optimize the groundwater vulnerability assessment method DRASTIC. The Tahtal stream basin, which is of utmost importance for the city of zmir, was selected as the application site for the optimized method, and the vulnerability of the stream basin to groundwater contamination was mapped. The vulnerability map that was created using weighted overlaying and index calculating approach prescribed by the original DRASTIC method was optimized with groundwater quality data. Nitrate concentration measurements, which represent surface-originated conservative contaminants for the basin, were used as groundwater quality data. Correlation coefficients between nitrate values and parameters affecting groundwater vulnerability were calculated to accordingly revise the conventional DRASTIC parameter weighting coefficients. Optimized vulnerability maps were produced and interpreted. Keywords: DRASTIC, correlation, optimization, nitrate, 'zmir 1. GR Yeralt suyu dünyann birçok yerinde göreceli olarak bol miktarlarda bulunabilen bir su kayna3dr. Ancak 4ehirle4menin yan sra endüstriyel ve tarmsal geli4melerin de olu4turdu3u birçok potansiyel kirletici kayna3 nedeniyle ayn zamanda ciddi tehdit altnda olan bir kaynaktr. Ayrca su kalite standartlarn sa3layamayan yeralt sularnn artm oldukça pahal bir süreç oldu3undan, yeralt sularnn kirlenmeye kar4 hassas olan bölgeleri tespit etmek ve buna ba3l olarak kirlenmeye kar4 önleyici tedbirler almak önemlidir. Bu sebeple yeralt suyu kirlenebilirlik de3erlendirmeleri su kaynaklar ve havza yönteminde gün geçtikçe daha fazla önem kazanmaktadr (7im4ek v.d., 2007). Farkl tanmlamalar olmakla birlikte, kirlenebilirlik yer yüzeyinden braklan bir kirleticinin yeralt suyu tablasna ula4abilirli3ini gösteren boyutsuz bir ölçüdür. Kirlenebilirlik do3rudan ölçülebilen bir özellikten ziyade ölçülebilen bir takm hidrojeolojik özellikler ile ili4kili bilgilerden türetilmesi gerekmektedir.yeralt suyu kirlenebilirlik de3erlendirme yöntemlerinden en çok bilinmekte olan DRASTIC yöntemi (Aller v.d., 1987), co3rafi bilgi sistemi (CBS) vastasyla uygulanabilen ve prensip olarak genel kabul görerek kullanlmakta olan bir yakla4mdr. Son zamanlarda bu yöntem ile ilgili birçok iyile4tirme çal4mas yaplm4 (örn. Sinan ve Razack, 2009; Antonakos ve Lambrakis, 2007; Panagopoulos v.d., 2006) ve yöntemin ana fikri kullanlarak CBS ye dayanan yeni yöntemler geli4tirilmi4tir. Burada sunulan çal4ma ile yeralt suyu kalite verilerini de kullanarak, DRASTIC yönteminin optimizasyonu amaçlanm4tr. Böylece gerçek kalite verisi ile do3rulanm4 kirlenebilirlik haritalarn olu4turulmas hedeflenmi4tir. Uygulama sahas olarak 'zmir 4ehrinin su kaynaklar bakmndan son derece önemli olan Tahtal baraj gölü havzas seçilerek yöntem optimize edilmi4tir. Kirlenebilirlik analizi havza için uygulanm4 ve kirlenebilirlik haritas olu4turulduktan sonra yorumlanm4tr.

