YERALTISUYU YAŞI NEDİR? NASIL BELİRLENİR? N.Nur ÖZYURT C.Serdar BAYARI III. Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu 13-17 Ekim 2008 Orhantepe-İSTANBUL
YERALTISUYU YAŞ KAVRAMI TARTIŞILIYOR!! WOS Yayın Sayısı 140 120 100 80 60 40 20 YAS+Yaş YAS+Yaş+İzotop YAS+İzleyici WOS veri tabanında secilen anahtar kelimelere göre toplam yayın sayısı YAS+Yaş = 1113 (2) YAS+Yaş+İzotop = 220 (19) 0 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 YAS+İzleyici = 1473 (13) Groundwater Age and Groundwater Age Dating 2008 Annu. Rev.Earth Planet. Sci Bethke, Johnson GROUNDWATER AGE 2006 Kazemi, Lehr, Perrochet
YAŞ... SU MOLEKÜLÜNÜN YAŞI Doğum Ölüm Zaman = Yol / Hız CANLILARIN YAŞI Yaş, tanımlanmış bir başlangıç anından itibaren doğal ya da doğal olmayan bir yol ile ömrün tamamlandığı ana kadar geçen süredir.
YERALTISUYU YAŞI_Temel Kavramlar Doğal boşalım noktası yada örnekleme anında yeraltısuyu örneği farklı yaşlardaki su moleküllerinin karışımıdır. Ortalama yeraltısuyu yaşı Ortalama yeraltısuyu geçiş süresi Ortalama Yaş (Mean age) Ortalama Geçiş Süresi (Mean transit time) Yenilenme Süresi (Turn over time) Hidrojeolojik Sistem Yeraltısuyu moleküllerinin akiferde geçirdikleri ortalama süredir. Yeraltısuyu moleküllerinin beslenimden sonra akiferi terk etmek için harcadıkları ortalama süredir. Akiferde bulunan izleyicinin akiferden ayrılan izleyici miktarına oranıdır. Toplumsal Eşlenik Toplumun herhangi bir zamandaki ortalama yaşıdır. Toplumu oluşturan biraylerin ortalama ömür uzunluğudur. Toplumdaki toplam birey sayısının yıllık doğum ya da ölüm hızına oranıdır.
DENGELİ-DENGESİZ SİSTEM KAVRAMLARI Sistem; ilgilenilen olaya atkiyen tüm süreç ve etkenleri kapsayan bir bütündür. Dengeli sistem belirli bir zaman aralığında sisteme giren ve çıkan birey sayısı aynıdır. Dengesiz sistemde ise sisteme giren-çıkan birey sayısı farklıdır. Doğal sistemelerin dengeli yada dengesiz olarak tanımlandıkları süre önemlidir. DENGELİ AKIM KOŞULLARI Beslenim q giriş (t) = q giriş (t+1) Boşalım q çıkış (t) = q çıkış (t+1) q giriş (t) = q çıkış (t) DENGESİZ AKIM KOŞULLARI Beslenim q giriş (t) q giriş (t+1) Boşalım q çıkış (t) q çıkış (t+1) Akifer Hacmi V(t) V(t+1) Akifer Hacmi V(t) = V(t+1)
TOPLULUKLARIN ve AKİFERLERİN ORTALAMA YAŞLARININ BELİRLENMESİ Canlı topluluklarında ortalama yaş; tam sayım (nüfus sayımı) yada istatistiksel tahmin yaklaşımı ile belirlenir. Yeraltısuyu sistemlerinde tam sayım mümkün değildir. Dolayısıyla yeraltısuyu yaşı nitel (göreceli olarak yaşlı-genç) yada nicel (10, 20 yıl) tanımlamalar içeren yöntemler ile belirlenebilmektedir. Yaş belirteçleri ile nitel ve bağıl yaş tayini Yeraltısuyu yaşının nicel tayini Sayısal akım modelleri ve kinematik yaş Sistem yaklaşımı, Tümsel Modeller ve İzleyici Yaşı
Yaş belirteçleri ile nitel ve bağıl yaş tayini Hızlı, pratik, düşük maliyetli bir değerlendirmedir. Yeraltısuyu geçiş süresi uzadıkça artması beklenen yas sıcaklığı ve çözünmüş madde içeriği belirteç olarak kulanılabilir. Benzer şekilde çevresel izleyiciler (3H, CFC) ya da yerel izleyiciler (DDT) kullanılabilir.
