YERALTISUYU KAYNAKLARININ YÖNETİMİ

Transkript

1 YERALTISUYU KAYNAKLARININ YÖNETİMİ Prof. Dr. Mehmet EKMEKÇİ Hidrojeoloji Yüksek Mühendisi Hacettepe Üniversitesi Hidrojeoloji Mühendisliği Programı ve Uluslararası Karst Su Kaynakları Araştırma Merkezi Beytepe Ankara

2 Türkiye de Su Kaynaklarına İlişkin Sorunlar Miktar Kalite Yeraltısuyu Seviyesinin Düşüşü Sulak Alanların Yok Olması Yüzeysularının Kirliliği Yeraltısularının Kirlenmesi Kıyı akiferlerinin Tuzlanması vbg. Sorunlar mı? Sonuçlar mı? Neyin Sonuçları? Etkin Çözüm Ne Gerektirir?

3 SORUN Suyun yeryüzündeki dağılımı homojen değil. Kıtalar Nüfus % Su Kaynağı % Kuzey Amerika 8 15 Güney Amerika 6 26 Avrupa 13 8 Afrika Asya Avustralya ve Adalar 1 5 İstenen miktarda, istenen kalitede ihtiyaç duyulan anda ihtiyaç duyulan yerde. bulunmuyor...

4 Kaynak Yönetimi Neden Gereklidir? Yaşamsaldır Sonludur Yenilenebilir de Olsa Kırılgandır Niteliği Değişime Açık-Kalite Bozulması Alansal ve Zamansal Dağılımı Düzensizdir Yokluğu da Bolluğu da Sorun Yaratır Kaynak=Su Suyun Yönetimi! İyi Kaliteli Yeterli Miktardaki Suyu İstenen Anda İstenen Yere Getirmek!!! İstenmeyen Anda İstenmeyen Miktardaki Suyun Gelmesini Önlemek!! Alansal Dağılım İklimsel koşullar Hidrojeolojik yapı Arazi kullanımı Zamansal Dağılım İklimsel koşullar Arazi kullanımı

5 Türkiye de Durum Yağışın Dağılımı Ortalama Yağış =680 mm Yakın Doğu: 205 mm.

6 Türkiye İklimi

7 Ortalama Yıllık Akım Oran Havzalar milyon m 3 % Fırat Dicle Doğu Karadeniz Antalya Batı Akdeniz Doğu Akdeniz Batı Karadeniz Ceyhan Seyhan Kızılırmak Çoruh Yeşilırmak Aras Sakarya Diğer Toplam

8 Ortalama Potansiyel Ortalama Yıllık Akış Katkı Oranı Yıllık Verim km³ % l/s/km² Fırat Havzası 31,61 17,0 8,3 Dicle Havzası 21,33 11,5 13,1 Doğu Karadeniz Havzası 14,90 8,0 19,5 Doğu Akdeniz Havzası 11,07 6,0 15,6 Antalya Havzası 11,06 5,9 24,2 Batı Karadeniz Havzası 9,93 5,3 10,6 Batı Akdeniz Havzası 8,93 4,8 12,4 Marmara Havzası 8,33 4,5 11,0 Seyhan Havzası 8,01 4,3 12,3 Ceyhan Havzası 7,18 3,9 10,7 Kızılırmak Havzası 6,48 3,5 2,6 Sakarya Havzası 6,40 3,4 3,6 Çoruh Havzası 6,30 3,4 10,1 Yeşilırmak Havzası 5,80 3,1 5,1 Susurluk Havzası 5,43 2,9 7,2 Aras Havzası 4,63 2,5 5,3 Konya Kapalı Havzası 4,52 2,4 2,5 Büyük Menderes Havzası 3,03 1,6 3,9 Van Gölü Havzası 2,39 1,3 5,0 Kuzey Ege Havzası 2,09 1,1 7,4 Gediz Havzası 1,95 1,1 3,6 Meriç-Ergene Havzası 1,33 0,7 2,9 Küçük Menderes Havzası 1,19 0,6 5,3 Asi Havzası 1,17 0,6 3,4 Burdur Göller Havzası 0,50 0,3 1,8 Akarçay Havzası 0,49 0,3 1,9 Toplam 186, DSİ den

