Pınarbaşı Karst Kaynağının (Denizli) Boşalım Hidrodinamiği ve Hidrojeokimyasal Özelliklerinin Değerlendirmesi

Year 2023, Volume: 23 Issue: 3, 780 - 796, 28.06.2023

Ali Gökgöz , Bilge Semerci Aygün

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1210164

Abstract

Pınarbaşı Kaynağı Denizli ilindeki yüksek debili karstik kaynaklardan biridir. Menderes Masifi’nin Mesozoyik yaşlı rekristalize kireçtaşlarından boşalan ve debisi genellikle 1000 l/s’den fazla olan kaynak sulamada kullanılmaktadır. Bu çalışmada Ekim–2017 ve Eylül–2018 arasında aylık olarak Pınarbaşı Kaynağı’nın debi ve fizikokimyasal kompozisyonundaki değişimler izlenmiş ve değerlendirilmiştir. Kaynak boşalımının analizi, Pınarbaşı Kaynağı’nın geldiği karstik akifer için, hidrolik iletkenlik katsayısının düşük-orta, etkin gözenekliğin yüksek ve akiferin depolama kapasitesinin büyük olduğunu, aynı zamanda kaynak boşalımının tabaka, kırık ve çatlaklar yoluyla gerçekleştiğini göstermektedir. İzleme periyodunda Pınarbaşı Kaynağı’nın sıcaklık, pH ve elektriksel iletkenlik değerlerindeki değişim sırasıyla 18,6–18,9°C, 7,09–7,42 ve 611–657 μS/cm aralığında olmuştur. Kaynağın kimyasal kompozisyonunda önemli bir mevsimsel değişim gözlenmemiştir. Pınarbaşı Kaynağı ve civarındaki sondaj suları Ca-Mg-HCO3-SO4 tipinde iken beslenme alanındaki kaynak suları Ca-HCO3 tipindedir. Pınarbaşı Kaynağı’nın izleme döneminde toplam sertlik değerleri için elde edilen değişim katsayısı yaygın akımlı akifer tipine işaret etmektedir. İzotop (δ18O, δD ve trityum) verilerine göre inceleme alanı suları meteorik kökenli ve nispeten güncel yağışlarla beslenen sulardır. Pınarbaşı Kaynağı suyu C2S1 sulama suyu sınıfında olup orta akaçlama özelliğindeki topraklarda tüm bitkilerin sulamasında kullanılabilir. Ancak yüksek arsenik miktarı nedeniyle içilmez özelliktedir.

Keywords

Boşalım katsayısı, Hidrojeokimya, İzotop, İzleme, Karst Kaynağı

Supporting Institution

Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

2017FEBE048

Assessment of Discharge Hydrodynamics and Hydrogeochemical Properties of Pınarbaşı Karst Spring (Denizli)

Abstract

Pınarbaşı spring is one of the high flow karstic springs in Denizli. The source, which is discharged from the Mesozoic aged recrystallized limestones of the Menderes Massif and whose flow rate is generally more than 1000 L/s, is used in agricultural irrigation. In this study, monthly changes in the flow rate and physicochemical composition of Pınarbaşı spring between October–2017 and September–2018 were monitored and evaluated. The analysis of the spring discharge shows that for the karst aquifer from which Pınarbaşı spring comes, the hydraulic conductivity coefficient is low-medium, the effective porosity is high and the storage capacity of the aquifer is large. During the monitoring period, the changes in temperature, pH and electrical conductivity values of Pınarbaşı spring were in the range of 18.6–18.9 °C, 7.09–7.42 and 611–657 μS/cm, respectively. No significant seasonal fluctuation was observed in the chemical composition of the spring. While the borehole waters in and around Pınarbaşı spring are of Ca-Mg-HCO3-SO4 type, the spring waters in the recharge area are of Ca-HCO3 type. The coefficient of variation obtained for the total hardness values of the Pınarbaşı spring during the monitoring period indicates the diffuse flow–type aquifer. According to the isotope (δ18O, δD and tritium) data, the waters of the study area are of meteoric origin and fed by relatively recent precipitation. Pınarbaşı spring water is in C2S1 irrigation water class and can be used for irrigation of all plants in moderately drained soils. However, it is undrinkable due to its high arsenic content.