Yeraltısuyu yaşının nicel tayini_izleyiciler Yeraltısuyu yaşının nicel olarak belirlenmesi için yaygın olarak çevresel izleyiciler kullanılır. İzleyici seçimi hidrojeolojik sistemde beklenen yaş aralığına göre belirlenir. Genç YAS Yaşlı YAS Çok Yaşlı YAS 50-60 yıl 60-50,000 yıl 50,000-100,000 yıl 3H Silikon-32 Kripton-81 3H/3He* Argon-39 Klorür-36 85Kr Karbon-14 Helyum-4 CFC 18O-2H Argon-40 SF6 36Cl/Cl 18O-2H Asal ve reaktif elementler İyot-129 Uranyum serisi
YAS Yaşının nicel olarak izleyiciler ile belirlenmesi İzleyici ile belirlenen yeraltısuyu yaşı, izleyicinin akifer içindeki hareketi sırasında gidiği reaksiyonlar ve karışım süreçlerinden etkilenmektedir. Yeraltısuyu örneklerinin örneklenmesi ve analizindeki hatalar hesaplanan yaş üzerinde belirleyicidir. İzleyici model yaşının belirlenmesi için geliştirilen yaklaşımın barındırdığı yeraltısuyu akımı için geçerlidir. Bazı problemlerin çözülebilmesi çin uzun süreli izleyici gözlemine ihtiyaç duyulmaktadır. 800 600 TRİTYUM (TU) 700 600 500 400 300 200 100 500 400 300 200 100 CFC KISMİ BASINCI (pptv) Helyum içsel büyüme eşitliği (helium ingrowth) T (3H/3He*) = λ -1 ln( 3 He*/ 3 H + 1) 0 0 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 TRITYUM CFC-12 CFC-11
Sayısal akım modelleri ve kinematik yaş Sayısal akım modelleri ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesi Zaman = Yol / Hız Eşitliğine dayanmaktadır. Eşitliği çözüm üretebilmesi için akım yolu uzunluğu ve yeraltısuyu akım hızının bilinmesi gereklidir. Hidrojeolojik sistemlerde sayısal modellerin oluşturulabimesi için temel hidrojeolojik özellikler olan hidrolik iletkenlik, hidrolik gradyan, etkin gözeneklilik bilgilerine ihtiyaç vardır. Unutulmaması gereken bu bilgilerin akiferin 3 boyutuna gerçekçi olarak dağıtılmasının gerekliliğidir.
aynı anda sisteme giren moleküller moleküllerin 10. yıl sonundaki konumu
Sistem yaklaşımı, Tümsel Modeller ve İzleyici Yaşı Girdi Çıkış Sistem Tepki Fonksiyonu Tümsel modelleme doğrusal sistem yaklaşımı temelinden türetilmiştir. Akifer bütünüyle sistem olarak ele alınır. Sistem içindeki taşınımı temsil eden tek bir eşitlik (Sistem Tepki Fonksiyonu) kullanılır. Akifere ait hidrojeolojik parametrelerin belirlenmesi güç yada imkansız olduğu durumlarda kolaylıkla uygulanabilir. Çeşitli izleyiciler ve STF ları için çözüm üreten bilgisayar kodları mevcuttur.
