Bahar. Hidroloji. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi n aat Mühendisli i Bölümü 1.

Transkript

1 Hidroloji Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yozgat Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 1 Hidroloji 2 Bölüm-1 Hidrolojinin Tanımı ve Önemi Bölüm-2 Yağışlar (Precipitation) Bölüm-3 Buharlaşma (Evaporation) Bölüm-4 Sızma (Infiltration) Bölüm-5 Yeraltı Suyu (Subsurface Water) Bölüm-6 Akarsu Akımları (Streamflow) Bölüm-7 Yüzeysel Akış (Surface Runoff) Bölüm-8 Hidrograf Analizi (Unit Hydrograph) Bölüm-9 Taşkın Ötelenmesi (Flood routing) Bölüm-10 İstatistiğin Hidrolojide Uygulamaları Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 2

2 Su Su, tüm canlılar için bir ihtiyaçtır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 3 Dünya Su Kaynakları Tuzlu Sular; 97,20% Tatlı Sular; 2,80% Buzullar; 77% Yer altı Suları; 22% Nehirler, Göller; 1% Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 4

3 Yeraltı Suyu Hidrolojisi Yerküre içerisindeki tüm sular yeraltısuyu olarak tanımlanabilir. Zemin yüzeyi Suya doygun olmayan bölge Zemin suyu Kapiler saçak Suya doygun bölge Su tablası Yer altı suyu Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 5 Yeraltı Suyu Hidrolojisi Yeraltısuyu Hidrolojisi, yerküre içerisindeki suyun miktarı, hareketi, dağılımı, kalitesi vb. konularla ilgilenen bilim dalıdır. Hidrojeoloji = Jeohidroloji = Yeraltısuyu Jeolojisi = Yeraltısuyu Hidrolojisi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 6

4 Yeraltı Suyunun Bölgeleri Terleme Yağıştan sonra aşağıya hareket eden zemin nemi Sızma Besleyen akarsu Doymamış bölge Beslenen akarsu Buharlaşma Kapiler saçak Yeraltı su yüzeyi Doymuş bölge Yeraltı suyu akımı Geçirimsiz tabaka Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 7 Yeraltı Suyunun Bölgeleri Doymamış bölge Zemin nemi böl. Ara bölge Kapiler bölge Zemin nemi Peliküler su ve yerçekimiyle hareket eden su Kapiler su Askıda su (vadoz su) Su+hava Doymuş bölge Yeraltı suyu Yeraltı su yüzeyi Yeraltı suyu bölgelerinin şematik gösterimi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 8

5 Yeraltı Suyunun Bölgeleri Zemin yüzeyi P 0 P=0 h c C h c Kapiler saçak Doymamış bölge P A 0 Doymuş bölge Yeraltı su yüzeyi B Yeraltı suyu bölgelerinin basınç değişimi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 9 Doymamış Bölge Doymamış bölgedeki suyu, kuyular vasıtasıyla yüzeye çıkaramadığımız için bu su sadece bitkilerin su ihtiyacını karşılamak açısından ve drenaj için önemlidir. Doymamış bölgede bitkiler m arasında değişen derinlikte suyu kökleriyle çekerler. Bataklıklarda yeraltı su yüzeyi zemin üzerine çıkar ve doymamış bölge bulunmaz. Çok kurak bölgelerde ise 300 m ye ulaşabilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 10

6 Doymamış Bölge Bu bölgedeki su yerçekiminin ve kapiler gerilmelerin etkisi ile hareket eder. Bu hareketin incelenmesi karmaşıklığı yüzünden zordur. Peliküler Su: Moleküler çekim kuvveti nedeniyle taneye yapışan ve yerçekimi etkisiyle ayrılmayan suya peliküler su denir. Tanelerin çapı küçüldükçe peliküler su oranı artar. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 11 Doymamış Bölge Yeraltı suyu üzerinde bulunan kapiler bölgenin kalınlığı (h c ) kapiler basınç yüksekliğine eşit olup zeminin D boşluk çapı ile ters orantılıdır. h c 0.3 D Zemin cinsi h c (cm) Silt İnce Kum 4 Orta Kum 2.5 İri Kum 1.5 Çakıl 0.5 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 12

