Dağlık Nehir–Akifer Sistemlerinde Yanal Akifer Eğiminin Hiporeik Akım ve Yeraltı Suyu Alanları Üzerindeki Etkisi

Groundwater flow is directly influenced by the physical properties of the hosting aquifer and its interactions with surface water bodies. Therefore, examining aquifer characteristics -particularly aquifer slope- is essential for understanding groundwater and hyporheic flow processes. In this study, the effect of the aquifer slope oriented perpendicular to the streamflow direction (lateral aquifer slope) on the extent and magnitude of hyporheic exchange was investigated through numerical modeling in a mountainous stream–aquifer system. The analyses were conducted under steady-state conditions using a conceptual model developed in Visual MODFLOW. For each aquifer-slope scenario, three different stream-slope configurations were evaluated to assess the system’s sensitivity to slope variations. The relative influences of stream and aquifer slopes on hyporheic flow were examined jointly. The results indicate that aquifer slope is a primary control on hyporheic exchange. As the lateral aquifer slope increases, stream-to-aquifer fluxes decrease, the hyporheic zone narrows, and the flow field becomes confined to a smaller region adjacent to the river. In contrast, variations in stream slope do not substantially alter the spatial distribution of flow paths, though they induce measurable changes in exchange fluxes and groundwater velocities. Furthermore, even under the same stream slope, changes in aquifer slope modify flow patterns, demonstrating that aquifer slope regulates the effectiveness of stream slope as a hydraulic driver. Overall, the findings show that aquifer slope is a critical parameter governing the structure and extent of hyporheic exchange, as well as the transmission of surface-water-derived solutes into the aquifer. The study provides a new perspective for groundwater protection planning, contaminant transport evaluations, and hydrologic modeling efforts.

Yeraltı suyu akışı, içinde bulunduğu akiferin özelliklerinden ve yüzeysel su kaynaklarıyla olan etkileşimden doğrudan etkilenir. Bu nedenle, yeraltı suyu ve hiporeik akım süreçlerinin anlaşılmasında akifer özelliklerinin, özellikle de akifer eğimin rolünün araştırılması büyük önem taşır. Bu çalışmada, dağlık bölgelerdeki bir nehir–akifer sisteminde nehir akımı doğrultusuna dik yönde oluşan (yanal) akifer eğiminin hiporeik akımın yayılımı ve miktarı üzerindeki etkisi sayısal modelleme yöntemiyle incelenmiştir. Analizler, kavramsal bir model üzerinde kararlı akım koşullarında Visual MODFLOW yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiş; farklı akifer eğimleri için üç ayrı nehir eğimi senaryosu değerlendirilerek sistemin eğime karşı duyarlılığı araştırılmıştır. Nehir ve akifer eğimlerinin hiporeik akım üzerindeki göreli etkileri birlikte değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, akifer eğiminin hiporeik akımı belirleyen birincil parametre olduğunu göstermektedir. Yanal akifer eğimi arttıkça nehirden akifere gerçekleşen akım azalmış, hiporeik bölge daralmış ve akım alanı nehre yakın sınırlı bir bölgede yoğunlaşmıştır. Buna karşılık, nehir eğimi akım alanlarının mekânsal dağılımı üzerinde belirgin bir etki oluşturmamış, ancak etkileşim debisi ve yeraltı suyu hızlarında ölçülebilir değişikliklere yol açmıştır. Ayrıca, aynı nehir eğimi altında dahi akifer eğiminin değişmesi akım düzenini farklılaştırmış, bu da akifer eğiminin nehir eğiminin etkisini şekillendiren bir kontrol unsuru olduğunu ortaya koymuştur. Sonuçlar, akifer eğiminin hiporeik akımın yapısını, yayılımını ve yüzey suyu kaynaklı kirletici geçişini belirleyen kritik bir parametre olduğunu göstermektedir. Bu kapsamda çalışma, akifer koruma planlaması, kirletici taşınımı değerlendirmeleri ve hidrolojik modelleme uygulamaları için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.