2 Yeralt Suyu Kalite Verisi ile Optimize Edilmi$ Yeralt Suyu Kirlenebilirlik Haritalarn Olu$turulmas: Tahtal Havzas Örne,i 2. ÇALIMA SAHASI 'zmir 4ehir merkezinin 40 km güneyinde yer alan ve 4ehrin yakla4k %36 sna içmesuyu temin eden Tahtal baraj (38 08 N; E), Gümüldür ün 5 km do3usunda Tahtal deresi üzerine kurulmu4tur (7ekil 1). Yakla4k 550 km 2 su toplama alanna sahip olan Tahtal havzasna dü4en yllk ortalama ya34 miktar 690 mm civarndadr. Havzada tipik Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir. Temel olarak yüzeysel sular ile beslenen Tahtal Baraj nn yllk ortalama akm 162 milyon m 3, maksimum göl hacmi 306 milyon m 3 ve maksimum göl seviyesi de 50,8 m olarak planlanm4tr. Tahtal havzasnda tali kollar ile birlikte toplam 44 dere bulunmaktadr. Bunlardan ak4 debisi olarak Tahtal baraj gölünü besleyen en önemli dereler Tahtal ve Balaban (7a4al) dereleridir. Havzada bulunan 38 adet yerle4imin 2008 yl itibariyle toplam nüfusu yakla4k dir (TÜ'K, 2008). Uydu foto3raflar yardmyla hazrlanan arazi kullanm haritas baz alnarak yaplan analizlere göre havzann %42,1 i orman alan, %31,8 i tarm alan, %3,1 i su kütleleri, %1,8 i yerle4im alan ve %0,2 si de sanayi alandr. Çal4ma sahasnn jeolojik yaps ise kuvarterner ya4l alüvyonlar, neojen ya4l fili4, killi kireçta4 ve allokton kireçta4lar, volkanik tüf ve mermer ta4 birimlerinden olu4maktadr. ekil 1: Çal4ma sahasnn ve Tahtal havzasnn konumu 3. YÖNTEM 3.1 Yeralt7 Suyu Kirlenebilirlik Analizi Yeralt suyu kirlenebilirli3ini etkileyen faktörleri temsil eden raster tabanl tematik haritalarn çak4trlmas ve bunun sonucunda kirlenebilirli3i gösteren endeks de3erlerin hesaplanmas, DRASTIC yönteminin ana fikrini olu4turmaktadr.

3 DRASTIC yönteminde kirlenebilirli3e etki eden yedi parametre dikkate alnm4tr: yeralt suyu derinli3i, yeralt suyu net beslenim miktar, akifer tipi, arazi e3imi, doygun olmayan tabakann etkisi ve doygun akiferin hidrolik iletkenli3i. Herbir parametrenin konumsal da3lmlarn gösteren haritalar olu4turulurken jeo-istatistiksel analizleri de içeren çe4itli CBS araç ve teknikleri uygulanm4tr. Büyüklükleri niceliksel (örn. yeralt suyu derinli3i; hidrolik iletkenlik) veya niteliksel (örn. akifer/toprak tipi) olan parametreler, yeralt suyuna etki derecesine ba3l olarak 1L10 skalas kullanlarak yeniden snflandrlm4 ve böylece puan haritalar olu4turulmu4tur (1=yeralt suyuna en az etki; 10= en fazla etki). Bu çal4mada Tahtal havzas için geçerli olan ve DRASTIC parametrelerini temsil eden puan haritalar 7ekil 2 ve 3 te verilmi4tir. Raster tabanl olan bu haritalarn çözünürlü3ü 100 m dir ve tüm haritalar için UTM koordinatlar (Zone 35S) ve European 1950 referans yüzeyi kullanlm4tr. Haritalarn olu4turulmasnda çe4itli kaynaklardan elde edilen ham veri ve haritalar kullanlm4tr. Örne3in yeralt suyu derinlik verisi için 31 noktada yaplan mevsimsel ölçümlerden (Karada4 v.d., 2007) yararlanarak kriging interpolasyon yöntemi kullanlm4tr. Akifer tipi için jeoloji haritalarndan, toprak tipi ve yeralt suyu beslenim verileri için arazi kullanm ve litoloji haritalarndan yararlanlm4tr. Çal4ma sahasnda açlm4 olan sulama ve içme suyu kuyularna ait kuyu kütüklerindeki özgül kapasite deney sonuçlarn kullanarak noktasal hidrolik iletkenlik verileri hesaplanm4 ve interpolasyon yöntemi ile bu parametrenin havzadaki konumsal da3lm tahmin edilmi4tir. Topo3rafya puan haritas için 90-m çözünürlüklü SRTM saysal yükseklik haritas çözünürlü3ü 100 m ye de3i4tirilerek kullanlm4tr. Elçi ekil 2: Yeralt suyu derinlik, yeralt suyu beslenim, akifer tipi ve toprak tipi puan haritalar

