BALÇOVA JEOTERMAL SAHASININ HiDROLOJiK BİLANÇOSU Hydrologic Balance of Balçova Geothermal Field

Umran SERPEN - ilhan KAY AN

PROCEEDINGS

13 TH INTERNATIONAL PETROLEUM CONGRESS

AND EXHIBITION OF TURKEY

JUNE 04-06, 2001 ANKARA

AUTHORIZED BY

UCEAT- CHAMBER OF PETROLEUM ENGINEERS UCEAT- CHAMBER OF GEOPHYSICAL ENGINEERS TAPG-TURKISH ASSOCIATION OF PETROLEUM GEOLOGISTS

BALÇOVA JEOTERMAL SAHASININ HİDROLOJİK BİLANÇOSU

HYDROLOGIC BALANCE OF BALÇOVA GEOTHERMAL FIELD

ÖZ

Umran Serpen· ve İlhan Kayan ..

"iTü Petrol ve Doğal Gaz Müh. Böl., Maslak, lstanbul .. Ege üniversitesi, Coğrafya Böl. , Bornova, lzmir

Bu çalışma kapsammda Balçova jeotermal sahasmm beslenme havzası jeomorfolojik açıdan belirlenmiş ve daha sonra bu havza ile jeotermal alanm ilişkisi incelenmiştir. Beslenme havzasmm hidrolojik bilançosu yap!larak Balçova jeotermal sahasmm beslenme potansiyeli tahmin edilmiş ve sonuçları rapor edilmiştir.

ABSTRACT

in this study, recharge area of Balçova geothermal field was defined first from morphological point of view and then the relationship between this area and geotherma/ field was investigated. The recharge potential of this area tor the geothermal field was estimated and the results were reported.

1. GİRİŞ

İzmir Körfezi'nin hemen güneyinde bulunan Balçova jeotermal sahası 1960 ' 1 ı yı lların başında

keşf~dilmiş olup, o zamandan beri üzerinde çalışılmalar yapılmaktad ı r . Burada kurulan bir merkezi ısıtma

sistemi vasıtasıyla . 1996 yılından beri Balçova ve Narlıdere yerleşim bölgelerinde 7500 konut

eşdeğerinde ısıtma yapılmaktadır. Böylece büyük bir önem kazanmas ına ve buna uygun olarak burada,

başta yerbilimleri olmak üzere çeşitli yönlerden pek çok çalışma yapılmas ına rağmen. jeotermal su ların

yüzeyden beslenmesi ile ilgili hidrojeolojik araştırmaların yeterli olmadığ ı ve sistemin su bilançosu

üzerinde fazla durulmadığı dikkati çekmiştir. Beslenme havzası konusunda ilk değerlendirme Kayan

(2000) tarafından yapılmıştır . Bu çalışmada belirtilen havza esas al ınarak, burada. hidrolojik bilançoyu

etkileyen unsurlar incelenm iş ve bilanço ortaya konulmuştur .

2. METODOLOJİ

Balçova jeotermal sisteminin yüzey suları ile ne kadar beslenebildiğin i n belirlenebilmesi için

kuşkusuz , öncelikle sistemle ilişkili alandan yeralt ı na sızan su miktarı nın bilinmesi gerekmektedir. Bu

doğrudan ölçülemeyeceği için, ancak yağışla gelen suyun yüzeyden akan ve buharlaşan miktarlarının

belirlenmesiyle hesap lanması mümkün olabilir.

Balçova jeotermal alanının Kayan (2000) tarafından belirtilen en yakın ve doğrudan beslenme

havzası , tarih i Agamemnon kaplıcasının hemen gerisindeki (güneyindeki) Il ı ca deresinin su toplama

