Eymir-Mogan gölleri arasında yeraltı suyu akım ve kütle taşınım modeli
Groundwater flow and solute transport model between Eymir and Mogan lakes (Ankara)
- Tez No: 216423
- Danışmanlar: Y.DOÇ.DR. LEVENT TEZCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeoloji Mühendisliği, Geological Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mogan Gölü, hidrojeolojik sistem, heterojenite, yeraltısuyu kirliliği, ağır metal, izoterm modelleri, paylaşım katsayısı, dispersivite, MF2K-GWT, MT3DMS, Mogan Lake, hydrogeological system, heterogeneity, groundwater contamination, heavy metal, isotherm model, partitioning coefficient, dispersivity MF2K-GWT, MT3DMS
- Yıl: 2007
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Ankara ilinin güneyinde yer alan Gölbaşı ilçesinde gelişme gösteren endüstriyel tesislere (metal, maden vb.) ve yerleşim birimlerine ait atık sular arıtma işleminden geçirilmeksizin doğrudan Mogan ve Eymir gölleri ile gölleri besleyen derelere boşaltılmaktadır.Bu durum su kaynaklarında hızlı bir şekilde kirlenmeye neden olmaktadır. Özellikle Mogan Gölü'nde meydana gelen kirlenme Eymir Gölü'nü ve iki göl arasında yer alan Kuvaterner yaşlı alüvyon çökellerden oluşan hidrojeolojik sistemi kalite açısından etkilemektedir. Çalışma alanında değişik boyutlarda görülmeye başlayan kirlenme, su kaynaklarında kalite, insan sağlığı açısından ise günümüz ve gelecek için uzun dönemli riskler oluşturmaya başlamıştır. Bundan dolayı iki göl arasında yer alan inceleme alanında hidrojeolojik yapıyı tanımlamak ve bu yapı içerisinde gercekleşen yeraltısuyu akım ve kütle taşınım hareketini denetleyen fiziksel ve kimyasal parametreleri belirlemek amacı ile arazide sondaj, gözlem, örnekleme; laboratuvar koşullarında ise deneysel çalışmalar yapılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sonucunda elde edilen verilerden yararlanılarak kirleticilerin hidrojeolojik sistemdeki hareketi sırasında konuma ve zaman bağlı olarak neden olduğu kirlenme matematiksel 3 boyutlu akım ve taşınım modelleri ile ortaya konulmuştur. İki göl arasında yer alan inceleme alanında birimlerin düşey ve yanal yöndeki dağılımlarını belirlemek amacı ile 10 farklı lokasyonda ve değişik derinliklerde sondaj çalışmaları yapılmıştır. Bununla beraber hidrojeolojik sistemdeki YAS değişimini gözlemek ve yeraltısuyundan örnekleme alabilmek amacı ile açılan sondaj kuyularına PVC plastik borular yerleştirilmiştir. Sondaj çalışmaları sırasında alınan karot örneklerine ait jeohidrolojik ve taşınım parametreleri belirlemek amacı ile laboratuvar koşullarında deneyler yapılmıştır.Yapılan tane boyu analizleri sonucunda alüvyon çökellerin kil, siltli killi tın, kumlu tın, tınlı kum, siltli tın ve kum (USDA,1972) olmak üzere 6 farklı hidrolik birimden oluştuğu ve heterojen bir yapı gösterdiği belirlenmiştir. Gözlem ve deneyler sonucunda hidrojeolojik sistemde yeraltısuyu akım hareketinin (Mogan Gölü'nden Eymir Gölü'ne doğru) çok düşük hızda (i?0.0012) ve hidrolik iletkenliği düşük (10?8? K ?10?10 m/s) kumlu, siltli ve killi birimler içerisinde gerçekleştiği belirlenmiştir. Heterojen bir yapı gösteren inceleme alanı düşey akım bileşeni de dikkate alınarak 11 model katmanına bölünmüştür. Her bir model katmanı, hidrojeolojik birimlerin göstermiş oldukları litolojik özelliklere göre 6 farklı zona ayrılmıştır. Her zon kendi içerisinde homojen hidrolik parametreler ile temsil edilmiştir. Potansiyel su kaynaklarında mevcut su kalitesi belirlemek amacı ile yüzey ve yeraltısuyundan değişik aylarda örnekleme çalışmaları yapılmıştır. Bu örneklerde yapılan kimyasal analizler sonucunda su kaynaklarında ağır metaller ve azotlu organik kirleticiler olmak üzere iki farklı kirletici grubu tesbit edilmiştir. Bu kirleticilerden ağır metaller (Cu, Zn, Ni, Mn ve Fe) örnekleme yapılan bütün lokasyonlarda değişik derişimlerde gözlenirken azotlu organik kirleticiler (NO-3 ve NH4) ise bazı lokasyonlarda kesikli olarak gözlendiği belirlenmiştir. Tez çalışması kapsamında yapılması planlanan üç boyutlu kütle taşınım modelinde kirleticilerin toprak ile tepkimeye girme önceliği dikkate alınarak Cu, Zn ve Mn ağır metallerinden oluşan çok bileşenli (multi-component) kirletici grubunun taşınım hareketinin sistem içerisindeki yayılımı konuma ve zaman bağlı olarak belirlenmiştir. Bu amaçla gözenekli ortamın katı matriksi ile kirleticiler arasında meydana