A Multi-Dimensional Hydrogeochemical Assessment and Water Quality Analysis of Groundwater Resources in Yozgat Province

Year 2024, Volume: 40 Issue: 2, 216 - 233, 31.08.2024

Büşra Gülşah Güneş , Nuray Ateş

Abstract

In this study, it was aimed to evaluate the hydrogeochemical properties and water quality for drinking, agricultural irrigation and other purposes of ground water resources within the boundaries of Yozgat Province. Within the scope of the study, the analysis results of water samples taken from 79 wells in 12 districts within the provincial borders between 2016 and 2019 were examined. Hydrogeochemical evaluation of water samples was performed according to Piper diagram, Spearman correlation, Gibbs diagram, Cluster analysis and Factor analysis. Water quality was evaluated according to standards and regulations regarding drinking water, utility and agricultural irrigation. According to the results of Spearman correlation analysis, the highest relationships were observed between electrical conductivity (EC), sulfate (SO4) and total dissolved solids (TDS). There are two different types of groundwater in the region: water with Ca-Mg-Cl and water with Ca-Mg-HCO3, and it has been concluded that the rock dominant mechanism is effective on the quality of water resources. Cluster analysis showed that regions close to each other have similar water characteristics due to similar geological structure. In factor analysis, Factor 1 constitutes 41% of the total variance. Additionally, it has been determined that the water resources in the region are suitable for use and agricultural irrigation.

Keywords

Groundwater, Hydrogeochemistry, Water quality, Yozgat Province, Piper Diagram

Yozgat İli Yeraltı Suyu Kaynaklarının Çok Boyutlu Hidrojeokimyasal Değerlendirmesi ve Su Kalitesi Analizi

Abstract

Bu çalışmada Yozgat İli sınırları içerisinde yer alan içme, tarımsal sulama ve diğer amaçlı yeraltı su kaynaklarının hidrojeokimyasal özellikleri ve su kalitesinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında 2016-2019 yılları arasında il sınırları içerisinde yer alan 12 ilçedeki 79 kuyudan alınan su numunelerinin analiz sonuçları incelendi. Su örneklerinin hidrojeokimyasal değerlendirmesi Piper diyagramı, Spearman korelasyonu, Gibbs diyagramı, Cluster analizi ve Faktör analizine göre yapılmıştır. Su kalitesi içme suyu, kullanım ve tarımsal sulama ile ilgili standart ve yönetmeliklere göre değerlendirildi. Spearman korelasyon analizi sonuçlarına göre en yüksek ilişkiler elektriksel iletkenlik (EC), sülfat (SO) ve toplam çözünmüş katılar (TDS) arasında gözlendi. Bölgede Ca-Mg-Cl'li su ve Ca-Mg-HCO3'lü su olmak üzere iki farklı yeraltı suyu mevcut olup, kaya baskın mekanizmasının su kaynaklarının kalitesi üzerinde etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Kümeleme analizi birbirine yakın bölgelerin benzer jeolojik yapı nedeniyle benzer su özelliklerine sahip olduğunu göstermiştir. Faktör analizinde, Faktör 1 toplam varyansın %41'ini oluşturmaktadır. Ayrıca bölgedeki su kaynaklarının kullanıma ve tarımsal sulamaya uygun olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

