KENTSEL ALANLARDA YERALTI SULARININ SÜRDÜRÜLEBİLİR YÖNETİMİNDE SİMÜLASYON VE OPTİMİZASYON YÖNTEMLERİNİN KULLANILMASI: UYGULAMADAN ÖRNEKLER

Transkript

1 Bildiriler KENTSEL ALANLARDA YERALTI SULARININ SÜRDÜRÜLEBİLİR YÖNETİMİNDE SİMÜLASYON VE OPTİMİZASYON YÖNTEMLERİNİN KULLANILMASI: UYGULAMADAN ÖRNEKLER Halil ÖNDER Ö 1 SUMMARY In this paper various problems related to groundwater urban areas are addressed and they are systematically grouped. The theoretical background of these problems and solution techniques are reviewed and discussed. The simulation methods based an analytical and numerical solution and the optimization methods used in the solutions of the problems are discussed. Carefully selected examples from literature are provided. In Example 1, protection of foundations and cellars from rising groundwater in the old city of Dresden, Germany is given. In Example 2, the optimum drainage of a construction excavation site is described. In Example 3 a horizontal drainage system to lower the rising groundwater table under a city is given. Finally, in Example 4 saltwater intrusion in coastal aquifers in urban areas and prevention techniques are discussed. It is expected that these examples might be of use in searching solutions to similar problems. ÖZET Bu bildiride kentsel alanlardaki yeraltı suyu ile ilişkili olan çeşitli problemler ele alınmış ve bu problemlerin rasyonel bir guruplandırılması yapılmıştır. Bu problemlerin ortak olan kuramsal dayanakları ve çözüm yöntemleri gözden geçirilmiştir. Söz konusu olan bu çözümlerde kullanılan simulasyon (benzetim) ve optimizasyon (en iyileme) yöntemleri tatışılmıştır. Somut örnek oluşturulması için literatürden özenle seçilmiş bazı örnekler sunulmuştur. Örnek 1 de binaların temellerinin ve bodrum katlarının yeraltı sularından korunması ele alınmıştır. Örnek 2 de inşaat kazı sahasının optimum drenajının nasıl yapılacağı anlatılmıştır. Örnek 3 de yeraltı su tablasını alçaltmak için bir yatay drenaj sisteminin tasarımı verilmiştir. Son olarak Örnek 4 de deniz kıyısındaki kentsel alanların altında bulunan akiferlerindeki tuzlu su girişimi tartışılmış ve önleme teknikleri ele alınmıştır. Bu örneklerin benzer problemlere çözüm ararken yararlı ve esin kaynağı olabileceği düşünülmektedir. 1 Prof. Dr. Orta Doğu Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Ankara Tel: Fax: E-posta: onde@metu.edu.tr 1. GİRİŞ Kentsel gelişim ile su arasındaki ilişkiye olan ilgi, kentsel büyümenin hızlandığı ve suyla bağlantılı hidrolojik problemlerin ortaya çıktığı 1950 ve 1960 lı yıllarda başladı. Bu problemler önceleri yağmur suyunun uzaklaştırılması ve sel baskınından korunma olarak kentsel subilimi (hidroloji) dalının konularını oluşturdular. Yeraltı suları ile ilişkili problemler ise biraz gecikme ile de olsa yeraltı suları (kentsel hidrojeoloji) bilim dalının doğmasına neden oldular. Hızla büyüyen kentsel alanlarda yeraltı sularını barındıran akiferler üç temel işleve sahiptirler. Öncelikle, akiferler kentin su gereksinmesini sağlayan bir kaynaktır. İkinci olarak, atık su bertaraf ortamı olarak ırmak, göl ve deniz gibi yüzey üstü su kütlelerinin alıcı ortam olarak kullanılamadığı durumlarda, akiferler atıksu bertaraf ortamı olarak kullanılmaktadır. Son olarak akiferler tünel, metro, depo gibi