7 Doymamış Bölge Arazi Kapasitesi: Doymamış bölgede yerçekimi etkisiyle aşağıya doğru hareket sona erdikten sonra geriye kalan suyun yüzdesine denir. Kuruma (Solma) Noktası: Bitkilerin zeminden çekemeyeceği suyun yüzdesine denir. Burada kalan suya higroskopik su denir. Arazi kapasitesi ile kuruma noktası arasındaki fark bitkinin kullanabileceği suyun yüzdesini gösterir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 13 Doymuş Bölge Doymuş bölgede basıncın pozitif oluşundan dolayı, bu bölgelere açılan kuyulardan yeraltı suyu yeryüzüne çıkarılır. Bu bölgeye su taşıyan tabaka anlamına gelen akifer de denilir. Akifer: Boşlukları tamamıyla yeraltı suyuyla dolmuş olan, bu suyu bir noktadan diğerine iletebilen ve böylece boşluklarındaki suyun dışarıya çıkmasına imkan veren formasyonlara denir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 14

8 Akifer Özellikleri Doygun olmayan (doymamış bölgede) zemin daneleri arasında su ve hava bulunur. Doygun bölgede ise zemin daneleri arasındaki tüm boşluklar su ile doludur. Doymamış bölgedeki su yerçekiminin etkisi ile derine süzülerek (perkolasyon) yeraltısuyuna karışır. Doygun olmayan bölge Bütün boşluklar su+hava ile dolu Yer altı su seviyesi Doymamış bölgede süzülmeden sonra geriye moleküler çekim kuvvetleriyle tutulan (peliküler su) ile kapiler gerilmelerle tutulan (kapiler saçak) su bulunur. Doygun bölge Bütün boşluklar su ile dolu Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 15 Porozite Porozite: Zemin içindeki boşlukların hacminin toplam hacime oranıdır. Poroz malzeme İyi derecelenmiş kum Kötü derecelenmiş kum Çatlaklı kaya Granit te kırıklar Erime boşluklu kireçtaşı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 16

9 Özgül Verim ve Özgül Tutma Doymuş bölgede tutulan suyun (kalan su) toplam kayaç hacmine oranına Özgül Tutma (Tutulma) denilir. Doymuş bölgeden pompajla alınabilen suya ise Özgül Verim adı verilir. Efektif porozite de denilir. Porozite = Özgül veri + Özgül tutma Zemin cinsi Porozite (%) Özgül veri (%) Kil 50 3 Kum Çakıl Çakıllı kum Kum taşı 15 8 Kalker 5 2 Granit Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 17 Özgül Verim ve Özgül Tutma Kil Silt Kum Çakıl Boşluk Oranı Porozite Özgül tutma Özgül verim Dane Çapı (mm) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 18

10 Akiferler Akiferler serbest yüzeyli (sınırlanmamış, unconfined) ve basınçlı (sınırlanmış, artezyen, confined) olmak üzere ikiye ayrılır: 1) Serbest Yüzeyli Akiferler Doymuş bölge serbest yüzeyli akifer olup yeraltı su yüzeyi serbest su yüzeyine karşılık gelir ve bu tür akiferdeki akım bir açık kanaldaki serbest yüzeyli akıma benzer. Bir havzadaki yeraltı su yüzeyini belirlemek için gözlem kuyuları açılır ve belirli aralıklarla okuma alınır. 2) Basınçlı Akiferler Bu tür akiferler alttan olduğu gibi üstten de geçirimsiz tabaka ile sınırlanmışlardır dolayısıyla atmosfer basıncı ile temasta olan bir serbest yüzeyleri yoktur. Bu bakımdan basınçlı akiferlerdeki akım borulardaki basınçlı akıma benzer. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 19 Akiferler Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 20

11 Akiferler Beslenme bölgesi Fışkıran artezyen kuyu Fışkırmayan artezyen kuyu Zemin yüzeyi YSY Piyezometre yüzeyi Artezyen akifer Geçirimsiz tabaka Basınçlı (Artezyen) Akifer Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 21 Yeraltı Suyunun Beslenmesi 1) Yağışlardan sonra yeryüzünden sızan suyun doymamış bölgeyi arazi kapasitesine eriştirdikten sonra daha derine süzülmesiyle 2) Yeraltı su yüzeyinin yukarısında olan akarsulardan sızma ile (besleyen akarsu) 3) Sulama kanallarındaki suyun sızması ile 4) Yerin derinliklerinden yukarıya çıkan su ile. Bu suyun miktarı az olup kalitesi kötüdür. 5) Havadaki su buharının zemin üzerinde yoğunlaşması ile Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 22