9 Türkiye yıllık yağış ortalaması aritmetik...642,6 mm Türkiye ye düşen yıllık ortalama yağış miktarı...501,0 km³ Yüzey Suları Yıllık akış ortalama...186,05 km³ Yıllık akış/yağış oranı Tüketilebilecek yıllık su miktarı ortalama...95,00 km³ Fiili yıllık tüketim yılı...33,30 km³ Yeraltı Suları Çekilebilir yıllık su potansiyeli... 13,66 km³ Tahsis edilen miktar yılı...10,39 km³ Fiili yıllık tüketim yılı...6,23 km³ DSİ den

10

11 Türkiye Alüvyon Akiferleri

12 Türkiye Karbonatlı Kayaçları ve Akiferleri

13

14 SORUN 1- Nüfus 2- İklim Değişikliği Miktar baskısı Kaynak-Talep dengesizliği İhtiyaç-talep-kullanım dengesizliği Hidrolojik çevrimde değişiklik Beslenme rejiminde değişiklik Arazi kullanımında değişiklik Kaliteye etki.. Kalite baskısı Su Kaynakları İçme suyu Çevresel sistemler Tarım-Gıda Güvenliği Sanayi Enerji Diğer

15 Sorunlar Miktar Kalite Su Kaynakları Yeraltısuyu Seviyesinin Düşüşü Sulak Alanların Yok Olması Yüzeysularının Kirliliği Yeraltısularının Kirlenmesi Kıyı akiferlerinin Tuzlanması vbg. Sulak Alanlar Seviye düşümü Alan daralmaları Kuruma Kirlilik Tuzlanma Habitat değişimi/kaybı Vbg

16 Çözüm : Su Kaynaklarımızı KORUMALI, AKILCI KULLANMALI İYİ YÖNETMELİYİZ NE DEMEK İSTİYORUZ?...

17 ÇÖZÜM ARAYIŞLARI Kavram Değişimi>>>>>> Etkin Optimum Entegre Akılcı/Sürdürülebilir Gelecek oluşturabilirlik

18 Yaşamla İlgili Sorunlar: Açlığın Azaltılması Yüzeysuyu kaynakları ve yeraltısuyu kaynakları sulama amaçlı projelerle geliştirildi Tarımsal Üretim Ana hedef: Sulanan arazi alanlarının genişletilmesi Sulanabilir arazi sınıfında olmayan alanlar dahi sulamaya açılmak üzere planlandı Talep edilen miktar, kaynak potansiyeli, etkileştiği sistemlerdeki sonuçlar kullanım etkinliği verimlilik dikkate alınmadan sağlanmaya çalışıldı Kullanılan sistemler zarar gördü Çok sayıda komşu sistem yokoldu.. Yokolmaya yüz tuttu Çözüm: Etkin Yönetim! Kavram Emniyetli verim

19 Çözüm: Etkin Yönetim! Kavram: Emniyetli verim Emniyetli verim. Yağışlardan beslenme Kullanılan sistem merkezde Etkileşilen yan sistemler dikkate alınmaz Yüzeysuyu-yeraltısuyu kaynakları ayrı kaynaklardır Doğada sınırlar var mıdır?

20 Yaşamla İlgili Sorunlar: Ekonomik Kalkınma Temel İhtiyaçlar Kalkınma Sanayi- Enerji Tarımsal Üretim Su Kaynakları enerji, sanayi su ihtiyacı ve sulama amaçlı projelerle geliştirildi Ana hedef: Su kaynaklarının enerji potansiyelini tam kapasite ile kullanmak Sanayi suyu ihtiyacının tatlı su kaynaklarından elde edilmesi ve su kütlelerinin alıcı ortam olarak kullanılması Sulanan arazi alanlarının genişletilmesi Talep edilen miktar, kaynak potansiyeli, etkileştiği sistemlerdeki sonuçlar kullanım etkinliğinin verimlilik düşüklüğüne karşın karşılandı. Kullanılan sistemler zarar gördü Çok sayıda komşu sistem yokoldu.. Yokolmaya yüz tuttu Çözüm: Optimum Yönetim! Kavram optimum verim

21 Çözüm: Optimum Yönetim! Kavram: Optimum verim Optimum verim. Kullanılan Sisteme Verilen Zararın optimizasyonu En az zarar vererek en yüksek üretim Kullanılan sistem merkezde Etkileşilen yan sistemler dikkate alınmaz Yüzeysuyu-yeraltısuyu kaynakları ayrı kaynaklardır.. Verilen zararın geri dönüşü var mı? Ne kadar sürer? Nelere Mal olur?