yüzey altı mühendislik yapılarının gerçekleştiği ve binaların temellerinin bulunduğu bir ortam olarak görev üstlenmektedirler. Yeraltı sularının sürdürülebilir yönetimi için bu işlevlerin birbirleri arasındaki ilişkiler iyi bilinmeli ve birbirine göre öncelikleri göz önüne alınmalıdır. Genel olarak, gerek doğal hidrolojik olayların gerekse kentsel yerleşme ve gelişmenin yeraltı sularına etkisi ile değişik boyut ve türde problemler ortaya çıkmaktadırlar. Oluşan bu problemler suyun niceliği ve niteliği ile ilgili olarak iki gurupta toplanabilirler. Bunlara değişik mühendislik yapılarının yeraltı suyu ile etkileşimi sonucu oluşan problemler de eklenmektedir. Bu problemlerin ortaya çıkması iki temel nedene bağlanabilir. Birincisi akiferlerdeki yeraltı su seviyelerinin yeterince kontrol edilememesidir. Akiferlerden aşırı pompaj ile su çekildiği zaman veya çatı, park yeri ve asfalt yol kaplaması gibi geçirimsiz yüzeylerin artması nedeni ile yüzeyden sızmanın azaldığı durumlarda, yeraltı su seviyeleri aşırı şekilde alçalmaktadır. Bunun tersi bir olay olarak da aşırı sızma veya beslenme nedeni ile yeraltı su seviyeleri yükselmektedir. Sözü edilen her iki durumda da değişik problemlerle karşı karşıya kalınmaktadır. Bunlara eklenen ikinci neden ise değişik kirleticilerin akiferlerin doğal asimilasyon kapasitesini aşan miktarlarda yeraltı suyuna verilmesi ve katılmasıdır. Başka bir açıdan bakıldığında bu problemler, doğal olaylar veya insan müdahalesi sonucu oluşan, yüzey ve yeraltı suları etkileşiminin kentsel alanlardaki yeraltı su sistemine etkileri [1], olarak da yorumlanabilir. Bu

2 Bildiriler problemlerin arasında sel baskınları, nehirlerin sel baskını olmaksızın dolu olarak akması, inşaat yapıları nedeni ile akifer karakteristiklerinin değişmesi, nehir suyu - yeraltı suyu etkileşim koşullarının değişmesi, akiferin aşırı pompajı, yağmur suyu ve atık su veya arıtılmış atıksu ile yeraltısuyunun beslenmesi, sızdıran temiz su şebekeleri, atık su ile kirlenmiş olan dere ve ırmak sularının uzun süre yeraltına sızması sayılabilir. Yeraltı sularının sürdürülebilir yönetiminde bu problemlerin her birinin tek tek ele alınması gerekmektedir. Yeraltı sularının sürdürülebilirliği, kabul edilemeyecek çevresel, ekonomik ve sosyal sonuçlar doğurmadan, faydalı amaçlarla, yeraltı sularının hem şimdiki hem de gelecekteki zaman için sonsuza kadar geliştirilmesi ve kullanımı olarak tanımlanmaktadır [2]. Üretilecek çözümlerin bu genel fakat temel ilkeye uygun olması gerekmektedir. Her şehir şüphesiz kendine özgü yerel koşullara sahiptir. Ancak kullanılabilir bir akifer üstüne kurulu hızla büyüyen bir kentte sürdürülebilir bir kalkınma ve gelişme için, yukarıdaki açıklamalar nedeni ile iki temel amacın göz önüne alınması gerekir. 1) Yeraltı suyundan aşırı pompaj (çekim) veya yeraltı suyuna aşırı sızma (beslenme) denetlenmeli ve yeraltı suyu seviyelerinin kabul edilebilir sınırlar içinde kalması sağlanmalıdır. 2) Yeraltı suyuna ulaşan kirliliklerin kabul edilebilir sınırlar üstüne çıkmasına izin verilmemelidir. Kirlenme problemlerine sorunlar ortaya çıktıktan sonra çözüm aramayı amaçlamak yerine, sorunların ortaya çıkmasının önlenmesi amaçlanmalıdır (Tedavi edici hekimlik yerine önleyici hekimlik gibi). 