Determination of the Quality of Some Irrigation Waters in Beypazarı District of Ankara Province and Prediction of Geochemical Speciation Using the Visual MINTEQ Model

Öz

Extremely limited and non-renewable soil and water resources are rapidly depleting due to factors such as improper land use and climate change. In arid and semi-arid regions, groundwater is a critical resource for irrigation, yet its low quality necessitates careful use. In this study, the chemical properties of irrigation water samples collected from rural areas of Beypazarı district, Ankara province, were analyzed in terms of water quality. Ion speciation analyses performed using the Visual MINTEQ geochemical model revealed that the free calcium (Ca²⁺) ratio ranged from 54.6% to 72.8%, while the sulfate (SO₄²⁻) ratio was between 65.5% and 73.1%. The free form of sodium (Na⁺) ions was found to range from 93.7% to 98.4%, and the free form of magnesium (Mg²⁺) ions varied from 59.7% to 77.1%. According to the Principal Component Analysis (PCA) results, the key parameters defining the chemical composition of water samples were identified as Ca, pH, SO₄, and EC. Based on the Mineral Saturation Index (SI), minerals such as dolomite CaMg(CO₃)₂ and calcite (CaCO₃) were found to be supersaturated, while minerals like halite (NaCl) and gypsum (CaSO₄·2H₂O) showed a tendency to dissolve. These findings indicate that the water has a high salinity content and requires specific precautions for irrigation use. The results of this study demonstrate that the Visual MINTEQ geochemical model’s ion speciation and saturation index calculations contribute to a better understanding of water suitability for irrigation and water-rock interaction processes.

Anahtar Kelimeler

• Water quality
• chemical speciation
• Visual MINTEQ

Proje Numarası

15Ö0447001

Ankara İli Beypazarı İlçesi Bazı Sulama Suları Kalitesinin Belirlenmesi ve Visual MINTEQ Modeli ile Jeokimyasal Türleşmelerin Tahmini

Öz

Son derece sınırlı ve yenilenemeyen toprak ve su kaynakları, yanlış arazi kullanımları ve iklim değişikliği gibi faktörlerin etkisiyle hızla tükenmektedir. Kurak ve yarı kurak bölgelerde yeraltı suları sulama için kritik bir kaynak olsa da düşük kaliteye sahip olması nedeniyle dikkatli kullanılmalıdır. Bu çalışmada, Ankara ili Beypazarı ilçesinin kırsal alanlarından alınan sulama suyu örneklerinin su kalitesi bakımından kimyasal özellikleri analiz edilmiştir. Visual MINTEQ jeokimyasal modeli kullanılarak yapılan iyon türleşme analizlerinde, serbest kalsiyum (Ca+2) oranı %54.6 ile %72.8 arasında, sülfat (SO₄-2) oranı ise %65.5 ile %73.1 arasında bulunmuştur. Sodyum (Na⁺) iyonunun serbest formu %93.7 ile %98.4 arasında, magnezyum (Mg+2) iyonunun serbest formu ise %59.7 ile %77.1 arasında değişim göstermiştir. Temel Bileşen Analizi (PCA) sonuçlarına göre, su örneklerinin kimyasal bileşimini belirleyen en önemli parametrelerin Ca, pH, SO₄ ve EC olduğu görülmüştür. Mineral doygunluk indeksi (SI)’ne göre ise dolomit CaMg(CO₃)₂ ve kalsit (CaCO₃) gibi minerallerin aşırı doygun olduğu, buna karşın halit (NaCl) ve jips (CaSO₄·2H₂O) gibi minerallerin çözünme eğiliminde bulunduğu tespit edilmiştir. Bu bulgular, suyun yüksek tuzluluk içerdiğini ve sulama için bazı önlemler alınması gerektiğini ortaya koymaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, Visual MINTEQ jeokimyasal modelinin iyon türleşmeleri ve mineral doygunluk hesaplamalarının, suyun sulamaya uygunluğu ve su-kayaç etkileşim süreçlerinin daha iyi anlaşılmasına katkı sağladığını göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Su kalitesi
• kimyasal türleşme
• Visual MINTEQ

Destekleyen Kurum

Ankara Üniversitesi Bilimsel Proje Birimi (BAP)

Proje Numarası

15Ö0447001

Etik Beyan

Bu makale Ankara Üniversitesi BAP tarafından desteklenen Proje No: 15Ö0447001: “Ankara’nın Köyleri Tarımsal Arazi Kullanım Planlaması” başlıklı, Bilimsel Araştırma Projesinin bir bölümünden üretilmiştir. Yazarlar konunun projelendirilmesi ve değerlendirilmesinde ortak rol almışladır.