4 Yeralt Suyu Kalite Verisi ile Optimize Edilmi$ Yeralt Suyu Kirlenebilirlik Haritalarn Olu$turulmas: Tahtal Havzas Örne,i ekil 3: Topo3rafya, doygun olmayan katman ve doygun akifer hidrolik iletkenlik puan haritalar Daha sonra yedi adet parametreye ait puan haritalar a4a3da verilen do3rusal e4itlik ile çak4trlarak kirlenebilirlik haritas elde edilmi4tir: YAS kirlenebilirlik endeksi = D B D + R B R + A B A + S B S + T B T + I B I + C B C (1) Burada D, R, A, S, T, I ve C de3i4kenleri daha önce ad geçen yeralt suyu kirlenebilirli3ine etki eden parametreleri ve B katsaylar ise her bir parametreye ait 1L5 aras de3i4en a3rlk katsaylarn temsil etmektedir. Orijinal DRASTIC yönteminde a3rlk katsaylar srasyla 5, 4, 3, 2, 1, 5 ve 3 olarak verilmi4tir (Aller v.d., 1987). Bu çal4mada kullanlan a3rlk katsaylar, yeralt suyu kalite verisi ile harita arasndaki korelasyon hesaplarna dayanarak de3i4tirilmi4tir. 3.2 Haritalar7n Yeralt7 Suyu Nitrat Verileriyle Optimizasyonu Orijinal DRASTIC yönteminde öngörülen a3rlkl çak4trma ve endeks hesaplama yöntemiyle olu4turulan kirlenebilirlik haritas, yeralt suyu kalite verilerinden yararlanlarak optimize edilmi4tir. Yeralt suyu kalite verisi olarak yüzey kaynakl kirleticileri temsil eden ve seçilen çal4ma sahas için bozunamayan nitelikte olan yeralt suyundaki nitrat konsantrasyon ölçümleri ('leri v.d., 2007) kullanlm4tr. Bu amaçla 31 adet örnekleme noktasndaki nitrat verisi ile o noktalar için hesaplanm4 olan her bir DRASTIC parametre puan için Spearman s rho korelasyon katsaylar

5 hesaplanm4tr. Bu 4ekilde yedi adet korelasyon katsays hesaplanm4tr. Nitrat ölçüm noktalarnn konumlar ve de3erleri 7ekil 4 te gösterilmi4tir. Korelasyon katsaylarnn birbirlerine göre ald3 göreceli de3erlere göre DRASTIC yöntemindeki parametre a3rlk katsaylar yine 1L5 arasnda olacak 4ekilde de3i4tirilmi4tir. Yeni a3rlk katsaylar ile endeks haritas olu4turma i4lemi tekrarlanarak optimize edilmi4 yeralt suyu kirlenebilirlik haritas elde edilmi4tir. Burada kirlenebilirli3i gösteren endeks de3erleri ile yeralt suyunda tespit edilmi4 nitrat içeri3i arasndaki korelasyonun, olu4turulan haritalarn do3rulu3unu snamak için ölçüt olarak kabul edilmi4tir. Bu nedenle hem orijinal DRASTIC a3rlk katsaylar ile olu4turulan kirlenebilirlik haritas, hem de optimize edilmi4 a3rlk katsaylar ile olu4turulan haritalar için Pearson korelasyon katsaylar hesaplanm4 ve birbiriyle kyaslanarak optimizasyon i4leminin sonuca ne kadar etki etti3i görülebilmi4tir. 4. SONUÇLAR Kirlenebilirlik parametrelerinin nitrat ölçümleri ile korelasyonlar ve bunlara göre de3i4tirilen parametre a3rlk katsaylar Tablo 1 de gösterilmi4tir. Buna göre tüm parametrelerin nitrat de3erleriyle istatistiksel olarak anlaml korelasyonlar oldu3u gözlenmi4tir. Nitrat de3erleriyle en fazla korelasyonu olan parametre doygun olmayan tabakann etkisi ve en az korelasyon doygun akiferin hidrolik iletkenlik de3eri oldu3u tespit edilmi4tir. Kirlenebilirlik de3erlendirmesinde a3rl3 dü4ürülen parametreler derinlik, beslenim ve hidrolik iletkenliktir. Di3er