2. KURAMSAL AL BİLGİLER Bu bölümde yukarıda sözü edilen yeraltı su problemlerinin matematik formülasyonunun nasıl yapıldığından ve çözüm yöntemlerinden söz edilecektir. Bu çözümlerin yeraltı su muhendisliğinde karşılaşılan problemlerde analiz ve tasarım yaparken nasıl kullanılacağı tartışılacaktır Yeraltı su problemlerine sistem yaklaşımım ile bakış Bir yeraltı su havzası olarak da adlandırılan akifer bir sistem olarak düşünülebilir. Kentsel alanlardaki yeraltı suyu ile ilişkili olan çeşitli problemler ele alınırken olaya sistem yaklaşımı ile bakmakta yarar vardır. Şekil 1 de sistem yaklaşımında kullanılan terminoloji şematik olarak görülmektedir. Sistem, bir bütünü oluşturan ve birbiri ile bağlantılı bir grup kısımdan oluşmaktadır. Çeşitli mühendislik çalışmalarında, ilk adım sistemin girdileri, özellikleri ve çıktıları arasındaki ilişkiyi saptamaktır. Bu bilgi hem bize sistemin nasıl çalıştığını anlama olanağı sağlamakta hem de sistemin analiz ve tasarımında kullanılmaktadır. Bu üç ögeden eğer ikisi biliniyorsa, bilinen ilişki yardımı ile bilinmeyen üçüncü öge saptanır. Özetleyecek olursak, sistem çıktılarını istenilen nitelikte tutmak için kontrol edilebilen sistem girdilerini denetleme olasılığımız vardır. Zaten, genel anlamda, mühendisin sistemden beklentisi, kontrol edilebilen sistem girdilerini denetleyerek, sistemden arzu edilen (istenen) çıktılar elde edilmesini sağlamaktır. Doğal olaylar sonucu oluşan ve kontrol edilemeyen girdilere istenilen çıktılar elde etmek için ise sisteme müdahale etmek gerekmektedir. Bu da çeşitli yapısal değişikliklerle sistemin özelliklerini değiştirerek, çıktıyı değiştirmek demektir. 2.2 Simülasyon ve Optimizasyon Modelleri Yeraltı su sistemlerinin planlanmasında, tasarımında ve işletilmesinde, yeraltı suyu işletme modelleri yaygın olarak kullanılagelmektedir. Bu modeller, simülasyon ve optimizasyon modelleri olarak iki grupta toplanabilir [3, 4]. Yeraltı suyu simulasyon modelleri temel olarak sistemin etki-tepki ilişkisini (exitation-response relationship) tanımlarlar. Şekil 1 de bu kavramlar şematik olarak gösterilmektedir. Bu modeller, sistem yaklaşımı anlamında, örneğin değişik planlama senaryoları için, değişik tasarım ve işletme girdileri altında, sistemin çıktılarını belirlemek için kullanılırlar. Simulasyon modelleri temel olarak üç alt gruba ayrılabilir: 1) Analitik Modeller, 2) Sayısal Modeller, 3) Fiziksel Modeller. Bunlardan analitik ve fiziksel modeller uygulamalarında karşılaşılan kısıtlamalar nedeni ile artık yaygın olarak kullanılmamaktadırlar. Son 30 yılda kullanımı giderek artan sayısal modeller, yeraltı su akımını tanımlayan kısmı türevsel denklem(ler)in sayısal çözümüne dayanmaktadır. Bu sayısal çözüm yöntemleri i) sonlu farklar, ii) sonlu elemanlar ve iii) sınır elemanları olmak üzere üç alt gruba ayrılabilirler. Kısmi türevsel denklemler, Darcy Kanunu ile Kütlenin Korunumu kanunun birleşmesinden elde edilir ve başlangıç ve sınır koşulları ile birlikte yeraltı su akımının matematiksel modelini oluştururlar. Simulasyon modelleri, gerek tasarım gerekse işletme sırasında kullanılırken, belirli bir amaca ulaşılıp ulaşılmadığını denetlemek için deneme ve sınama yolu ile çok sayıda simulasyon yapmayı gerektirmektedir. Diğer taraftan, hangi alternatifin en iyi olduğunun seçimi ise kullanıcının yargısına dayanmaktadır. Uygun ve yeterli olarak kurulduğunda, bir model, sis-