Keywords

Karst spring, Recession coefficient, Hydrogeochemisrty, Isotope, Monitoring

Project Number

2017FEBE048

References

• Adomako, D., Osae, S., Akiti, T.T., Faye, S. and Maloszewski, P., 2011. Geochemical and Isotopic Studies of Groundwater Conditions in the Densu River Basin of Ghana. Environmental Earth Sciences, 62, 1071–1084.
• Atkinson, T.C., 1977. Diffuse flow and conduit flow in limestone terrain in Mendip Hills, Somerset, England. Journal of Hydrology, 35, 93–100.
• Bernoulli, D., Graciansky, P.C. and Monod, O., 1974. The extension of the Lycian Nappes (SW Turkey) into the Southeastern Aegean Islands. Eclogae Geologicae Helvetiae, 67, 39–90.
• Bicalho, C., Batiot-Guilhe, C., Deidel, J.L., Van Exter, S. and Jourde, H., 2012. Geochemical evidence of water source characterization and hydrodynamic responses in a karst aquifer. Journal of Hydrology, 450-451, 206–218.
• Bozkuş, C., Kumsar, H., Özkul, M. and Hançer, M., 2001. Seismicity of active Honaz fault under an extentional regime. International Earth Science Colloquium of the Aegean Region (IESCA), Proceedings, 7-12, İzmir, Turkey.
• Clark, I.D. and Fritz, P. 1997. Environmental Isotopes in Hydrogeology. CRC Press, 342.
• Craig, H., 1961. Isotopic variations in meteoric waters. Science, 133, 1702-1703.
• Çeliker, M., Yükseler, U. and Dursun, Ö. F., 2021. Trend analyses for discharge-recharge of Tacin karstic spring (Kayseri, Turkey). Journal of African Earth Sciences, 184, 104344.
• Dilaver, A.T., Aydın, B., Özyurt, N.N. ve Bayarı, C.S., 2018. Türkiye Yağışlarının İzotop İçerikleri (2012-2016). Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü-Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı ve Meteoroloji Genel Müdürlüğü-Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara.
• Ekmekçi, M., 2005. Pesticide and nutrient contamination in the Kestel polje–Kirkgoz karst springs, Southern Turkey. Environmental Geology, 49, 19–29.
• Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S. ve Elmacı, H., 2011. 1:250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, Denizli (NJ35-12) Paftası, Seri No. 12, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.
• Erakman, B., Meşhur, M., Gül, M.A., Alkan, H., Öztaş, Y. ve Akpınar, M., 1986. Fethiye-Köyceğiz-Tefenni-Elmalı- Kalkan arasında kalan alanın jeolojisi. Türkiye Altıncı Petrol Kongresi, Tebliğler, 23–32, Ankara.
• Evans, E.A., 1966. Tritium and its Compounds.D. Van Nostrand.
• Faure, G., 1986. Principles of Isotope Geology. John Wiley and Sons.
• Frencken, J.E., 1992. Endemic Fluorosis in Developing Countries, Causes, Effects and Possible Solutions. Publication number 91.082, NIPG-TNO, 98.
• Gabrovsek, F., Martin Knez, M., Kogovsek, J., Mihevc, A., Mulec, J., Perne, M., Petric, M., Pipan, T., Prelovsek, M., Slabe, T., Sebela, S. and Ravbar, N., 2011. Development challenges in karst regions: sustainable land use planning in the karst of Slovenia. Carbonates and Evaporites, 26, 365–380.
• Gat, J.R. and Carmi, I., 1970. Evolution of the isotopic composition of atmospheric waters in the Mediterranean Sea. Journal of Geophysical Research, 75, 3032–3048.
• Gökgöz, A., Mutlu, H. ve Akman, M.A., 2022. Hydrochemical characteristics and geothermometry applications of thermal waters in the Çürüksu Graben, western Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 31, 260-283.