gelen tutulma izoterm modeli herbir litolojik birim ve kimyasal tür için tanımlanmıştır. Yapılan tutulma deneyleri sonucunda YKD koşullarında Cu ağır metali doğrusal, Zn ve Mn ağır metallerinde ise genelde doğrusal olmayan izoterm modelleri (Langmuir ve Freudlich) gözlenmiştir. Toprak örneklerinde yapılan tutulma deneyleri sonucunda ağır metallerden Cu ait Kd değeri kil biriminde maksimum (32550.350 l/kg) tınlı kum biriminde ise minimum (18170.76 l/kg) olduğu belirlenmiştir. Zn matelinde maksimum tutma kapasitesi (ß) değeri kil biriminde maksimum (10985.148 mg/kg), siltli tın biriminde minimum (8597.14 mg/kg), Mn da ise kil biriminde maksimum (7587.391 mg/kg) tınlı kum birimde ise minimum (4908.695 mg/kg) değrleri aldığı hesaplanmıştır. Cu, Zn ve Mn için taşınım modelleri tutulma olmak sızın ve tutulmanın gözlendiği koşullarda olmak üzere iki farklı aşamada çalıştırılmıştır. Birinci aşama sonucunda kirleticiler advektif ve dispersif süreçlere bağlı olarak hidrojeolojik istemde zaman bağlı olarak yayılım göstermişlerdir. İkinci aşama sonucunda ise kirletici kaynak konumunda olan Mogan Gölü'nden sisteme nufüz eden Cu, Zn ve Mn metalleri Kd parametresine bağlı olarak doğal akım koşulları altında hidrojeolojik sistemde Cu >Zn>Mn şeklinde bir tutulma göstermektedir. Kütle taşınım modelinde kirletici kaynak durumunda yer alan Mogan Gölü'nde kirletici derişimleri ilk 30 yıl boyunca sabit,100 gr/m3 ve diğer bir 30 yıllık zaman periyodunda ise 0 olarak kabul edilmiş, kirleticilerin hidrojeolojik sistemde neden olabileceği kirlenmenin konuma ve zaman göre etkisi kestirilmeye çalışılmıştır. Kütle taşınım modelinde 60 yıl içerisinde katı matris tarafından yaklaşık 2x108 gr Cu tutulmuş ve bu zaman dilimi boyunca Eymir Gölü'ne ulaşan Cu miktarı ise yaklaşık 0.062 gr olarak hesaplanmıştır. 60 yıl sonunda Eymir Gölüne ulaşan Zn ve Mn miktarları ise Cu'a göre çok daha fazla (~4200 gr) olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Wastewater belong to industrial plants (metal, mining, etc.) and urban areas in Golbasi County, located to the south of Ankara, have been discharged directly to Mogan and Eymir lakes or streams flowing to these lakes, without treatment. These processes have given rise to a rapid contamination in these water resources. The contamination in the Mogan Lake also affects both the Eymir Lake located to the north and the Quaternary alluvium aquifer that extends between these lakes. The magnitude of contamination observed in the study area is spatialtemporally variable and has started to pose long term risk for quality of water resources. In addition to experimental studies in laboratory conditions, drilling, observation and sampling studies in the field have been carried out to identify hydrogeological structure, physical and chemical parameters which control the groundwater flow and solute transport within the aquifer between the lakes. A three dimensional numerical flow and transport model of the alluvial aquifer system have been developed on the basis of these laboratory and field data. Boreholes with various depths have been drilled at ten different locations of the alluvial aquifer to evaluate the distribution of horizontal and vertical direction of units. PVC filters have been placed into boreholes to observe the groundwater level in hydrogeological system and collect groundwater samples. Undisturbed samples taken from drillings have been used to determine hydraulic and transport parameters of the groundwater system. Grain size distribution analyses revealed a heterogeneous alluvial deposition medium comprising of six different hydraulic units, namely clay, silty clay loam, sandy loam, silty loam, loamy sand and sand (e.g. USDA, 1972). Field observations and laboratory data indicates that groundwater flow from Mogan Lake toward Eymir Lake is primarily occurs through sandy and silty-clayey horizons with respective hydraulic gradient and hydraulic conductivity values of i ? 0.0012 and 10?8 ? K ? 