3 Bildiriler teme giren ve sistemden çıkan akımlar ile sistem içinde oluşan depolama değişiklikleri arasındaki ilişkileri verebilmektedir[5]. Sistemin değişik gelişme ve işletme seçeneklerine olan tepkisini öngörmede kullanılabilmektedir. Böylece çeşitli sürdürülebilirlik stratejilerinin ayrıntılarına inmek ve karar almada değerlendirmesini yapmak mümkün olabilmektedir[6]. Optimizasyon yaklaşımında, çoğunlukla simulasyon ve optimizasyon modelleri birleşik olarak kullanılmaktadır. Bu birleştirme işleminde iki yöntemden yararlanılmaktadır: i) yerleştirme (embedding) yöntemi, ii) tepki matrisi (response matrix) yöntemi. Optimizasyon yaklaşımını simülasyon yaklaşımından ayıran en önemli özellik, çeşitli seçenekler arasında en iyisini seçme işleminin kullanıcının yargısıyla değil, kullanıcıdan bağımsız olarak matematiksel yolla yapılmasıdır zaman zaman oluşan sel nedeni ile bu temeller yeraltı suyundan etkilenmişlerdir. Eskiden bu binaların bodrum katları kullanılmıyor olduğundan bu problem önemli değildi. Ancak son zamanlarda buraları soğutma sistemleri, elektrik jeneratörleri yerleştirmek gibi değişik amaçlarla kullanılmaktadırlar ve bu tür kullanım kurak ortam gerektirmektedir. Dolayısı ile yeraltı suyunun bodrum katlarını basmasından korumak için önlem geliştirmek gerekmektedir. Elbe Nehri nde sel olması halinde, yapılması gereken ilk adım yeraltı su seviyesinde meydana gelecek olan maksimum yükselmenin hesaplanması ve bunu önlemek için gerekli olan pompaj miktarının saptanması gerekmektedir. Bu amaçla, tasarım debisi olarak 100 yıllık yineleme süresi olan yapay bir sel göz önüne alınmış ve akiferde oluşan yeraltı su akımının sayısal model yolu ile benzetimi (simülasyonu) yapılmıştır. Kontrol Edilebilen Kontrol Edilemiyen Sistem Girdileri Sistem Sistem Çıktıları İstenilen İstenilmeyen Etki Tepki Neden Sonuç Şekil 1. Akiferdeki yeraltı su akımına sistem yaklaşımı ile bakış Şekil 2. Dresden Kalesi altındaki bir noktada hesaplanmış yeraltı su seviyesinin zamanla değişimi [1] 3. UYGULAMADAN ÖRNEKLER 3.1 Binaların temellerinin ve bodrum katlarının k yeraltı sularından ko-k runması İlk örnekte Almanya nın Dresten kentinde Elbe Nehri nde oluşan sel sonucu meydana gelen yeraltı su problemlerinden nehir kenarında bulunan bazı tarihi binaların temelleri ve bodrum katlarını korumak için geliştirilen bir projeden söz edilmektedir [1]. Dresten de birçok tarihi yapı ve bina Elbe Nehri kenarında inşa edilmiştir. Bu binaların temelleri ve bodrum katları çoğunlukla ortalama yeraltı su seviyesi üstündedir. Ancak Elbe Nehri nde

4 Bildiriler Şekil 3. Elbe Nehri kıyısında sel nedeni ile yeraltı suyunun yükselmesini önleyen kuyular [1] Şekil 2 de, sözü edilen tasarım sel debisi sonucu Elbe Nehri nde oluşan seviye değişmesi ve hesaplama yolu ile elde edilmiş olan yeraltı su yüzeyindeki yükselme verilmektedir. Yeraltı sisteminin Elbe de oluşan seviye değişikliğine tepkisi gecikmeli olduğundan, yeraltı suyundaki maksimum yükselme Elbe deki maksimum yükselmeden 2 m daha düşüktür. Ayrıca yaklaşık 14 günlük bir gecikme olmaktadır. Bu model sonuçları kullanılarak gerekli olan pompaj kuyusu sayısı, kuyuların en uygun yerleri, kullanılacak olan pompaların saptanması yapılmıştır. Sonuç olarak, üç