dört parametrenin a3rlklar artrlm4tr. Orijinal DRASTIC yöntemiyle olu4turulan kirlenebilirlik haritas ve optimize edilmi4 hali srasyla 7ekil 4 ve 5 te verilmi4tir. Kyaslanabilir nihai haritalar elde etmek amacyla, DRASTIC endeks de3erleri uç de3erler dikkat alnarak ölçe3inde Denklem 2 ye göre normalize edilmi4tir. Denklemde X min ve X max srasyla haritadaki en dü4ük ve en yüksek endeks de3erini, X rasterin ald3 endeks de3erini ve X n normalize edilmi4 endeksi temsil etmektedir. Elçi ekil 4: Orijinal DRASTIC a3rlk katsaylar ile hesaplanan Tahtal havzas kirlenebilirlik haritas

6 Yeralt Suyu Kalite Verisi ile Optimize Edilmi$ Yeralt Suyu Kirlenebilirlik Haritalarn Olu$turulmas: Tahtal Havzas Örne,i X X min X n = 100 (2) X X Ham kirlenebilirlik endeks de3erleriyle nitrat verisi ile korelasyon katsays 0,589 olarak hesaplanmasna kar4n, optimize edilmi4 haritann korelasyonu 0,653 olarak elde edilmi4tir (7ekil 6). Buna göre yakla4k %11 lik bir iyile4tirmenin elde edildi3i söylenebilir. Ayrca, 7ekil 5 te gösterilen optimize edilmi4 yeralt suyu kirlenebilirlik haritas incelendi3inde, Tahtal havzas alannn %44 ünün çok kirlenebilir, %30 unun orta derecede kirlenebilir ve %26 snn az kirlenebilir olarak snflanabildi3i görülmektedir. Menderes civarndaki Cumaovas nn hemen hemen tamam ve Tahtal gölünün güneyindeki De3irmendere bölgesi çok kirlenebilir bölgeler olarak nitelendirilebilir. Bu alanlarn jeolojik yapsnn alüvyon olmas ve dolaysyla doygun olmayan tabakann çok geçirgen olmasndan dolay kirleticilerin yeralt suyuna hzl bir 4ekilde ula4mas çok olasdr. Buna kar4n havzadaki yüksek kotlu bölgeler az kirlenebilir bölgeler olarak ortaya çkm4tr. Kaynaklar beldesinin do3usu, Efemçukuru beldesinin do3usu ve De3irmendere nin güneyi bu snfa girmektedir. Bu bölgelerdeki yeralt suyu tablasnn daha derinde olmas ve arazinin nispeten e3imli olmas kirlenebilirli3i önleyen faktörler arasnda saylabilir. Havzasnn geri kalan bölümleri orta derecede kirlenebilir olarak de3erlendirilmi4tir. maks min ekil 5: De3i4tirilmi4 DRASTIC a3rlk katsaylar ile hesaplanan optimize edilmi4 Tahtal havzas kirlenebilirlik haritas

7 Tablo 1: Orijinal ve de3i4tirilmi4 parametre a3rlk katsaylar ve DRASTIC parametreleri ile nitrat verileri arasndaki korelasyonlar 5. TARTIMA DRASTIC parametresi Orijinal a?7rl7k Spearman s rho De?iBtirilmiB katsay7s7 korelasyon katsay7s7 * a?7rl7k katsay7s7 Derinlik (D) 5 0,679 2,58 Beslenim (R) 4 0,607 1,10 Akifer tipi (A) 3 0,732 3,67 Toprak tipi (S) 2 0,750 4,03 Topo3rafya (T) 1 0,760 4,24 Doygun olmayan tabaka (I) 5 0,797 5,00 Hidrolik iletkenlik (C) 3 0,602 1,00 * istatistiksel duyarllk düzeyi tüm katsaylar için p < 0,005 Bu çal4mada sunulan kirlenebilirlik analiz yönteminin literatürde ve uygulamada genel kabul görmü4 olmasnn ba4lca nedeni, kavramsal olarak oldukça basit olmasdr. CBS i4lemleri karma4k olmamakla birlikte, parametre puan haritalarnn hazrlanmasnda titiz davranmak gerekmektedir. Çünkü elde edilen kirlenebilirlik haritasnn güvenilirli3i do3rudan veri ve parametre puan haritalarnn do3rulu3u ve kalitesi ile orantldr. Farkl kaynaklardan gelebilecek olan veri ve haritalarn do3rulu3unun analiz edilmesi ve bunlarn sentezlenerek kirlenebilirlik de3erlendirmesine temel te4kil edecek en uygun puanlama haritalarn olu4turulmas gerekmektedir. Di3er