22 Yaşamla İlgili Sorunlar: Su Kaynaklarının Verimli Kullanılması Temel İhtiyaçlar Su Kaynakları enerji, sanayi su ihtiyacı ve sulama amaçlı projelerle geliştirilmeye devam edildi Ana hedef: Su kaynaklarına en az zararı vererek kaynakların geliştirilmesi Enerji Su Kaynaklarının Korunması Gıda güvenliği Sanayi Talep edilen miktar, kullanım etkinliğine de dikkat ederek farklı alt sistemlerden sağlanarak karşılandı Baskılar alt sistemler arasında dağıtıldı Çözüm: Entegre Bütünleşik Yönetim! Kavram: Sürdürülebilirlik Su kaynaklarına miktar ve kalite sorunları devam etti

23 Çözüm: Entegre Yönetim! Kavram: Akılcı Kullanım Sistem alt sistemlerden oluşur. Alt sistemlerin birlikte kullanımı zararı azaltır Yük dağıtımı. Ayrı ayrı alt sistemlere yüklenmek yerine Her alt sisteme en az zararı vermek üzere alt sistemlerin birlikte kullanımı Kullanılan sistem merkezde Etkileşilen yan sistemler dikkate alınmaz Yüzeysuyu-yeraltısuyu kaynakları ayrı kaynaklardır.. Etkileşimin uzun dönemli sonuçları gelecek kuşakları etkiler.

24 Yaşamla İlgili Sorunlar: Sağlıklı Suya Kavuşma Hakkı Ekosistemlerin korunması Sanayi Çözüm : Sürdürülebilirlik

25 Çözüm: Sürdürülebilirlik! Kavram: Sürdürülebilir Verim Sistem komşu sistemlerle etkileşir.. Etkileşim süresi insan yaşam süresini aşabilir Bir yerden su alınıyorsa başka bir yerden su çalınıyordur Doğa, sistemler arasında kesin sınırlar koymamıştır. Yüzeysuyu-yeraltısuyu ayrımı yoktur.. Bütün suya bağımlı sistemler tek bir kaynak oluştururlar.. Birine müdahale.. Diğerini etkiler. Etkinin türü, yönü ve büyüklüğü nedir?

26 Yaşamla İlgili Sorunlar: Sağlıklı Suya Kavuşma Hakkı Sorun. devam ediyor Kavram üretimi. devam ediyor Ekosistemlerin korunması Geleceğin Planlanması Sanayi Çözüm MÜ?: Gelecek oluşturabilirlik futurability..

27 Yönetsel İlgili Sorunlar: İhtiyaç-talep-kullanım dengesi Suyun Akılcı Kullanımı

28 EKOHİDROLOJİK YAKLAŞIM İŞBİRLİĞİ GEREKTİRİR.

29

30

31

32 Kavramlar neler gerektirir? Varılması Hedeflenen Amaçla İlgili Sorular: Olayı Oluşturan Süreçler Nelerdir? Herhangi Bir Etken Gelecekte Sistemi Nasıl Etkileyecek? Öngörülemeyen Sonuçlar Olabilir mi? Hedeflerin Başarıyla Gerçekleştirilmesi İle İlgili Sorular: Soruna Yaklaşım Ne Olmalı? Hangi Yöntem İzlenmeli? Yöntemin Gerektirdiği Veriler Nelerdir? Verilerin Niteliği ve Niceliği Ne Olmalıdır? İstenen Veriler Hangi Teknikleri Gerektirir? Uygulanacak Teknikleri Özel Alet Gerektiriyor Mu? Teknikleri Uygulayacak İnsan Kaynağı ve Niteliği Ne Olmalıdır?

33 Su kaynaklarının sürdürülebilir kullanımı Sürdürülebilir yönetimi etkiler mi? Ekosistemin tahammül gücü? Ekosistem değişmeden Hidrolojik çevrim bileşenlerinde ne kadar değişime izin verir?