pompaj kuyusu ve bir gözlem kuyusu kullanılmıştır (Şekil 3). Gözlem kuyusundaki yeraltı suyu seviyesi değerine göre kaç tane kuyudan ne zaman ve ne kadar süre pompaj yapılacağı saptanmaktadır. Şekil 4 de Elbe Nehri kıyısında derin bir garaj inşaatı sırasında pompaj kuyuları ile yapılan drenaj sonucu alçaltılan yeraltı su seviyesine ilişkin eşyükselti eğrileri verilmektedir [1]. Şekil 4. Elbe Nehri kıyısında derin bir garaj inşaatı sırasında yeraltı su seviyeleri [1] 3.2 İnşaat Kazı Sahasının Optimum Drenajı İkinci örnekte yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu kentsel alanlarda bir inşaat kazı sahasının optimum drenajının sağlanabilmesi için kullanılabilecek bir modelden söz edilmiştir [3, 4]. Bu amaçla yatay düzlemdeki alanı 1260 m x 1120 m boyutlarında olan bir serbest yüzeyli sanal bir akifer ele alınmıştır. Bu akiferin deniz kenarındaki bir kentte olduğu varsayılmıştır. Akifer kuzeyde ve batıda geçirimsiz formasyonlarla sınırlandırılmıştır. Akiferin doğusu bir nehirle, güneyi ise kısmen bir deniz (veya göl) ile ve kısmen de geçirimsiz formasyonla sınırlandırılmıştır (Şekil 5). Bu alanın orta kısmında uzun kenarı 260 m, kısa kenarı 130 m, ve genişliği 110 m olan yamuk şeklindeki bir inşaat kazı sahası bulunmaktadır. Göz önüne alınan senaryoya göre, su tablasının 5 günlük pompaj sonunda 4 m ye düşürülmesi istenmektedir. Bu amaçla modelde kazı alanının çevresine 21 adet aday pompaj kuyusu yerleştirilmiştir. 10 adet kontrol noktası, su tablasının hesaplanacağı yer olarak saptanmıştır. Akiferin hidrolik özellikleri bilinmektedir. Problemin amacı, yeraltı su seviyesini inşaat kazı sahasının istenilen noktalarında belirli değerlere düşürmek için kaç kuyudan ne kadar pomaj yapmalıdır ve pompaj kuyuları için en uygun yerler nereleridir sorularına

5 Bildiriler cevap bulmaktır. Optimum kuyu yeri, kuyu sayısı ve pompaj debileri kullanılan birleşik simülasyon-optimizasyon modeli ile saptanmıştır. Drenajı istenen inşaat kazı sahasının planı ve aday pompaj kuyuları ile kontrol noktaları ve sonlu farklar ağının akifer üzerine yerleştirilmesi Şekil 6 da gösterilmiştir. Bu problemin çözümü için 6 değişik durum (senaryo) gözönüne alınmıştır. Kuyu pompalarının maksimum kapasitesi ve kullanılacak kuyu sayısına getirilen kısıtlamalar ve elde edilen sonuçlar Tablo 1 ve Şekil 7. Durum 1ve 2 için 42. Sıra Boyunca Su Tablasının Değişimi Şekil 5. Akiferin Planda Görünüşü ve Sınır Koşulları Şekil 6. Pompaj Kuyuları ve Kontrol Noktalarının Kazı Sahasındaki Yerleri ve Sayısal Çözüm için Kullanılan Sonlu Farklar Ağı Durum Numarası Durum 1 ve Durum 2 Amaç Fonksiyonu (m 3 /gün) Tablo 1. Optimal Sonuçlar Toplam Kuyu Sayısı Durum Durum Durum Durum Kuyu Numarası Debi m 3 /gün) Maksim Debi (m 3 /gün) de verilmiştir. Tablo 1 de göz önüne alınan 6 durum için, toplam 21 aday kuyudan kaç tanesinin aktif olması gerektiği, hangi kuyuların aktif olduğu ve her kuyudan ne kadar debi çekildiği çözüm sonuçları olarak verilmektedir. Maksim Kuyu Sayısı Sınırsız Tablo 2 de bütün durumlar için seçilen kontrol noktalarındaki hesaplanmış düşü değerleri verilmiştir. Görüldüğü gibi bütün noktalarda düşü değerleri 4 m den fazladır. Şekil 7'de 42. sıra boyunca su tablasının değişimi gösterilmektedir ve bu değerler postoptimal simülasyon ile hesaplanmıştır.