• Gökgöz, A., Demirel, Ö. ve Asal, İ., 2015. Pınarbaşı Karst Kaynağı ve Çevresinin (Honaz-Denizli) Hidrojeolojik ve Hidrojeokimyasal İncelemesi. Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu MÜHJEO’2015, Trabzon, 428–435.
• Göktaş, F., 1990. Denizli M22-b1 , M22-b2 ve M22-b3 paftalarının Jeolojisi. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Raporu, No: 9114, İzmir.
• Gündoğan, İ., Helvacı, C. and Sözbilir, H., 2008. Gypsiferous carbonates at Honaz Dağı (Denizli): First documentation of Triassic gypsum in western Turkey and its tectonic significance. Journal of Asian Earth Sciences, 32, 49–65.
• Hakyemez, Y.H., 1989. Geology and stratigraphy of the Cenozoic sedimentary rocks in the Kale-Kurbalık area, Denizli-southwestern Turkey. Mineral Research and Exploration Institute of Turkey (MTA) Bulletin, 109, 1–14.
• Hershey, R.L., Mizell, S.A. and. Earman, S., 2010. Chemical and physical characteristics of springs discharging from regional flow systems of carbonate-rock province of the Great Basin, western United States. Hydrogeology Journal, 18, 1007–1026.
• Horvatinčić, N., Özkul, M., Gökgöz, A. and Barešić, J., 2005. Isotopic and geochemical investigation of tufa in Denizli province, Turkey. 1st International Symposium on Travertine, Denizli, Turkey. 162–170.
• İTASHY, 2005. İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik. 17.02.2005, 25730 sayılı resmi gazete, Ankara.
• Jemcov, I., 2014. Water supply potential and optimal exploitation capacity of karst aquifer systems. Environmental Earth Sciences, 71, 543-551.
• Juhlke, T.B., Sültenfuss, J., Huneau, F., Garel, E., Santoni, S., Barth, J.A.C. and van Geldern, R., 2020. Tritium as hydrological tracer in Mediterranean precipitation events. Atmospheric Chemistry and Physics, 20, 3555–3568.
• Kaçaroğlu, F., 2012. Hydrogeology of the Gökpinar karst springs, Sivas, Turkey. Acta Carsologica, 41, 219–233.
• Konak, N. ve Şenel, M., 2002. 1/500.000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları Serisi, Denizli Paftası.Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.
• Konak, N., Akdeniz, N. ve Öztürk, E.M., 1987. Geology of the south of Menderes Massif. I.G.C.P. Project no:5, Correlation of Variscan and pre-Variscan events of the Alpine Mediterranean mountain belt, field meeting. Mineral Research and Exploration Institute, Turkey, 42-53.
• Korkmaz, N., 1989. Akiferlerin Boşalım Katsayılarına Göre Gruplandırılması Üzerine Bir Araştırma. DSİ Teknik Bülteni, 69, 51-63.
• Lopez-Chicano, M., Bouamama, M., Vallejos, A. and Pulido-Bosch, A., 2001. Factors which determine the hydrogeochemical behaviour of karstic springs. A case study from the Betic Cordilleras, Spain. Applied Geochemistry, 16, 1179–1192.
• Lucas, L.L. and Unterweger, M.P. 2000. Comprehensive review and critical evaluation of the half-life of tritium. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 105, 541-549.
• Maillet, E.T., 1905. Essai D’hydraulique Souterraine et Fluviale. A. Herman, 218.
• Malík, P. and Vojtková, S., 2012. Use of recession-curve analysis for estimation of karstification degree and its application in assessing overflow/underflow conditions in closely spaced karstic springs. Environmental Earth Sciences, 65, 2245–2257.
• Mayo, A.L. and Loucks, M.D., 1995. Solute and isotopic geochemistry and ground water flow in the central Wasatch Range, Utah. Journal of Hydrology, 172, 31–59.
• Meinzer, O.E., 1923. Outline of groundwater hydrology with definitions. U.S. Geological Survey Water Supply Paper-494, U.S. Government Printing Office, 48–54.