Yeraltı suyu, Hidrojeokimya, Su kalitesi, Yozgat İli, Piper Diyagramı

References

• Ramachandran, A., Sivakumar, K., Shanmugasundharam, A., Sangunathan, U., Krishnamurthy, R. 2021. Evaluation of Potable Groundwater Zones Identification Based on Wqi and Gis Techniques in Adyar River Basin, Chennai, Tamilnadu, India. Acta Ecologica Sinica, 41(4), 285-295.
• Kumar, P.J.S., Augustine, C.M. 2022. Entropy-Weighted Water Quality Index (Ewqi) Modeling of Groundwater Quality and Spatial Mapping in Uppar Odai Sub-Basin, South India. Modeling Earth Systems and Environment, 8(1), 911-924.
• Ates, N., Dadaser-Celik, F., Kaplan-Bekaroglu, S.S. 2021. Evaluation of Hydrogeochemical Characteristics of Groundwater in Mt. Erciyes Stratovolcano Aquifers. Geochemistry International, 59(13), 1324-1340.
• Yüksel, G. 2014. Kayseri İlinin Yeraltı Su Kaynaklarının Hidrojeokimyasal Özellikleri Ve Su Kalitesinin Değerlendirilmesi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 151s, Kayseri.
• Zhang, Y., Zhang, Q., Chen, W., Shi, W., Cui, Y., Chen, L., Shao, J. 2023. Hydrogeochemical Analysis and Groundwater Pollution Source Identification Based on Self-Organizing Map at a Contaminated Site. Journal of Hydrology, 616, 128839.
• Tekocak Yardımlı, B.B. 2017. Aksaray Ili Yer Altı Su Kaynaklarının Hidrojeokimyasal Özelliklerinin Coğrafi Bilgi Sistemi Kullanılarak Değerlendirilmesi. Aksaray Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Aksaray.
• Patel, A., Rai, S.P., Akpataku, K.V., Puthiyottil, N., Singh, A.K., Pant, N., Singh, R., Rai, P., Noble, J. 2023. Hydrogeochemical Characterization of Groundwater in the Shallow Aquifer System of Middle Ganga Basin, India. Groundwater for Sustainable Development, 21, 100934.
• Nagarajan, R., Rajmohan, N., Mahendran, U., Senthamilkumar, S. 2010. Evaluation of Groundwater Quality and Its Suitability for Drinking and Agricultural Use in Thanjavur City, Tamil Nadu, India. Environmental Monitoring and Assessment, 171, 289-308.
• Şener, Ş., Güneş, D. 2015. Aksu (Isparta) Ovası Yüzey Ve Yeraltı Sularının Hidrojeokimyasal Özellikleri Ve Su Kalitesi. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 21(6), 260-269.
• Küçükatabey, M.N. 2012. Gemici Köyü (Baskil) Çevresi Yeraltı Sularının Hidrojeokimyasal Özellikleri. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 80s, Elazığ.
• Ren, X., Li, P., He, X., Su, F., Elumalai, V. 2021. Hydrogeochemical Processes Affecting Groundwater Chemistry in the Central Part of the Guanzhong Basin, China. Archives of environmental contamination and toxicology, 80, 74-91.
• Barzegar, R., Asghari Moghaddam, A., Nazemi, A.H., Adamowski, J. 2018. Evidence for the Occurrence of Hydrogeochemical Processes in the Groundwater of Khoy Plain, Northwestern Iran, Using Ionic Ratios and Geochemical Modeling. Environmental Earth Sciences, 77, 1-17.
• Bozdağ, A. 2017. Çumra (Konya) Ovasındaki Yeraltısularının Hidrojeokimyasal Özellikleri Ve Sulama Suyu Kalitesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 5(3), 559-571.
• Ghoraba, S.M., Khan, A. 2013. Hydrochemistry and Groundwater Quality Assessment in Balochistan Province, Pakistan. 17(2), 185-199.
• Ke, X., Li, Y., Wang, W., Niu, F., Gao, Z. 2022. Hydrogeochemical Characteristics and Processes of Thermokarst Lake and Groundwater During the Melting of the Active Layer in a Permafrost Region of the Qinghai–Tibet Plateau, China. Science of the Total Environment, 851, 158183.
• Kortatsi, B.K., Tay, C.K., Anornu, G., Hayford, E., Dartey, G.A. 2008. Hydrogeochemical Evaluation of Groundwater in the Lower Offin Basin, Ghana. Environmental Geology, 53, 1651-1662.
• Mukherjee, I., Singh, U.K. 2022. Hydrogeochemical Characterizations and Quality Evaluation of Groundwater in the Major River Basins of a Geologically and Anthropogenically Driven Semi-Arid Tract of India. Science of the Total Environment, 805, 150323.
• Abdelshafy, M., Saber, M., Abdelhaleem, A., Abdelrazek, S.M., Seleem, E.M. 2019. Hydrogeochemical Processes and Evaluation of Groundwater Aquifer at Sohag City, Egypt. Scientific African, 6, e00196.
• Li, P., Wu, J., Qian, H., Zhang, Y., Yang, N., Jing, L., Yu, P. 2016. Hydrogeochemical Characterization of Groundwater in and around a Wastewater Irrigated Forest in the Southeastern Edge of the Tengger Desert, Northwest China. Exposure and Health, 8, 331-348.
• Malik, N., Malik, A., Bishnoi, S. 2021. Assessment of Groundwater Hydro-Geochemistry, Quality, and Human Health Risk in Arid Area of India Using Chemometric Approach. Arabian Journal of Geosciences, 14, 1-25.
• Krishna Kumar, S., Hari Babu, S., Eswar Rao, P., Selvakumar, S., Thivya, C., Muralidharan, S., Jeyabal, G. 2017. Evaluation of Water Quality and Hydrogeochemistry of Surface and Groundwater, Tiruvallur District, Tamil Nadu, India. Applied Water Science, 7, 2533-2544.