6 Bildiriler Şekil 8 de ise ilk iki durum için hesaplanmış debi değerleri kullanılarak yine postoptimal simülasyon ile hesaplanmış eşyükselti eğrileri verilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu bölgelerde inşaat kazı sahasının optimum drenajının sağlanabilmesi için bir model geliştirilmiştir. Sunulan örnekte gösterildiği gibi, geliştirilen model gerçek hayata uygulanabilecek niteliktedir. Son 25 yıl içinde, yeraltı suyu optimum işletme modelleri ve bu modellerin uygulaması ile ilgili çok sayıda yayın yapılmıştır. Bu uygulamalar değişik alanları kapsamaktadır ve [6] yardımı ile bu kaynakların çoğuna ulaşılabilir. Bu çalışmada tepki fonksiyonu yaklaşımına dayanarak birleşik simulasyon-optimizasyon işletme modeli oluşturulmuştur. Yeraltı su akımının simulasyonu Visual MODFLOW bilgisayar program ile yapılmıştır. Tepki matrisi ise MODMAN programı ile elde edilmiştir. Optimizasyon modelinin çözümü için ise LINDO bilgisayar programı kullanılmıştır [4]. Tablo 2. Kontrol Noktalarındaki Düşü Değerleri Kontrol Durum 1 ve Noktası Durum 2 Durum 3 Durum 4 Durum 5 Durum Şekil 8. Durum 1 ve 2 için eşdüşü eğrileri 3.3 Yükselen su tablasının düşürülmesi amacı ile drenaj sistemi tasar sarımı Bu örnekte yeraltı su seviyesi yükselmesi gözönüne alınmıştır. Suudi Arabistan ın Cidde kentinde kanalizasyon sistemi bulunmamaktadır. Yeşil alanların ve parkların sulanmasından ve fosseptik çukurlardan olan sızmalar nedeni ile yeraltı su tablası yıllık 0,5 m yükselmektedir [7]. Yeraltı sularının sızma yolu ile beslenme hızı 0,6 ile 1,2 mm/gün arasında değişmektedir. Bu yükselme çeşitli çevresel ve yapısal problemlere neden olmaktadır. Yeraltı su tablasını alçaltmak için üç seçenek göz önüne alınmıştır. Bunlar kanalizasyon sistemi döşenmesi, düşey kuyularla drenaj ve yatay borularla drenaj yöntemleridir. Yerel zemin koşulları, kullanılacak malzemenin yerel olarak bulunabilirliği, inşaat süresi v.b. kıstaslara bağlı olarak bu yöntemler bir ön değerlendirmeye tutulmuştur. İnşaat maliyetinin yüksekliği, ve diğer nedenlerle ancak yıl sonra operasyonel olacağı düşüncesi ile kanalizasyon sistemi ilgililerce bir çözüm olarak düşünülmemiştir. Ayrıca sistem gelecekte tamamlanmış olsa bile, yeşil alanların sulanması nedeni ile yüzeyaltı drenajı gerekecektir. Düşey kuyuların derinliği (15-20 m) ve sayıları, kullanılacak pompalar, gerekli iş gücü, yüksek işletme ve bakım maliyeti, ve pompalanan suyun uzaklaştırılması için iletim hattına gereksinme olması gibi nedenlerle düşey kuyularla drenaj da seçenek olmaktan çıkarıl-

7 Bildiriler mıştır. Sonuç olarak yukarıdaki yöntemlerden üçüncüsü seçilmiştir. Drene edilen su, yüksek tuzluluk nedeni ile, sulama suyu olarak yeniden kullanmaya uygun değildir. Ancak denize deşarj edilebilme standartlarını sağlamaktadır ve alıcı ortam olarak denize verilmektedir. Şekil 9. Çalışma sahası [7] Bu örnekte analitik yöntemle elde edilmiş olan modellerin bir yatay drenaj sisteminin tasarımında nasıl kullanıldığı anlatılmaktadır. Aynı model diger örneklerde olduğu gibi analiz için de kullanılabilir. Şekil 10. I ve II Bölgelerde yeraltı su tablosunu eş derinlik eğrileri [7] Şekil 11. AA kesiti boyunca yeraltı su tablosu profile [7]

8 Bildiriler q a b K 1 h Şekil 12. Yatay drenaj sisteminin dikey kesiti [7] yüzeyin düşmesi sonucu, deniz suyu içerilere doğru ilerlemekte ve pompaj kuyularından tuzlu su ile kirlenmiş su çekilmektedir. Tatlı su tuzlu su arasındaki geçiş bölgesini (bu bölgenin genişliği küçük ise keskin arayüzey olarak varsayılır) kıyıdan belirli uzaklıkta tutabilmek için, yeraltı su seviyesinin belirli değerlerin altına düşmesini engellemek gerekmektedir. Bu amaçla kullanılan yöntemlerden birisi kıyıya paralel olarak yerleştirilmiş enjeksiyon hendeği veya kuyuları ile akiferi yapay olarak beslemek ve bir hidrolik bariyer kullanmaktır. Yapay besleme suyu olarak değişik su kaynakları bulunmaktadır. Ancak son yıllarda kentsel alanlarda