Threat Severity of the Seawater Intrusion in Güzelyurt Aquifer

Abstract

Groundwater is a dependable and easily treatable natural water resource crucial for civilizations with limited freshwater access. Overexerting pressure on these types of water resources might result in groundwater depletion and undesired chemical contaminants. Güzelyurt (Morphou) Aquifer has been suffering from depletion as well as Sodium Chloride (NaCl) contamination for more than 40 years due to the over-extraction of groundwater to supply the high demand. The necessity of a study focused on the degree of threat caused by the seawater intrusion phenomenon emerges after a huge change in the water balance within the study area originated in the form of the Water Supply Project (WSP), where 75 MCM freshwater is transferred to TRNC from Turkey annually. Initially, the water head contours and NaCl iso-chloride maps of the last 40 years were drawn. Additionally, these maps are used in the determination of seasonal saturated aquifer volume as well as seasonal average NaCl concentration. The aim of this study is to assess the trends of the seasonal time series generated using the maps computed, followed by a statistical model generation in order to forecast the year where the quality degradation and water table depletion will diminish or return to their ‘natural state’ using the existing datasets with significant trends. An additional evaluation criterion for the threat severity was the seawater intrusion velocity calculated using the salt balance equation. Out of the three time series with significant trends, only the wet season average NaCl concentration time series was suitable for forecasting using the developed statistical model. Using this time series, a reasonable recovery of the NaCl content of the groundwater resource was detected in 2029. Finally, the annual rate of seawater volume infiltration from 1980 to 2001 was calculated as 5.57 m/year, whereas the 2001 - 2019 period was -3.46 m/year suggesting the dilution rate of groundwater concentration. Keywords: Seawater Intrusion, Salt Balance Equation, Mann-Kendall’s Test, ARIMA Modeling, Coastal Aquifer Management, Güzelyurt Aquifer.

Yeralt suyu, su erişimi sınırlı olan medeniyetler için yüksek önem teşkil eden güvenilir ve kolayca arıtılabilir bir doğal su kaynağıdır. Bu tür su kaynaklarının üzerinde aşırı baskı uygulanması, yeraltı suyunun tükenmesine ve istenmeyen kimyasal kirleticilerin görülmesine neden olabilir. Güzelyurt (Morphou) Akiferi, yüksek talebi karşılamak için yeraltı suyu çekiminin aşırı olması nedeniyle 40 yıldan fazla bir süredir tükenmenin yanı sıra Sodyum Klorür (NaCl) kontaminasyonundan muzdariptir. Deniz suyu girişimi olgusunun neden olduğu tehdidin derecesine odaklanan bir çalışmanın gerekliliği, çalışma alanı içindeki su döngüsünde meydana gelen büyük bir değişimin yani her yıl 75 MCM tatlı suyun Türkiye'den KKTC'ye transfer edildiği Su Temini Projesi’nin tamamlanmasının ardından ortaya çıkmıştır. İlk olarak, son 40 yılın su tablası konturları ve NaCl eşel seviye haritaları çizilmiştir. Ek olarak, bu haritalar doymuş akifer hacminin ve ortalama NaCl konsantrasyonunun belirlenmesinde kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, anlamlı trendlere sahip mevcut veri kümeleri kullanılarak kalite bozulmasının azalacağı ve su seviyesinin iyileşmeye başlayacağı veya 'doğal durumuna' döneceği yılı tahmin etmek için istatistiksel bir model oluşturulması ve haritalar kullanılarak oluşturulmuş olan mevsimsel zaman serilerinin eğilimlerinin değerlendirilmesidir. Tehdit şiddet seviyesinin değerlendirilmesi için kullanılan diğer bir kriter ise tuz dengesi denklemi kullanılarak hesaplanmış olan deniz suyu giriş hızıdır. Anlamli trendlere sahip üç zaman serisinden sadece yağışlı mevsim ortalama NaCl konsantrasyon zaman serisi, tahmin yürütmek için geliştirilen istatistiksel modelin kullanımı için uygun görülmüştür. Sadece ıslak mevsim ortalama NaCl konsantrasyon zaman serisi, istatistiksel model kullanımı ile tahmin yürütmek için kullanılmıştır. Bu zaman serisi kullanılarak, yeraltı suyu kaynağının NaCl içeriğinin makul bir şekilde geri kazanılmasının 2029 yılı olduğu belirlenmiştir. Son olarak, 1980-2001 yılları arasında deniz suyu hacminin yıllık azalma oranının 5,57 m/yıl olduğu hesaplanırken 2001 - 2019 döneminde yıllık azama oranının -3,46 m/yıl olduğu belirlenmiş ve bu negatif değerin yeraltı suyu konsantrasyonunun seyrelme oranını belirttiği kanaatine varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Deniz Suyu Girişimi, Tuzluluk Dengesi Denklemi, MannKendall Testi, ARIMA Modellemesi, Kıyı Akiferi Yönetimi, Güzelyurt Akiferi.