546

alanıdır. Bu alan (havza) 1/25.000 ölçekli topoğrafya haritasından (Şekil 1 ve 2) yaklaşık 35 km2 olarak

hesaplanmıştır. Kuşkusuz burada önemli olan husus, Ilıca deresi havzasından gelen suyun ne kadarının

jeotermal sistemi oluşturan fay zonuna girdiği , onu beslediğidir. Jeolojik çalışmalardan bilindiği gibi,

buradaki jeotermal su varlığı Balçova alüvyal düzlüğü ile güneyindeki yüksek rölyef arasındaki fay

zonunda (Agamemnon fayları ) oluşmaktadır. Bu nedenle. söz konusu fay zonunun sadece Ilıca

deresinden değil , güneydeki aynı yüksek rölyef üzerinden gelen diğer küçük derelerin sularından da

beslenmesi mümkündür ( Şekil 2). Bu durumda Agamemnon faylarının yüzey suları ile beslenme alanı

110 km2 ye çıkmaktadır. Hatta buna Balçova-Narlıdere alüvyal alanından da doğrudan sızma yoluyla

katkı olabileceği kabul edilirse beslenme alanın 135 km2 lik bir genişlikte gözönüne al ınması mümkündür.

Beslenme alan larındaki hidrolojik denge L. Turc, (1954) tarafından aşağıdaki formülle veri lm iştir :

P=E+R+I

Burada: P = Yağış . mm

E = Buharlaşma. mm

R =Akan su, mm

= Filtrasyon, mm

lzmir'in 1936 yılından beri rasat yapan meteoroloji istasyonu, Balçova ' nın hemen doğusunqa

Güzelyalı 'da bu lunmaktad ı r . Bunun verilerine göre lzmir'in yıllık yağış ortalaması 700 mm kad a rd ır. ı~ça

deresi üzerinde kuru lan Balçova baraj ı için 1981-1999 yılları arasında yapılan yağış ölçümleri de buna

uygun bir değer göstermektedir. Bununla birlikte, bu değerler deniz seviyesine yakın yükseltilerde

ölçülmüştür. Halbuki Il ıca deresı ve civardaki diğer dağ derelerinin beslenme a lanları 900 m yükseklere

kadar çıkmaktadır. Kesin bir değer vermek zor olsa da. yükseldikçe yağı şın arttığ ı bilinen bir gerçektir ve

bunun için Türkiye şartl arında her 100 m yükseldikçe yağışın 40-50 mm kadar arttığı genel olarak kabul

edilir (Erinç 1969) Bu durumda Ilıca ve diğer derelerin beslenme alanında, yükseklerde yağışın 1000 mm

altında olmaması gerekmektedir. Buna göre sadece Ilıca deresinin su toplama havzası

değerlendiri ldiğinde . 35 km2 lik alanda yılda ortalama

35 x 106 m2 x 1 m = 35 x 106 m3 su geliri olduğu söylenebilir.

Balçova baraı ının 1982-1996 yıllarına ait giriş akımı verilerine göre, baraja bu süre içinde yılda

ortalama 8.5 hm3 su girişı olmuştur. Bu 8.5 x 106 m3 su, yeryüzünde akarak Balçova baraj ı nda biriken su

olup, havzaya düşen yağışın %24 üne karşılık gelmektedir.

Yağışla gelen suyun ne kadarının buharlaşma yoluyla atmosfere geri döndüğünü belirlemek. birçok

değişken faktörle ilişkili olduğu için çok zordur. Bu konuda fiziksel buharlaşmayı (evaporasyon) kontrol

eden sıcaklık kadar. biyolojik terleme ile buharlaşan suyun (transpirasyon) ortamı olan bitki örtüsü

özelliklerinin de gözönünde bulundurulması gerekmektedir. Karşılıklı ilişkili bu faktörleri olabildiğince

gözönünde bulunduran Thornthwaite formülü uygulandığında . Yılmazer (1989) Balçova'da (deniz

seviyesine yakın verilere göre) buharlaşma-terleme (evapo-transpirasyon) değerini yıllık ortalama 324,9

mm olarak hesaplamıştır. Buna göre, 700 mm lik yıllık ortalama yağışın %46.4 ü evapo-transpirasyonla

547

atmosfere geri dönmektedir. Ancak burada yükselti ile yağışın arttığını ve yağış havzasının 900 m

yükseklere kadar çıktığını unutmamak gerekir.