arıtlmış atık su böyle bir amaç için en çok üstunde durulan seçeneklerden birisidir. Diğer bir örnek ise geçirimsiz bir perde kullanmaktır [8]. Böyle bir sistemin tasarımı ve etkinliğinin saptanması için sayısal simülasyon modeli kullanılabilir. Bu örnekte idealleştirilmiş bir akifer için böyle bir çalışma sunulmaktadır [9, 10]. Şekil 15 de dikdörtgen şeklindeki bir kıyı akiferinde pompaj kuyusunun çalışması durumunda kuyunun bulunduğu yatay eksen üzerindeki ara yüzey kotları verilmektedir. Şekil 16 da yapay beslemenin uygulanması durumunda ara yüzey kotlarının 4-5 m kadar aşağı itildiği görülmektedir. Son olarak Şekil 17 de geçirimsiz perde olması durumunda kuyunun ara yüzey kotlarının ne kadar aşağı itildiği görülmektedir. Bütün bu sonuçlar SHARP ve SWI adlı simülasyon programları ile elde edilmiştr. Bu tür sonuçlar problemlere çozüm aramada ve karar vermede oldukça yararlı olmaktadırlar. Şekil 13. Tipik bir drenaj hendeği kesiti (D boru dış çapı) [7] (a) 3.4 Kıyı akiferlerinde tuzlu su girişiminin hidrolik olarak engellenmesi Deniz kıyısındaki kentlerde, yüzey üstü suların yerterli olmadığı durumlarda, endüstriyel, tarımsal ve evsel su gereksinimini karşılamak için su temini sık sık kıyı akiferleri kullanılarak sağlanmaktadır. Akiferdeki tatlı su, bilindiği gibi, tuzlu deniz suyu ile bir geçiş bölgesinde birbirine karışmaktadır. Tatlı suyun pompaj yolu ile aşırı kullanılması durumunda piyezometrik (b) Şekil 14. Kıyı akiferinde tuzlu su girişiminin a)yapay beslemeyle engellenmesi b) geçirimsiz yüzeyaltı pardelemeyle engellenmesi [8]

9 Bildiriler Keskin ara yüzey kotları Keskin ara yüzey kotları d (m) SHARP SWI d (m) SHARP SWI L (m ) -25 L (m ) Şekil l 15. Pompaj kuyusunun çalışması durumunda kuyunun bulunduğu yatay eksen üzerindeki ara yüzey kotları 4. SONUÇ Bu bildiride kentsel alanlarda karşılaşılan dört tipik problem ele alınmıştır. Bu problemler yeraltı su yüzeyinin ya aşırı yükselmesinden ya da aşırı alçalmasından kaynaklanmaktadır. Yeraltı su yüzeyinde oluşan değişiklik bazı durumlarda geçici bir zaman aralığında oluşmaktadır. Örneğin, kent içinden geçen bir nehirde oluşan ve günlük, haftalık veya bir-iki aylık bir süre devam edebilen bir sel, kısa süren bir yükselmeye neden olabilir. Yeraltı su yüzeyindeki değişmeler bazen de uzun sürede olabilir. Bütün bu durumlarda simülasyon ve optimizasyon modelleri çözüm üretmede, hangi çözümün en iyi olduğuna karar vermede kullanılabilir [11]. Karar vermede kullanılan değişkenlerin değerlerinin alansal ve zamansal dağılımı hesaplanabilmektedir. Kentsel alanlarda yeraltı sularının sürdürülebilir bir biçimde kullanılması için bu tür modellerin sık olarak kullanılmasının yararlı olacağı düşünülmektedir. Şekil 16. Pompaj kuyusunun çalışması ve yapay beslemenin uygulanması durumunda kuyunun bulunduğu yatay eksen üzerindeki ara yüzey kotları d (m) Keskin ara yüzey kotları SHARP -15 SWI L (m ) Şekil 17. Pompaj kuyusunun çalışması ve geçirimsiz perde olması durumunda kuyunun bulunduğu yatay eksen üzerindeki ara yüzey kotları

10 Bildiriler KAYNAKLAR 1. Grischek, T., Foley, A., Schoenheinz, D. and Gutt, B. (2002) Effects of Interaction between Surface Water and Groundwater on Groundwater Flow and Quality beneath Urban Areas, in Howard, K. W. F. and Israfilov, R. G. (eds.), Current Problems of Hydrogeology in Urban Areas. Urban Agglomerates and Industrial Centers, NATO Science Series, IV. Earth and Environmental Sciences-Vol. 8, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, pp (İngilizce). 2. Alley, W. M.,Reily, T. E., and Frank O. L., (1999), Sustainability of Ground-Water Resources, U. S. Geological Survey Circular 1186, Denver, Colorado. 3. Önder, H., Değirmenci, M. (2000), Optimal Dewartering of an Excavation. Advances in Civil Engineering, IV. International Congress, Eastern Mediterranean University, Gazimagusa, North Cypress, Vol. 3, pp , (Ingilizce) 4. Altan-Sakarya, A. B. ve Önder, H. (2003), İnşaat Kazı Sahasının Optimum Drenajı, I. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, Eylül 2003, Gümüldür/İzmir, Bildiriler Kitabı, ss , Ankara. 5. Howard, K. W. F., (2002) Urban Groundwater Issues-An Introduction, in Howard, K. W. F. and Israfilov, R. G. (eds.), Current Problems of Hydrogeology in Urban Areas. Urban Agglomerates and Industrial Centers, NATO Science Series, IV. Earth and Environmental Sciences-Vol. 8, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, pp. 1-15, (İngilizce). 6. Ahlfeld, D. P. and Mulligan, A. E., (2000), Optimal Management of Flow in Groundwater Systems, Academic Press, San Diego, (İngilizce). 7. Abu-Rizaiza, O.S., Sarıkaya, H. Z. and Khan, M. Z. (1989) Urban Groundwater Rise Control: Case Study Jour. Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 115, No. 4, pp , (Ingilizce). 8. Todd, D.K., and Mays, L.W., (2005), Groundwater Hydrology, Wiley, New York. 9. Basdurak, N. B., Önder, H., and Motz, L. H. (2007) Analysis of Techniques to Limit Saltwater Intrusion in Coastal Aquifers, Proceedings CD-ROM, World Environmental & Water Resources Congress 2007, May 15 19, 2007, Tampa, FL, (Ingilizce). 10. Basdurak, N. B, ve Önder, H. Kıyı akiferlerinde tuzlu su girişimi analizi ve önleme teknikleri, II. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, Eylül 2005 Gümüldür/İzmir, Bildiriler Kitabı, ss , Ankara. 11. Hosseinpour, E. Z., (2000), Managing Groundwater Supplies to Municipal Demands- The role of Simulation-Optimisation-Demand Models and Data Issues, in Howard, K. W. F. and Israfilov, R. G. (eds.), Current Problems of Hydrogeology in Urban Areas. Urban Agglomerates and Industrial Centers, NATO Science Series, IV. Earth and Environmental Sciences-Vol. 8, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, (pp , İngilizce). KENTSEL ALT YAPI DONANIMLARININ PLANLAMASI, İNŞAATINDA YAŞANAN SORUNLAR ve KAYSERİ ÖRNEĞİ Mehmet ARDIÇLIOĞLU 1 SUMMARY MARY Rapid evolutions that are very common in every stage of today s life are intensively felt in urban areas which are exposed to certain environmental hazards because of planless and irregular urbanization due to increasing population and their needs. Municipalities responsible from providing healthy and modern services by planning urban area are generally either insufficient or late in furnishing these duties. In this study, urban infrastructure problems are evaluated in two topics namely planning problems and issues that are related to construction stages and recommendations for solutions are examined. The current infrastructure and problems of Kayseri, one of the modern and developed cities in Middle Anatolia were evaluated. ÖZET Her alanda hızlı değişimlerin yaşandığı günümüzde, bu sürecin en yoğun hissedildiği kentsel yaşam alanları, artan nüfus ve ihtiyaçlar ile birlikte, plansız, çarpık kentleşmenin yol açtığı çevre tahribatı ve bunun olumsuz etkilerine maruzdur. Yaşam alanlarının planlanarak sağlıklı ve modern hizmetlerin getirilmesinden sorumlu olan yerel yönetimler ise çoğu zaman bu hizmetlerin sunumunda geç ve/veya yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada kentsel alt yapı sorunları, planlama ve inşaat aşamasında karşılaşılan sorunlar olmak üzere iki başlıkta ele alınmış, çözüm önerileri irdelenmiştir. İç Anadolu nun modern, gelişmiş şehirlerinden biri olan Kayseri de alt yapı hizmetlerinin durumu, bu kapsamda yapılan çalışmalar ve karşılaşılan sorunlar ele alınmıştır. 1. GİRİŞ Kentsel yaşam alanlarında altyapı tesislerinin durumu, gelişmişliğin ve kalkınmanın en belirleyici faktörleri olup, ülkelerin gelişmişlik düzeylerinin önemli ölçütleridir. Alt yapı tesisleri yerleşim birimlerine sağlıklı içme suyu temini, kanalizasyon, ulaşım, enerji ve haberleşme gibi geniş bir hizmet grubunu kapsar. Altyapı tesisleriyle ilgili problemi olmayan ülkeler en 1 Doç. Dr. Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Müh. Bölümü, Kayseri