• Meşhur, M. ve Akpınar, M., 1984. Yatağan-Milas-Bodrum ve Karacasu-Kale-Acıpayam-Tavas civarlarının jeolojisi ve petrol olanakları. Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı Arama Grubu Rapor No. 1963.
• Meybeck, M., 1987. Global chemical weathering of surficial rocks estimated from river dissolved loads. American Journal of Science, 287, 401–428.
• Okay A.İ., 1989. Denizli’nin güneyinde Menderes Masifi ve Likya naplarının jeolojisi. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 109, 45-58.
• Önhon, E., Ertan, I., Güler, S., Nazik, M. and Kaplan, A., 1988. Research on the origin of the karst waters in Yukarı Çürüksu plain using isotope techniques. Devlet Su İşleri Raporu, Ankara.
• Özkul, M., Kele, S., Gökgöz, A., Shen, C.C., Jones, B., Baykara, M.O., Fόrizs, I., Németh, T., Chang, Y.W. and Alçiçek, M.C., 2013. Comparison of the Quaternary travertine sites in the Denizli Extensional Basin based on their depositional and geochemical data. Sedimentary Geology, 294, 179-204,
• Özler, H.M., 1996. Büyük Menderes Havzası Yukarı Çürüksu kesiminin hidrojeoloji incelemesi,Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 189.
• Özler, H.M., 2000. Hydrogeology and geochemistry in the Çürüksu (Denizli) hydrothermal field, western Turkey. Environmental Geology, 39, 1169-1180..
• Paiva, I. and Cunha, L., 2020. Characterization of the hydrodynamic functioning of the Degracias-Sicó Karst Aquifer, Portugal. Hydrogeology Journal, 28, 2613–2629.
• Parkhurst, D.L. and Appelo, C.A.J., 1999. User's guide to PHREEQC (Version 2)—A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. Water-Resources Investigations Report 99–4259, U.S. Geological Survey, 312.
• Poisson, A., 1977. Resherches geologiques dans les Taurides occidentales (Turquie), Doktora Tezi, Paris-Sud Üniversitesi, Paris, 795.
• Richards, L.A., 1954.Diagnosis and improvement of saline alkali soils. United States Department of Agriculture.
• Schoeller, H., 1934. Les echanges de bases dans les eaux souterraines; trois exemples es Tunisie. Bulletin de la Société géologique de France, 4, 389–420.
• Semerci Aygün, B., 2019. Pınarbaşı karst kaynağının (Honaz-Denizli) boşalım hidrodinamiği ve hidrokimyasal özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli, 79. Shuster, E.T. and White, W.B., 1971. Seasonal fluctuations in the chemistry of limestone springs: A possible means for characterizing carbonate aquifers. Journal of Hydrology, 14, 93–128.
• Sun, S., 1990. Denizli-Uşak arasının jeolojisi ve linyit olanakları. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Rapor No. 9985, Ankara.
• Şahinci, A., 1991. Doğal Suların Jeokimyası. Reform Matbaası, 548.
• Şimşek, Ş., 1984. Denizli-Sarayköy-Buldan Alanının Jeolojisi ve Jeotermal Enerji Olanakları. İstanbul Üniversitesi Yer Bilimler Fakültesi Yayın Organı, 3, 145-162.
• Taner, G., 2001. Denizli Bölgesi Neojen’ine ait katların stratigrafik konumlarında yeni düzenleme. 54. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara,54-79.
• White, WB., 1999. Groundwater Flow in Karst Aquifers. J.W. Delleur (editor), The Handbook of Groundwater Engineering, CRC Press, 1–36.
• Wilcox, L.V., 1955. Classification and Use of Irrigation Water. United States Department of Agriculture, Circular No. 969.
• Yüce, G., 2007. Yenişehir ve Cüdeyde (Reyhanlı – Hatay) Karst Kaynaklarının Boşalım Hidrodinamiği ve Hidrojeokimyasal Özellikleri. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 20, 159-188.