Bu çalışmada buharlaşmayı hesaplamak için L.Turc (1954) tarafından önerilen aşağ ıdaki formüller

kullanılmıştır:

p E = -;::::=====

[0.9 + ( p : ' )] L * ,-

(Turc,1954 )

L = 300 + 2.5 * (1 ) + 0.05 * (1) ı (Turc.I 954)

Burada: t = Ortalama s ıcaklık, °C

Güzelyal ı Meteoroloji istasyonu ve rilerine göre lzmir'de yı llık orta lama s ıcak lı k 17.4°C dir. Ancak

burada da beslenme a lanının 900 metrelere kadar yükseldiği ve her 100 m yükseldikçe sıcaklığın 0.5°C

azaldığı dikkate alınma lıd ı r . Bu veriler kullanıldığında Balçova beslenme havzas ı için buharlaşmanın 334

mm olduğu , ya da bir başka deyiş le , yağışın %33 4'nün buharlaştığı ortaya çıkmaktad ı r .

Gerek Thornthwaite, gerekse L.Turc formülleriyle yapılan hesaplamaların sonuçları birbirine yakın

olmakla birlikte. bunların Türkiye şartlarında gerçeğe çok uygun sonuçlar vermedikleri belirlenmiş ve

katsayılarda baz ı değışiklik ler yapı larak kullanılma ları (Erinç 1969) veya başka formüller geliştirilmesi

(Sezer 1993. 1996) denenmiştır. Buna göre lzmir içın buharlaşma m iktarı çok daha büyük değerlere

ulaşmaktadır . Ayrıca Balçova gerisinde topoğrafyanın çok arıza lı o lması, yamaç eğimlerinin genellikle

%2.&(15°) üzerinde olması (Vadi yamaçlarının çoğu kesimınde eğim %40 dan da fazladır), yüzeye düşen

ya~mur sularının sızmaya fırsat bu lamadan yüzeyden akmasına ve buharlaşmasına neden olmaktadır.

Yüzeydeki yoğun bıtk i örtüsü ıse s ızan suyun büyük kısmının terleme (transpirasyon) yoluyla yine

buharlaşan su mik ta rına eklenmesi sonucunu doğurmaktadır. Burada anakayanın fazla geçirimli

olmaması. ince toprak ortüsü tarafından emilen ve tutulan difüz suyun, özellikle çok sıcak yaz aylarıda

kapiller olarak yüzeye yükselip buharlaşmas ı da sızma ile yeraltına geçen su miktarını azaltmaktadır. Bu

nedenlerle Balçova gerisindeki derelerin su toplama havzalarında buharlaşan su miktarın ın (gerçek

evapo-transpirasyon) hesaplananlardan fazla olduğunu gözönünde bulundurmak gerekir.

Bundan başka , sızan suyun ne kadarının fay zonuna (Agamemnon faylarına) s ızdığın ı ve Balçova

jeotermal sistemini besled i ğini belirlemek daha da zor, hatta mümkün deği ldir . Bununla birlikte, teorik

olarak belirlenen sızan su miktarının %10 unun bu fay zonuna sızdığ ı varsa yı lsa bile, Balçova jeotermal

sahasının beslenme miktarı yaklaşık 47 it/sn olarak tahmin edilebilir.

3. BESLENME ALANININ BALÇOVA JEOTERMAL SAHASIYLA BAGLANTISI

Bu çalışmada değerlend irmeye alınan beslenme havzas ı Şek il 1 'de gösterilm i ştir . Bu havzanın

Balçova jeotermal sistemine bitişik ve onunla i lişkili olduğu söylenebilir. Şe k il 3'de görülen Balçova

548

jeotermal suları izotoplarının 180 zenginleşmesi düşük olduğu için, onları ısıpmı_ş yüzey suları sınıfına

sokmaktadır. 180 zenginleşmesi düşük olması. rezervuar beslenmesinin göreli olarak hızlı olduğu

şeklinde yorJmlanabilir. Döteryum sonuçlarından, beslenme yüksekliği Aksoy ve Filiz (2001) tarafından

465 m ve Yılmazer (1989) tarafından 535 m olarak hesaplanmıştır. Bu değerler suların yüksek yerlerden

geldiğ i ni göstermekte ve sahanın hemen güneyindeki dağlık kesim buna en uygun yer olmaktadır.