taraftan kirlenebilirli3e etki eden parametre puanlamasnn sübjektif olmas, DRASTIC yakla4mnn en büyük zayfl3 olarak kabul edilmektedir. Ayrca nihai kirlenebilirlik haritalarndaki kirlenebilirlik endeks de3erlerinin snflandrlmasnda da bir miktar keyfilik söz konusudur. Bu nedenle kirlenebilirlik haritalarn mutlak yerine göreceli olarak de3erlendirmek ve yorumlamak gerekir. Ba4ka bir deyi4le A bölgesinin, B bölgesine göre daha m az veya daha m çok kirlenebilir olup olmad3na bakmak gerekir. Sonuç olarak kirlenebilirlik haritalar, yüzey kaynakl kirlenmeye kar4 önlem alnabilmesi açsndan ve kirlenme tehditlerine göre arazi kullanm planlarn 4ekillendirmek isteyen karar verici yöneticiler için son derece faydal klavuzlardr. Bu çal4ma ile CBS ye dayal kirlenebilirlik analizin sübjektif olarak de3erlendirilen yönlerin istatistiksel bir yakla4m ile giderilebilece3i görülmektedir. Kirlenebilirlik ile do3rudan ili4kili olan yeralt suyu kalite verisi de analizde kullanlarak olu4turulan haritalarn basit bir biçimde optimize edilebilece3i gösterilmi4tir. Farkl ve daha geli4mi4 optimizasyon yakla4mlarnn geli4tirilmesi mümkündür ve ara4trlmas gereken bir konudur. Elçi Ham DRASTIC endekksi Korelasyon katsayısı r =0,589 (p>0,005) Optimize edilmi DRASTIC endekksi Korelasyon katsayısı r =0,653 (p>0,005) Nitrat konsantrasyonu (ppm) Nitrat konsantrasyonu (ppm) ekil 6: Kirlenebilirlik endeks de3erleriyle nitrat ölçümleri arasndaki ili4ki; (solda) ham kirlenebilirlik endeksi, (sa3da) optimize edilmi4 kirlenebilirlik endeksi

8 Yeralt Suyu Kalite Verisi ile Optimize Edilmi$ Yeralt Suyu Kirlenebilirlik Haritalarn Olu$turulmas: Tahtal Havzas Örne,i KAYNAKLAR Aller, L., Bennett, T., Lehr, J.H., Petty, R.J., Hackett, G., DRASTIC : a standardized system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings, Robert S. Kerr Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency, 622 s. Antonakos, A.K., Lambrakis, N.J., Development and testing of three hybrid methods for the assessment of aquifer vulnerability to nitrates, based on the drastic model, an example from NE Korinthia, Greece, Journal of Hydrology, cilt: 333, say: 2-4, sayfa: leri, B., Gündüz, O., Elçi, A., imbek, C., Alpaslan, M.N., Tahtal Havzas Yeralt Suyu Kalitesinin Co,rafi Bilgi Sistemi Destekli De,erlendirilmesi., 7.Ulusal Çevre Mühendisli3i Kongresi, Ekim 2007, Izmir. KaradaB, D., Elçi, A., imbek, C., Gündüz, O., Kazanasmaz, E., zmir Tahtal Çay Havzas Mevsimsel Yeralt Suyu Dü$ümünün Matematiksel Modelleme ile Belirlenmesi, 7.Ulusal Çevre Mühendisli3i Kongresi, Ekim 2007, Izmir. Panagopoulos, G.P., Antonakos, A.K., Lambrakis, N.J., Optimization of the DRASTIC method for groundwater vulnerability assessment via the use of simple statistical methods and GIS, Hydrogeology Journal, cilt: 14, say: 6, sayfa: Sinan, M., Razack, M., An extension to the DRASTIC model to assess groundwater vulnerability to pollution: application to the Haouz aquifer of Marrakech (Morocco), Environmental Geology, cilt: 57, say: 2, sayfa: imbek, C., Gündüz, O., Elçi, A., Akifer Kirlenebilirlik Haritalarnn Çevre Jeolojisindeki Önemi, Erdo3an Yüzer Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 6-7 Eylül 2007, 'stanbul. TÜK, 2008, Türkiye 'statistik Kurumu internet sitesi, Adrese dayal nüfus kayt sistemi verileri, 28 Ocak 2009.