Publication: Investigation of the relationship between the topography and the fluid circulation depth on the geothermal systems of central anatolia region
Abstract
Sürdürülebilir bir gelecek sunan jeotermal enerji, Türkiye'nin İç Anadolu Bölgesi’nde umut verici bir potansiyele sahiptir. Bu potansiyeli harekete geçirmek için sıcak su kaynaklarının konumlarını ve akışkan yollarını belirleyen faktörleri anlamak kritik öneme sahiptir. Bu çalışma, bu mekanizmaları idealize edilmiş koşullar altında sayısal simülasyonlar kullanarak anlamayı amaçlamaktadır.Bu çalışmada, jeotermal sistem üzerinde yapılan sayısal modelleme simülasyonu, topoğrafya, ısı akısı ve akışkan dolaşımı arasındaki ilginç etkileşimi ortaya koymaktadır. Topoğrafyanın etkisi (zorlanmış konveksiyon) sistem içindeki baskın ısı akışını şekillendirmektedir. Dikkat çekici bir şekilde, daha derin akışkan dolaşımının da taban ısı akısının büyüklüğünden etkilendiği, akışkan dolaşımının dinamik bir yapıya sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın bulguları, basitleştirilmiş koşullar altında bile bazal ısı akısının fay zonu sıcaklıkları üzerindeki önemli etkisini göstermektedir. Simülasyonlarda topoğrafı yükseklik için 0 ile 1500 metre arasında kullanılmıştır. Ayrıca, Nusselt sayısı ve saha verileri referans modeli ile bazal ısı akısı, 65 mW⋅m-2 (İç Anadolu Platosu) ve 110 mW⋅m-2 (Kırşehir Masifi) için karşılaştırılmıştır. Topoğrafı yükseklik yaklaşık 1000 metrenin üzerine çıktığında Nusselt sayısı değerinin artışı azalmaktadır. Sonuç olarak, topoğrafya, İç Anadolu bölgesinde sıcak su kaynaklarının oluşumlarında önemli bir faktör olarak ortaya çıkmaktadır.Araştırmada, 32 jeotermal alanda 141 jeotermal kuyudan sıcaklık-derinlik verisi kullanıldı. Var olan verilere dayanarak ve simüle edilen sıcaklık-derinlik profilleri ile karşılaştırılarak bu araştırmanın sonuçları desteklenmiştir. Elde edilen sonuçlar diğer çalışmalarla da uyumludur ve bu çalışmada kullanılan simülasyon yaklaşımını desteklemektedir. Bu çalışma İç Anadolu Bölgesi’nin jeotermal potansiyelinden yararlanmak için bir katkı sunmaktadır.
Geothermal energy offers a sustainable future, and Central Anatolia Region in Türkiye holds promising potential. To unlock this potential, understanding the factors governing hot spring locations and fluid pathways is crucial. This study aims for understanding these mechanisms using numerical simulations under idealized conditions.In this study, the simulated numerical modeling on geothermal systems reveals an interesting interplay between topography, heat flow, and fluid circulation. The influence of topography (forced convection) shapes the dominant flow of heat within the system. Remarkably, deeper fluid circulation is also observed to be affected by the magnitude of basal heat flow, showing a dynamic nature of fluid circulation. Intriguingly, findings of this study highlight the significant impact of basal heat flow on fault zone temperatures, even under simplified conditions. In the simulations, the topographic relief between 0-1500 m were used. Nusselt number and field data-reference model were compared for basal heat flow, 65 mW⋅m-2 (Central Anatolia Plateau) and 110 mW⋅m-2 (Kırşehir Massif). Nusselt number rate of increase starts to decrease at topographic relief of above 1000 m. As a result, the topography emerges as an important factor in the formations of hot springs in the Central Anatolia Region.The temperature-depth data was used from 141 geothermal wells in 32 geothermal fields for investigation. Building upon existing data and comparing with the simulated temperature-depth profiles supports the results of this investigation. The results are in agreement with other studies confirming the simulation approach used, presenting a contribution to harness Central Anatolia Region's geothermal potential.
Geothermal energy offers a sustainable future, and Central Anatolia Region in Türkiye holds promising potential. To unlock this potential, understanding the factors governing hot spring locations and fluid pathways is crucial. This study aims for understanding these mechanisms using numerical simulations under idealized conditions.In this study, the simulated numerical modeling on geothermal systems reveals an interesting interplay between topography, heat flow, and fluid circulation. The influence of topography (forced convection) shapes the dominant flow of heat within the system. Remarkably, deeper fluid circulation is also observed to be affected by the magnitude of basal heat flow, showing a dynamic nature of fluid circulation. Intriguingly, findings of this study highlight the significant impact of basal heat flow on fault zone temperatures, even under simplified conditions. In the simulations, the topographic relief between 0-1500 m were used. Nusselt number and field data-reference model were compared for basal heat flow, 65 mW⋅m-2 (Central Anatolia Plateau) and 110 mW⋅m-2 (Kırşehir Massif). Nusselt number rate of increase starts to decrease at topographic relief of above 1000 m. As a result, the topography emerges as an important factor in the formations of hot springs in the Central Anatolia Region.The temperature-depth data was used from 141 geothermal wells in 32 geothermal fields for investigation. Building upon existing data and comparing with the simulated temperature-depth profiles supports the results of this investigation. The results are in agreement with other studies confirming the simulation approach used, presenting a contribution to harness Central Anatolia Region's geothermal potential.
Description
Keywords
jeotermal enerji, İç Anadolu Bölgesi, topoğrafya, akışkan döngüsü, sıcaklık-derinlik profili geothermal energy, Central Anatolia Region, topography, fluid circulation, temperature-depth profiles