Hidrojenin radyoaktif izotopu olan trityum, 3H, yarılanma ömrü 12.26 yıl olduğundan, hidrolojide yaş

tayini için kullanılır . Balçova jeotermal sularının izotop analizlerinden elde edilen trityum sonuçları , suların

termonükleer denemelerden etkilenmediğini , en fazla 40-50 yıllık sular olduğunu göstermektedir. Bu da

beslenmenin yakın ve hızlı olduğunu işaret etmektedir.

Şekil 4 ve Şekil 5, Balçova jeotermal sularında , sırasıyla B ve Mg derişiminin değişimini

göstermektedir. Bor derin sulardan kaynaklanan bir elementtir. Mg ise genelde derin jeotermal sularda az,

sığ sularda ise daha yüksek derişimde bulunur. Nitekim, sahanın güneyindeki beslenme havzası sularının

toplandığı Balçova barajı sularının Mg derişimi yüksektir. Üretim süreci içinde B'un azalması ve Mq'un

yükselmesi beslenmenin sahanın güneyinden geldiğ ini işaret etmektedir.

Şekil 6 ve Şek il 7 sırasıyla Balçova sahasındaki sığ ve derin kuyularda su seviyelerinin kuzey

yönünde düştüğünü gostermekte ve güneyden geldiğini işaret etmektedir. Bu akış gradyenlerinin güneyde

Agamemnon-1 fayından kaynakland ığı ve bu fayın da hemen güneyinde bulunan Ilı ca Deresi

havzasından beslend iği düşünülebilir. Yı lmazer ve diğ . (1998), raporlarına ekledikleri haritada

Agamemnon-1 fayın ı n güneyinde de akış gradyeninin kuzeye doğru olduğunu işaret etm i şlerdir.

4. TARTIŞMA VE SONUÇLAR

Ilıca deresinin 35 km2'1ik su toplama alanı da dahil olmak üzere. Balçova-Narlıdere güneyindeki

yüksek rölyeften k ıyıya inen derelerin toplam su toplama alanı yaklaşık 11 O km2 kadardır. Buna alüvyal

düzlük de eklenirse, alan 135 km2 ye çıkmaktadır. Bu alan doğuda Üçkuyular. batıda Güzelbahçe-Urla yol

kavşağı arasını kapsar Eğer bu alan beslenme alanı olarak ele alınırsa , beslenme potansiyeli oldukça

artacak yukarıda işaret edilenin çok üzerinde olacaktır.

Kuyularda uygulanan testlerde basınç tepkimesinin çok hızlı olması beslenmenin güçlü olduğu

şeklinde yorumlanabilir. Yeterli kayıt bulunmamakla birlikte, sahada kuyulardaki piyezometrik seviyelerin

üretim sırasında pek fazla değişmediği gözlenmektedir. Bunun nedeni de güçlü bir beslenme olabilir.

Doğal olarak hidrolojik bilançodan hesaplanan debinin anlamı bize beslenme potansiyeli hakkında bir

ön bilgi ve içgörü sağlaması açısından önemlidir. Doğru beslenme miktarı ancak uzun dönem gözlemleri

sonucunda elde edilen saha verilerinden hesaplanabilir.

Yukarıda anlatılanların ışığı altında , bu çalışmada aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:

Balçova jeotermal a lan ının beslenme havzası tanımlanmıştır.

549

Balçova jeotermal sisteminin bu beslenme alanınından beslendiğini destekleyen veriler sunulmuştur.

Hidrolojik bilanço yapılmıştır.

KAYNAKLAR

Aksoy, N., Filiz, Ş., (2001). "Balçova-Narlıdere Jeotermal Sahasının Çevresel izotoplarla incelenmesi", Çevre ve Jeoloji, Çevjeo'2001, 23-25 Mart, lzmir.

Erinç, S., (1969). "Klimatoloji ve Metodları", lstanbul Üniv. Coğrafya Enst. Yay. No: 35. lstanbul.