Kaynakça

1. Anonim, (2006). Beypazarı meteoroloji istasyonu meteorolojik verilerin 1975-2005 yılları arasındaki değerleri. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Araştırma ve Bilgi İşlem Daire Başkanlığı, 2-3.
2. Anonim, (2016). Ankara ve Tarım. Ankara Kalkınma Ajansı. https://www.kalkinmakutuphanesi.gov.tr/
3. Anonim, (2017). Ankara ili 2016 yılı çevre durum raporu. Ankara Valiliği Çevre ve Şehircilik İl Müdürlüğü Çevresel Etki Değerlendirme Şube Müdürlüğü, Ankara.
4. Appelo, C.A.J. & Postma, D. (2005). Geochemistry, Groundwater and Pollution (2nd ed.). London, United Kingdom, Taylor and Francis.
5. Ayers, R.S. & Westcot, D.W. (1994). Water Quality For Agriculture. FAO, Irrigation and Drainage Paper 29 Rev. 1. Reprinted 1989, 1994. Roma.
6. Benjamin, M. M. (2015). Water Chemistry. Waveland Press, pp.907.
7. Çiftçi, N., Kara, M., Yılmaz, M. & Uğurlu, N. (1995). Konya Ovasında drenaj suları ile sulanan arazilerde tuzluluk ve sodyumluluk sorunları. 5. Ulusal Kültürteknik Kongresi Bildirileri, 30: 471-481.
8. Edet, A.E., Merkel, B.J., & Offiong, O.E. (2004). Contamination risk assessment of fresh groundwater using the distribution and chemical speciation of some potentially toxic elements in Calabar (Southern Nigeria). Environmental Geology, 45: 1025–1035.

9. El Gammal, H.A. & Ibrahim, L.A. (2017). Assessment of groundwater quality for different uses case study: El Minya governorate. Egyptian Journal of Aquatic Biology and Fisheries, 214: 1–20.
10. Elango, L. & Kannan, R. (2007). Rock-Water Interaction and Its Control on Chemical Composition of Groundwater. Chapter 11. Developments in Environmental Science, 5: 229-243.
11. Eltan, E. (2007). Ankara İli ve İlçelerinde Yeraltı Sularının Sulama Kalitesi. Ançeva Yayın, No: 9, Ankara.
12. FAO (2011). Climate Change, Water and Food Security, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome.
13. Gustafsson, J.P. (2014). Visual MINTEQ, version 3.1. KTH Department of Land and Water Resources: Stockholm, Sweden.
14. Ibrahim, R.G.M., Korany, E.A., Tempel, R.N. & Gomaa, M.A. (2019). Processes of water–rock interactions and their impacts upon the groundwater composition in Assiut area, Egypt: Applications of hydrogeochemical and multivariate analysis. Journal of African Earth Sciences, 149: 72–83.
15. Ibrahim, L.A. & Nofal, E.R. (2020). Quality and hyrogeochemistry appraisal for groundwater in Tenth of Ramadan Area Egypt. Water Science, 34(1): 50-64.
16. Jalali, M. & Kolahchi, Z. (2009). Effect of irrigation water quality on the leaching and desorption of phosphorus from soil. Soil and Sediment Contamination: An International Journal, 5: 576-589.
17. Kalfas, D., Kalogiannidis, S., Papaevangelou, O. & Chatzitheodoridis, F. (2024). Assessing the Connection between Land Use Planning, Water Resources, and Global Climate Change. Water, 16(2): 333.
18. Kang, Y., Khan, S. & Ma, X. (2009). Climate change impacts on crop yield, crop water productivity and food security–A review. Prog Nat Sci., 19: 1665–1674.
19. Langmuir, D. (1997). Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, 601.
20. Obiefuna, G.I. & Orazulike, D.M. (2010). Physicochemical characteristics of groundwater quality from Yola Area, Northeastern Nigeria. J. Appl. Sci. Environ. Manag., 14(1): 5-11.
21. Piper, A.M. (1944). A graphic procedure in the geochemical interpretation of water-analyses. Eos, Transactions American Geophysical Union, 25: 914-928.
22. Rhoades, J. D. (1972). Quality of water for irrigation. Soil Science, 113(4): 277-284.
23. Richards, L.A. (1954). Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. United States Department of Agriculture Handbook 60.
24. Türkan, O. (2013). Beypazarı ilçesinde jeomorfolojik birimler ile arazi kullanım ilişkisi. Coğrafi Bilimler Dergisi, 11(1): 53-68.
25. Wolf, B. (1971). The determination of boron in soil extracts, plant materials, composts, manures, water and nutrient solutions. Soil Science and Plant Analysis, 2: 363-374.