10?10 m/s. Considering the observed heterogeneity and vertical flow effect, the flow domain has been divided into 11 model layers. Each layer has been divided into 6 different hydrogeological zones according to the lithological properties of hydrogeological units. The hydraulic parameters are assumed to be homogeneous within each zone. Based on water quality data obtained from surface and groundwater samples, two different contaminant groups comprising of heavy metals and organic nitrogen compounds have been identified. Among all contaminant, heavy metals (Cu, Zn, Ni, Mn and Fe) have been observed in all locations at varying concentrations whereas, contaminants of organic nitrogen (NO-3 ve NH4) have only been observed at some locations. In the three dimensional solute transport model applied to the investigation area, the spatial-temporal spread of multi component contaminants group (i.e. Zn, Cu and Mn) has been determined depending on their respective sorptivity on the aquifer skeleton. The sorption isotherm models between the solid matrix and the contaminants have been established by means of batch and column tests for each lithologic unit and chemical species. The results of batch experiments, carried out under the local chemical equilibrium assumption, revealed a linear sorption model for Cu whereas, Zn and Mn posses a non-linear (i.e. Langmuir and Freundlich) sorption behavior. The partitioning coefficient (Kd) of Cu were found to be highest in clay unit (32550.350 l/kg) and lowest in loamy sand (18170.76 l/kg).The minimum and maximum sorption capacity (ß ?? ) values for Zn were found to be in clay (10985.148 mg/kg) and in siltli tın (8597.14 mg/kg) units, respectively. Similarly, clay (7587.391 mg/kg) and tınlı sand (4908.695 mg/kg) units provided the maximum and minimum values for Mn. Solute transport models have been run first for the case without sorption then, run for the case where sorption is effective. In the first case, contaminants were found to spread spatio-temporally in the flow domain based on the prevailing advective and dispersive processes. In the second case, on the basis of Kd values, a sorption order of Cu >Zn>Mn were found to be effective under natural flow conditions for the contaminants entering the aquifer from the Mogan Lake. Based on a scenario that, the constant concentration of 100 gr/m3 attributed to Mogan Lake for 30 years, following a period of 30 years of zero concentration, and the spatial and temporal distribution of the concentration in the hydrogeological system is estimated for 60 years. Mass transport model infers that the amount of Cu to be sorbed in aquifer during the next 60 years will amount to 2x108 gr, while the amount of Cu arriving at the Eymir Lake would be 0.062 gr. The amounts of Zn and Mn to be arrived at the Eymir Lake at the end of 60 years simulation period are found to be 4200 gr.
Benzer Tezler
- Mogan ve Eymir (Ankara) gölleri arasındaki hidrojeolojik birimlerin nitrat ve fosfat kirletici taşınım parametrelerinin belirlenmesi
Determination of nitrate and phosphate contaminant transport parameters of the hydrogeologic units between Mogan and Eymir lakes (Ankara)
EYLEM YURTSEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET EKMEKÇİ
- Comparing ecological structure of Turkish shallow lakes between the seasons, and wet & dry years
Türkiye sığ göllerinin ekolojik yapılarının mevsimsel ve kurak – ıslak yıllar bakımından karşılaştırılması
ALİ SERHAN ÇAĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BEKLİOĞLU
- Ankara İmrahor Vadisi'nin kentsel dönüşüm projeleri ile tahribi örnek; yeni güneypark kentsel dönüşüm ve gelişim proje alanı
Destruction of Ankara İmrahor Valley by urban transformation projects example; New Southpark urban transformation and development project area
ÖZNUR AYTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kamu YönetimiÇankaya ÜniversitesiKentsel Tasarım ve Dönüşüm Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TUNÇER
- The Roles of hydrology and nutrients in alternative equilibria in the shallow lakes of Anatolia, lake Eymir and lake Mogan: Using monitoring and modeling approaches
Anadolu'nun iki sığ gölü'nde, Eymir ve Mogan gölleri, alternatif durumların belirlenmesinde hidroloji ve besin tuzlarının önemi: İzleme ve modelleme yaklaşımları
CAN OZAN TAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERYEM BEKLİOĞLU
- Eymir ve Mogan göllerinin beslenme havzasının batı kesiminin hidrojeoloji incelemesi
Hydrogeological investigation of the western part of reharge area of Eymir and Mogan lakes
ZAFER ARIGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Jeoloji MühendisliğiAnkara ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAKİ CANİK