12 Yeraltı Suyundan Kayıplar 1) Kapiler bölge bitkilerin köklerine kadar vardığında terleme ile. Kökler bitkinin cinsine bağlı olarak 10 m derinliğe kadar inebilir. 2) Kapiler bölge yeryüzüne yaklaştığında buharlaşma ile 3) Yeraltı su yüzeyinin yeryüzünü kesmesi halinde: a) Akımın geniş bir alana (bataklık gibi) yayılmasından dolayı buharlaşma yoluyla b) Kurak mevsimlerde bir akarsuyu besleyerek (beslenen akarsu) c) Yeraltı suyunun yeryüzüne çıkması ile (kaynak) 4) İnsanlar tarafından açılan kuyulardan pompajla ve artezyen kuyularıyla su çekilmesi ile Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 23 Yeraltı Suyu Akımı Yeraltı suyu akım hızı çok az olup günde birkaç metre ile yılda birkaç metre arasında değişir. Bu nedenle yeraltı suyu akımı her zaman laminerdir, ancak çok büyük boşluklu zeminlerde ve kuyu yüzeylerinin yakınlarında türbülans hareketi görülebilir. Akımı, çok yavaş akımlarda geçerli olan Darcy kanunu idare eder. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 24

13 Darcy Kanunu Su seviyesi = h a Q giren Kum dolu sütun Q çıkan Su seviyesi = h b Modern hidrojeolojinin doğumu Henry Darcy nin deney seti 1856 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 25 Darcy Kanunu Enerjinin yüksek olduğu yerlerden alçak olan yerlere doğru olan yeraltısuyu hareketi; Sürtünme ile meydana gelen enerji kaybının fazlalığından dolayı yavaştır (permeabiliteye bağlı olarak) Genelde 10 ile 100 cm/gün dür. Akım genelde laminerdir Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 26

14 Darcy Kanunu Genelde yeraltısuyu akımı Darcy kanununa uyar (büyük boşluklar bulunan akiferlerde ile kuyu civarları hariç). statik Düzenli akım Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 27 Darcy Kanunu kum Enkesit alanı, A Özgül debi, q (mm/m) Eğim = K Referans düzlemi Hidrolik gradyan, -dh/dl Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 28

15 Darcy Kanunu I h L Piyezometrik eğim (Hidrolik gradyan) I V f Q A Enkesit alanı, A V KI f Filtre hızı Re Vf D Reynolds Sayısı kum Re < 1-10 (Darcy kanunu geçerli) V g Q Q Vf A ( p A) p g Gerçek hız Referans düzlemi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 29 Darcy Kanunu p1 p2 hz1 z2 2 V 0 2g Enkesit alanı, A I h L dh dl kum Dracy Kanunu dh QKA dl Referans düzlemi QKIA Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 30

16 Darcy Kanunu QKIA K = hidrolik iletkenlik (geçirimlilik, permeabilite)(cm/s) I = hidrolik gradyan (piyezometrik eğim) K k k = özgül geçirimlilik (Darcy = cm) = dinamik viskozite (kg.s/m 2 ) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 31 Darcy Kanunu Zemin cinsi K (cm/s) k (Darcy) Kum taşı ² Çakıl, iri kum Çakıllı kum ² Orta kum ² İnce kum ² Çok ince kum Silt Kumlu kil Kil Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 32

17 Transmisivite (İletkenlik, İletim Kapasitesi) Bir akiferin suyu iletme kapasitesidir. Birim kesiti ile akiferin yüksekliği boyunca, birim miktardaki yük kaybı altında birim zamanda geçen su miktarıdır. T = transmisivite (m³/s/m, m²/s, cm²/s, m³/gün/m) K = hidrolik iletkenlik (permeabilite) m = akifer kalınlığı T Km Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 33 Transmisibilite (İletim Kapasitesi) T Km m T 1 m 1 m 1 m K Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 34