34 Genel Bilgiler X Özel Sorunlar *Genel Bilgilerle Özel Sorunlar Çözülebilir mi? *Her doğal sistem kendine özgü davranışlar gösterir. Ortalama değerlerle yönetim yapılabilir mi? Sistem dinamik.. Zamana bağlı değişim.

35 Sürdürülebilirlik?? Sürdürülebilir kullanım... İşletilen sistemin sürdürülebilirliği Sürdürülebilir Yönetim.. Etkileşen sistemlerin sürdürülebilirliği

36 A- kararlı Beslenme Yeraltısuyu sistemi Boşalım A- kararsız Pompajla üretim Beslenmede artış Sistem depolamasındaki suyun çekilmesi Boşalımda azalma Kuyuya su : 1- hazne depolamasından, 2- beslenmenin artışından irkitik beslenme 3- boşalımın azaltılmasından kaynaklanır.

37 A- kararlı Beslenme Yeraltısuyu sistemi Boşalım A- kararsız Pompajla üretim Beslenmede artış Sistem depolamasındaki suyun çekilmesi Boşalımda azalma Beslenmeye dayalı «emniyetli verim» sorunludur... Sürdürülebilir kullanım «akifer hidrolik karakteristikleri»ne bağlıdır... Sürdürülebilir kullanım sürdürülebilir yönetim

38

39

40

41 TEMEL YAKLAŞIM ÇEVRE SİSTEM

42 SİSTEM SİSTEMLER ARASI ETKİLEŞİM

43 Yağışla gelen su nereye hangi yollardan hangi hızla ulaşır? Su ile saklambaç... = Kütlenin Korunumu Yasası Enerjinin Aktarımı Matematik... Saklambaç oyununda bilmeceler dedektiflik... Fizik, Kimya, Biyoloji...

44 Herhangi bir anda t, bugün ve 1 yıl süreyle sistemin herhangi bir noktasında,y,z Konya Çumra nın 2 km güney batısında doğal/yapay herhangi bir etkiye karşı, yağışlar %10 oranında azalır sıcaklık % 2 oranında artarsa.. Veya günde 5 ton su çekilirse.. sistemin hangi noktasında,y,z Konya ovasının ne zaman t 1 yıl, 5 yıl, 10 yıl, 100 yıl sonra nasıl bir tepki gözlenecektir???? Yeraltısuyu seviyesinde düşüm, su kalitesi

45 Sonlu & Kırılgan Doğal Bir Kaynak Olarak Su Planlama Gerektirir Planlama insan müdahelesi Sistem=Su Kaynakları Kalite Miktar Çevre=Fiziksel/Sosyal Etkileşim= Sayısallaştırılabilir Sayısallaştırılamayan HEDEF Sistemin herhangi bir değişime karşı göstereceği tepkinin ve çevresi ile meydana gelecek etkileşimlerin kestirilmesi Etki Değerlendirmesi...

46 Yeraltısuyuna İlişkin Sorular Su Miktarı İle İlgili Sorular Su ihtiyacını karşılamak üzere yeraltısuyu sisteminde açılacak kuyu sayısı, kuyu yerleri ve pompalama debileri???? Su Kalitesi İle İlgili Sorular Kimyasal atıkların yeraltısuyu sistemine sızdığı bir durum için; temizleme amacıyla önlem alınmalı mı, Ne tür bir önlem alınmalı, kirletici sistemin neresinde ne oranda derişimde bulunmaktadır???? Su Kaynakları Yönetimi Yönetim: Amaçlara teknik ve teknik olmayan koşulları/kısıtları da dikkate alarak ulaşılmak üzere su kaynakları sisteminin Planlanması ve işletilmesi İstenen kalitede, istenen miktarda yeraltısuyu ne zaman nereden nasıl alınmalı?? Herhangi bir anda t, sistemin herhangi bir noktasında,y,z doğal/yapay herhangi bir etkiye karşı, sistemin hangi noktasında ne zaman nasıl bir tepki gözlenecektir????