YERALTISUYU YAŞ BİLGİSİ KULLANILARAK ÇÖZÜM ÜRETİLEN HİDROJEOLOJİK PROBLEMLER 1 Yeraltısuyu kaynaklarının yenilenebilirliği 2 Bilimadamlaraı ile yöneticiler arasında etkin bir iletişim aracı 3 Aşırı çekim ve kirliliği önlemek için sürekli yeraltısuyu yaş gözlemi yapılması 4 Beslenim hızı tahmini 5 Yeraltısuyu akım hızı hesaplaması 6 Yeraltısuyu akım yollarının belirlenmesi 7 Akitardlarda yeraltısuyu ve kirletici taşınım hızının belirlenmesi 8 Yeraltısuyu akım ve taşınım model parametrelerinin hesaplanması 9 Farklı üç bileşenlerden karışımın belirlenmesi 10 Holosen iklim çalışmaları 11 Yeraltısuyu kirliliğinin değerlendirilmesi/evrimi 12 Yeraltısuyu cephesinin ilgilenilen noktaya olan varış süresinin hesaplanması 13 Sığ akiferlerde kirlenebilirlik haritarının oluşturulması 14 Radyoaktif atık depolamasına uygun sahaların seçimi 15 Deniz suyu seviye değişimlerinin belirlenmesi 16 Deniz suyu girişimi için süre öngörüsünde bulunmak 17 Derin-tuzlu yeraltısuyu sistemlerinin atık imha deposu olarak kullanımı 18 Kurak alanların tuzlanma açısından yönetimi 19 Hidrograf ayrımı Kazemi vd., 2006
Türkiye de İzleyici Temelli Yeraltısuyu Yaş Çalışmaları Karstik Akiferlerde yürütülen uygulamalar Aladağ Karstik Akiferi Antalya Kırkgöz Kaynağı Yaşlı yeraltısuyu akım sistemlerinin araştırılması Konya Ovası Yeraltısuyu tüketiminin akifer üzerindeki etkilerini araştırılması Niğde Misli Ovası
Aladağ Karstik Akifer sisteminin farklı kaynaklarca boşaltılan rezervuar bölümleri için hidrolik değerlerin tahmini Efektif porozite % 0.86 - % 1.4 dolayındadır. Literatürde % 0.1 - % 5 aralığı verilmektedir. Özyurt, 2005 Beslenim alanına uzaklık Yeraltısuyu akım hızı Kaynak boşalım kotu Hidrolik Eğim Hidrolik İletkenlik km m/gün m m/gün Yerköprü-3 40 5.57 450 0.016 343.03 Göksu 20 2.79 650 0.023 123.87 Kapuzbaşı 15 2.09 750 0.023 89.59 Yerköprü-1/2 25 3.42 800 0.012 284.82
Antalya Kırkgöz Kaynaklarında Çevresel İzleyiciler ile Tümsel Model Uygulaması Yaklaşık 100 yıl gibi uzun geçiş süresine sahip akiferin güncel kirleticigirişinden kısa sürede etkinlemeyeceği sonucuna ulaşılmıştır. Ancak akifere ulaşacak kirleticinin etkisi kaynakda uzun yıllar boyunca gözlenmeye devam edecektir. Özyurt, 2008
Niğde Misli Ovasında yoğun yeraltısuyu çekiminin yeraltısuyu izleyici derişi üzerindeki etkisi 1971 yılında yoğun yeraltısuyu çekimi öncesi en yüksek 3H 250 TU. 2007 yılında ölçülen en yüksek 3H 10 TU. Yeraltısuyu 3H içeriğindeki bu azalma atmosferik 3H bolluğuna paraleldir. Ancak havza genelinde uzun geçiş süresini gösteren 0 TU bölgelerin zaman içinde yer değiştirmesi yeraltısuyu çekiminin etkisini göstermektedir. Özbilge, 2008
SONUÇLAR Yeraltısuyu yaşı, akifere ait bir çok bilgiyi içinde barındırmaktadır. Yeraltısuyu yaş bilgisi çok sayıda hidrojeolojik problemde çözüm aracı olarak kullanılabilmektedir. Yaşlı yeraltısuyunun doğal yollar ile beslenebilmesi güç olacağı; genç yeraltısularının kirletici kaynaklarından kısa sürede etkileneceğini göstergesidir. Yurdumuzda yeraltısuyu yaş bilgisinin kullanıldığı çalışmalar yurdumuzda yaygınlaşmalıdır. Yöntemin yaygın olarak kullanımı için uygulayıcıların konu hakkında bilgilendirilmesi önemlidir.
Tracer Approximate Range of Dating Log Years Before Present 0 1 2 3 4 5 6 3 H- 3 He 85 Kr CFC-11 CFC-12 CFC-113 4 He 32 Si 39 Ar 14 C 36 Cl 81 Kr Age range at most sites Age range some sites After Plummer et al., 1993