• Wu, C., Fang, C., Wu, X., Zhu, G., Zhang, Y. 2021. Hydrogeochemical Characterization and Quality Assessment of Groundwater Using Self-Organizing Maps in the Hangjinqi Gasfield Area, Ordos Basin, Nw China. Geoscience Frontiers, 12(2), 781-790.
• ÇŞVİDİM. 2022. Yozgat İl Çevre Durum Raporu. Çevre Şehircilik Ve İklim Değişikliği İl Müdürlüğü. https://ced.csb.gov.tr/2021-yili-il-cevre-durum-raporlari-i-104268 (2022). Access Date: 25.06.2023.
• AFAD. 2022. İrap İl Afet Risk Azaltma Planı. https://yozgat.afad.gov.tr/il-planlari (2022). Access Date: 30.06.2023.
• TSE. 2005. Sular-İnsanî Tüketim Amaçlı Sular. Türk Standartları Enstitüsü Kimya İhtisas Grubu: TS 266, Ankara, 29.04.2005.
• TMOH. 2005. Turkish Ministry of Health (Tmoh), Regulation Concerning Water Intended for Human Consumption, Official Gazette, No. 25730, 17.02.2005, Ankara, Turkey.
• MFWM. 2021. Ministry of Forestry and Water Management (Mfwm), Regulation on the Protection of Groundwater against Pollution and Deterioration, Official Gazette, No. 28257, 25.06.2021. Official Gazette, Ankara, Turkey.
• OSİB. 2012. Orman Ve Su İşleri Bakanlığı (Osİb). Regulation on the Protection of Groundwater against Pollution and Deterioration, Official Gazette, No. 25730, 07.04.2012, Ankara, Turkey.
• Uysal, İ., KILIÇ, A. 2022. Normal Dağılım Ikilemi. Anadolu Journal of Educational Sciences International, 12(1), 220-248.
• Şen, S. 2023. Korelasyon. https://sedatsen.files.wordpress.com/2016/11/7-sunum.pdf (2023).
• USGS. 2020. Gw_Chart. https://www.usgs.gov/software/gwchart-program-creating-specialized-graphs- used-groundwater-studies (2020). Access Date: 05.07.2023.
• Hammer, O. 2020. Past Program. https://past.en.lo4d.com/windows (2020). Access Date: 01.07.2023.
• Kalaycı, Ş. 2010. Faktör Analizi, Spss Uygulamalı Çok Değişkenli İstatistik Teknikleri, 319-331, Ed. Şeref Kalaycı, 5.
• Gözlü, M. 2022. Çelikhan (Adıyaman) İlçesinin G-Gb’ Sının Hidrojeolojik İncelemesi. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 84s, Elazığ.
• Greenland, S., Senn, S.J., Rothman, K.J., Carlin, J.B., Poole, C., Goodman, S.N., Altman, D.G. 2016. Statistical Tests, P Values, Confidence Intervals, and Power: A Guide to Misinterpretations. European journal of epidemiology, 31(4), 337-350.
• Varol, S., Şekerci, M. 2018. Korkuteli İlçe Merkezi (Antalya) Su Kaynaklarinin Su Kalite İndeks (Wqi) Yöntemi İle Değerlendirmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(1), 74-86.
• Nag, S., Suchetana, B. 2016. Groundwater Quality and Its Suitability for Irrigation and Domestic Purposes: A Study in Rajnagar Block, Birbhum District, West Bengal, India. Journal of Earth Science & Climatic Change, 7(2), 337-344.
• Şener, Ş., Şener, E. 2021. Şefaatli (Yozgat) Doğusu Su Kaynaklarının Hidrojeolojik Ve Hidrojeokimyasal İncelemesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(1), 126-138.
• Gibbs, R.J. 1970. Mechanisms Controlling World Water Chemistry. Science China-Life Sciences, 17, 1088-1090.
• Ismayilov, A.I., Mamedov, A.I., Fujimaki, H., Tsunekawa, A., Levy, G.J. 2021. Soil Salinity Type Effects on the Relationship between the Electrical Conductivity and Salt Content for 1: 5 Soil-to-Water Extract. Sustainability, 13(6), 3395.
• Rebello, L.R.B., Siepman, T., Drexler, S. 2020. Correlations between Tds and Electrical Conductivity for High- Salinity Formation Brines Characteristic of South Atlantic Pre-Salt Basins. Water Sa, 46(4), 602-609.
• Imbulana, S., Oguma, K., Takizawa, S. 2021. Seasonal Variations in Groundwater Quality and Hydrogeochemistry in the Endemic Areas of Chronic Kidney Disease of Unknown Etiology (Ckdu) in Sri Lanka. Water, 13(23), 3356.
• Sunkari, E.D., Okyere, M.B., Adams, S.J., Zango, M.S., Bhattacharya, P., Ali, S. 2023. Geochemical Controls on Fluoride Enrichment in Groundwater of a Geologically Heterogeneous Part of Ghana: Implications for Human Health Risk Assessment. In. Springer.
• Jin, Y., Jin, X., Yang, D., Mao, X. 2019. Controlling Factors of Surface Water Ionic Composition Characteristics in the Lake Genggahai Catchment, Ne Qinghai–Tibetan Plateau, China. Water, 11(7), 1329.
• Demir, H., M., A., B., G., Y., C. 2007. Bafra Ovası Yeraltı Suyu Kalitesinin Sulama Açısından Değerlendirilmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 4(2), 219-226.
• Aksever, F., Büyükşahin, S. 2015. Işıklı Gölü’nü (Çivril/Denizli) Besleyen Su Kaynaklarının Hidrojeokimyasal Özellikleri. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6(2), 55-64.
• Gülocak, H., Kıymaz, S. Determination of Usability of Wastewater for Irrigation Purposes in Agriculture in Kırklareli Region.
• Ağca, N., Doğan, K. 2021. Amik Ovasındaki Yüzey Su Kaynaklarının Kalitesi Ve Sulama Ve Içme Amaçlı Uygunluğunun Değerlendirilmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 26(3), 770-778.