47 AMAÇ: YERALTISUYU SİSTEMİNİN HERHANGİ BİR NOKTASINDA X,Y,Z HERHANGİ BİR ANDA t HERHANGİ BİR ŞEKİLDE YARATILAN BİR ETKİYE MİKTAR-KALİTE SİSTEMİN NE ZAMAN t NEREDE X,Y,Z NASIL AKIM MİKTARI/SEVİYE DEĞİŞİMİ-KİRLETİCİ DERİŞİMİ TEPKİ VERECEĞİNİN KESTİRİLMESİ,

48 AMACA ULAŞMAK İÇİN PROBLEM TANIMI: Yeraltısuyu akımı ve kirletici taşınımının konum ve zamandaki değişiminin kestirilmesi YAKLAŞIM : Matematiksel Modelleme YÖNTEM : Nümerik Çözüm VERİ : Model Sınır Koşulları, Değişkenleri Ve Sınır Koşulları TEKNİK : Haritalama, jeofizik, Hidrometeoroloji, Hidrokimya, İzotop, Karotlu Kuyu, Pompa Testleri, İzleme Deneyleri...

49 ETKİ SİSTEM TEPKİ GERÇEK DURUM + VARSAYIMLAR MODEL

50 MATEMATİKSEL MODEL: Doğal bir sistemin matematiksel ifadesidir.. Fiziksel Olgu: Bir telin titreşimi Doğal işleyiş mekanizmasının anlaşılması amacıyla sistem ile ilgili varsayımların test edilmesi Tanımlanan sistemin gelecekte yeni etkiler karşısında nasıl davranacağının kestirilmesi

51 C v C D t C 2 2 t h S z h K z y h K y h K s z y Fiziksel Olgu: Yeraltısuyu akımı Çözüm: h,y,z,t... Yeraltısuyu akım hızı vektörü Fiziksel Olgu: Yeraltısuyu sistemlerinde advektif-dispersif-sorptif- radyoaktif taşınım Çözüm: C,t... Kirletici derişimi dağılımı t C C t C K n C D C v d e b 2 2

52 v v v v z v y v y v y y v z v z z Giren Kütle Toplamı z y v v v Çıkan Kütle Toplamı v z v v y v v v z z y y Kütlenin Korunumu Yasası:Süreklilik Eşitliği Depolamadaki değişim v z v y v z y Depolamada değişim yoksa: Kararlı Akım Koşulları 0 v z v y v z y LAPLACE DENKLEMİ Çıkan Kütle - Giren Kütle = Depolamadaki değişim

53 Akım hızı v = Darcy Hızı q Akışkan akısı= q Depolamadaki değişim : q z q y q z y yerine konursa Giren kütle-çıkan kütle=0 Kararlı akım LAPLACE Denklemi Sıkışmayan Akışkan =Sabit d/d=0 0 q z q y q z y Giren Kütle - Çıkan Kütle = Depolamadaki değişim i h K q i i i=,y,z

54 0 z h K z y h K y h K z y Heterojen ve Anizotrop {K,y,z K y,y,z K z,y,z} Bir Ortamda Kararlı Akım Koşullarında YERALTISUYU AKIM DENKLEMİ Laplace Denklemi Adını Alır. Heterojen ve izotrop ortamlar K=K,y,z için denklem 0 z h K z y h K y h K

55 Laplace Denkleminin Çözümü: Sınır koşulları belirlenmiş bir alandaki hidrolik yükün belirli bir t anında,,y,z koordinatlarındaki h,y,z değerini; Bir başka deyişle potansiyometrik düzey haritasını verir. Su tablası haritası Piyezometrik düzey haritası

56 DENKLEMLERİN ÇÖZÜMÜ NELERİ GEREKTİRİR?... Genel Çözüm vs Özel Çözüm.. 1. BAŞLANGIÇ VE SINIR KOŞULLARI t=0 h=?; =0 h=? 1. PARAMETRELER K, T, S Çözüm... 2 d y 2 d 0 dy d a dy ad dy a d Eğimi a olan ve y eksenini c de kesen bir doğru.. y a c

57 Aradığımız çözüm hangi doğruyla temsil ediliyor???? y Aranan özel çözüm a ve c katsayılarının belirlenmesini gerektirir... y a c =0 iken c=yo başlangıç koşulu =X iken y=ax+yo sınır koşulu