Kayan, i., (2000). "Balçova ve Çevresinin Jeomorfolojisi", Balçova Jeotermal Sistemi ve Günümüzdeki Durumu konulu Wokshop, 5-6 Şubat, lzmir.

Sezer, L.İ. 1993. "Karaburun Yarımadasının Fiziki Coğrafyası" , Doktora Tezi. Ege üniversitesi Coğrafya Bölümü. f zmir.

Turc, L., (1954). "Le Bilan d'eau des Sols. Relations entre les Precipitations, L'evaporation et l'Ecoulement", La Houille blanche, Societe Hydrotechnique de France, pp. 89-99.

Yılmazer, S., (1989). "Balçova Kaplıcalarının özellikleri ve Alanın Jeotermal Enerji Olana kla r ı ". Doktora Tezi , Akdeniz Üniversitesi.

Yılmazer, S., Uygur, N., Yakabağ, A., Karahan, Ç., İldem, F., (1998). "Balçova BD-4 Kuyusunun Kuyu Bitirme Raporu". MTA Ege Bölge Md. , lzmir.

550

K

t İZMİR KÖRFEZİ

//

, ... ..... - !

KUŞADASI KÖRFEZİ

o 1 5 10km

:;r--. Akarsular (Mevsimlik veya sel reıimli) flit) lzohips'ler (50 m aralı kla) ....__,,, Dom yapısın ı belirleyen ana subölümü ç izgileri

- Fay zonıarı e Büyuk sıcaksu kaynakları

Şekil 1. Balçova güneyindeki dağlık alan ve çevresinin morto-tektonik ve hidro-jeomorfolojik ana çizgileri.

551

K

t o 1 5 10km

J İZMİR KÖRFEZİ

IZM I R

~ ızohıpaier 1 I lıca dere1ıı (Eş aralık 50 m) 2 Ahonbaşı deresi

-1 Akarsular Hacı arımtlt deresi

(Ge"9 11ılı.le y~ı şa ba(ılı. g eçieı akarsular) • Balçova jeo1ennal alanı -- Ana subOl.ümCı (Balçova duzlüQüne su gônderon derelerin 11 nırı ) ,A1<.. Balçova ba r oı•

~ 2 derece subôlümü ÇtZgılen

Şekil 2. Balçova k ıyı düzlüQüne ulaşan yüzey sularının beslenme alanı.

40.0 -

-j 1

Akdeniz sula ri / 1

ortalaması / :

Okyanus sula,) ortalama si

"Jl

o o.o - , ~

o o

-40.0

-1 0.0 -5.0 o.o 5 .0 0180,%0

Şekil 3. Balçova suları izotopları (Aksoy ve Filiz, 2001 ).

552

-a:ı

8.0

' [ =:= ::,~ -+- . ... ı' -e- :34 L )

İ --B--- ! C ) 1

1

-- " ·' i _. 1 0-~ 1

--0-- iHH

::::! OJ

E Ö>

::E

4.0 --+----------r-------,

B O :rı ooo · 11;000 112001

Tarih

30 .0 l

20.0

100 __!

O.O

B Ö

-+- •·· --+- 8 ·1 '3

-+- 1·11

~ ITF ->

--e- 80 ·3

_._ 8 0 -4

--- 80-' -a- 80 -1

712000

Ta rih 1 t/2000 2/2001

Şekil 4. Balçova sularında B derişiminin

değişimi .

Şekil 5. Balçova su la rı nda Mg derişiminin değişim i

B-9 B-10 B-2 8 -12

Slg Kuyular

Şekil 6. Sığ kuyuların piyezometrik seviyelerinin değişimi .

:l 50 (/)

40 :i'. GJ 30 "O c: 20 ·.: E GJ N . ...: 10

: :::ı fJl GJ o 'iii >

GJ ·- -10 >> ·- GJ > (/)

-20 GJ en .~ -30 c: -40 GJ o

-50

Derin Kuyular

Şekil 6. Derin Kuyuların piyezometriK seviyelerinin değişimi.

553