58 t h S z h K z y h K y h K s z y Benzer şekilde Başlangıç koşulları Hidrolik Yükük/YAS Seviyesi & Sınır Koşulları Akım alanını sınırlayan birimlerin hidrolik davranışları K ve S parametrelerinin akım alanındaki dağılımının yanı sıra

59 SAYISAL YÖNTEMLER Yeraltısuyu Akımını ifade eden Diferansiyel Eşitlik Cebirsel Doğrusal Matris Eşitliklerine Dönüştürülür ve Bağımlı Değişkenler hesaplanır. İki Dönüştürme Yaklaşımı Yaygın Olarak Kullanılır: SONLU FARKLAR YAKLAŞIMI SONLU ELEMANLAR YAKLAŞIMI

60 z h h Sonlu Farklar Yöntemi ile İki Boyutlu Kararlı Akım İleri Farklar Geri Farklar a da df a f ',, '''' ''' '' a f a f a f 3! 2! 1! 3 ''' 2 '' 1 ' a a f a a f a a f a f f f fa + f a-a Taylor Serisi i i+1 i-1

61 z h h,z h,z h,z h ,z h,z 2h,z h,z h z z,z h,z 2h z,z h,z z h z 0,z 4h z,z h z,z h,z h,z h i,j 1 i,j 1,j i 1,j i ij h h h h 4 1 h

62

63 Yaygın Olarak Kullanılan Model Programları MODFLOW MOC3D HST3D SUTRA VS2DT HYDROTHERM Modular Groundwater Flow Model Method of Characteristics Transport Model Heat & Solute Transport Model Saturated-Unsaturated Transport Model Variably Saturated Transport Model Heat Transport and Flow Model

64 Modelleme Evreleri Problemin Tanımlanması Hidrojeolojik bilgi ve verilerin değerlendirilmesi Yeni verilerin toplanması / ölçülmesi Kavramsal Modelin Geliştirilmesi Hidrojeolojik Süreçlerin ve Sınır Koşullarının Yorumlanması Matematiksel Modelin Kurulması Hidrojeolojik yapının modele / bilgisayara aktarılması Modelin Kalibrasyonu Hassasiyet Analizi Öngörü ve Sonuçların Değerlendirilmesi

65 Kavramsal model Beslenme Bölgesi Piyezometrik düzey Akiklüd Akifer

66 Ovaya yağan YAĞMUR Sarımsaklı ovasından katkı Erciyes Dağı na düşen KAR Ali Dağ Yılanlı Dağ Geçirimsiz sınır Sabit yük sınırı Değişken yük sınırı

67 SARIMSAKLI OVA OVA MODEL ALANI ERCİYES Dağı Buharlaşma 57.1 *10 6 m 3 Yağış 64.4 *10 6 m 3 Buharlaşma *10 6 m 3 Kar erimesiyle meydana gelen yağış *10 6 m 3 Yüzeysel akış 6.91 *10 6 m 3 Yüzeysel akış *10 6 m 3 Sarımsaklı ovasından yanal beslenim 1,82 *10 6 m 3 YAS a süzülme 0.39 *10 6 m 3 KAYSERİ KENTİ VOLKANİK KAYAÇ AKİFER SİSTEMİ Toplam YAS a süzülme *10 6 m 3 YAS a süzülme *10 6 m 3 Model alanı boşalım noktasındaki boşalım 5,84 *10 6 m 3

68

69 Yöntem Kavramsal Model Oluşturulması Hidrojeolojik Yapı Sınır Koşulları Jeolojik/Fizyografik Model Dinamik Bileşenler Kütlenin Korunumu Hidrolojik Model Su Bütçesi Hidrojeolojik/Hidrolojik Model Model kalibrasyonu Matematiksel Model,y,z,t de kestirim Günümüz Koşulları Geleceğe Dönük Senaryolar Sistem ve Çevre Açısından Değerlendirme

70 KAVRAMSAL MODEL NASIL OLUŞTURULUR? HANGİ VERİLERE GEREKSİNİM DUYULUR? VERİLER NASIL ELDE EDİLEBİLİR? HER SAYI/GÖZLEM VERİ MİDİR? VERİNİN NİTELİĞİ VE NİCELİĞİ NE OLMALIDIR?

71 ARA