18 Depolama Katsayısı (Biriktirme Katsayısı) Birim kesitli bir akifer prizmasından birim yük düşmesi ile alınacak su miktarının yüzde (%) cinsinden ifadesidir. (Piyezometre çizgisindeki birim alçalmaya karşılık, akiferin yatayda birim kesitli bir parçasından dışarıya çıkacak suyun hacmidir). Birimi boyutsuzdur. Serbest (Basınçsız) Akiferde; Özgül verime eşittir S S y Artezyen (Basınçlı) Akiferde; Özgül depolama katsayısına eşittir. Özgül Depolama Katsayısı: Birim yükseklikteki, birim kesitli bir akifer prizmasından, birim yük azalması ile serbest hale geçen su miktarıdır. n e : efektif porozite, : suyun sıkışabilme katsayısı, S s : özgül depolama katsayısı (1/m), : katsayı S s ne ne S S e s Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 35 Depolama Katsayısı (Biriktirme Katsayısı) Piyezometrik seviyedeki birim düşüm Basınçlı akifer YAS seviyesindeki birim düşüm Serbest akifer Basınçlı Akiferlerde S = Serbest Akiferlerde S = Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 36

19 Yeraltı Suyunun Kuyularla Çekilmesi Yeraltı Suyunun Emniyetli Verisi Bir akiferden sakıncalar yaratmadan çekilecek en fazla su miktarına emniyetli (güvenli) veri denir. Emniyetli veri şu etkenlerle sınırlanmalıdır: i. Beslenme miktarı ile: Su dengesi denkleminden emniyetli veri hesaplanır ve çekilen suyun bu değeri aşmamasına dikkat edilir. ii. Zeminin iletim kapasitesi ile: Akiferin beslenme kaynakları yeterli olduğu halde zemin istenen miktarda suyu kuyulara iletmeyebilir. Bu durumda emniyetli veri akiferin kuyulara ilettiği miktarla sınırlanmalıdır. iii. Akiferin kirlenme tehlikesi ile: Yeraltı su yüzeyinin alçalması deniz suyunun ve diğer zararlı suların akifere girmesine yol açar. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 37 Serbest Yüzeyli Bir Akiferdeki Kuyudan Çekilen Debinin Belirlenmesi Bir pompaj kuyusundan çekilen debi ile akiferin hidrolik iletkenliği ve kuyudan belli bir uzaklıkta yeraltı su yüzeyinin alçalma miktarı arasındaki bağıntı Darcy kanunun ve Dupuit hipotezlerini kullanarak elde edilebilir. Dupuit hipotezleri şunlardır: i. Yeraltı suyu akımında bir düşey kesit boyunca her noktada hız yataydır. ii. Bir düşey boyunca hız dağılımı üniformdur. iii. Hidrolik eğim ifadesindeki dl uzunluğu piyezometre çizgisi boyunca ölçüleceği halde yatay doğrultuda ölçülebilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 38

20 Serbest yüzeyli bir akiferde açılan bir kuyudan su çekilirken yeraltı su yüzeyinin durumu Pompaj kuyusu Gözlem kuyuları Q 2 1 YSY s 1 s 2 Pompajdan sonraki yeraltı su yüzeyi Serbest yüzeyli akifer h 1 h h 2 m Geçirimsiz tabaka r 1 r r 2 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 39 r yarıçaplı ve h yükseklikli silindirik yüzeyden giren debi: QV A Ki2 rh f Silindirin boy kesit alanı dh i dl dh dr dh QK 2 rh dr r 2 2 r dr r 2 K Q 1 1 Homojen, izotrop, sonsuz genişlikte ve yatay tabanlı bir serbest yüzeyli akiferde pompaj kuyusunun geçirimsiz tabakaya kadar uzanması ile su yüzeyinden alçalmaların akifer kalınlığına göre küçük olması durumunda geçerlidir. h h hdh Q K h h r2 ln r Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 40 1

21 Basınçlı Bir Akiferdeki Kuyudan Çekilen Debinin Belirlenmesi Pompajdan sonraki yeraltı su yüzeyi Pompaj kuyusu Gözlem kuyuları Q 1 2 YSY Basınçlı akifer h 1 h h 2 m Geçirimsiz tabaka r 1 r m kalınlığı sabit olan basınçlı bir akiferde açılan bir kuyudan çekilen Q debisi ile piyezometre yüzeyinin h kotu arasındaki bağıntı da benzer şekilde bulunur. r 2 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 41 dh QVf A K 2 rm dr Basınçlı akifere açılan kuyudan çekilen debi formülü r dr 2 K m dh r Q h 2 2 r h 1 1 Q2 K mh ( 2 h1) r2 ln r 1 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 42

22 Örnek 40 m kalınlıkta serbest yüzeyli bir akiferden pompaj kuyusu ile 0.03 m 3 /s lik debi çekilmektedir. Akım kararlı hale ulaştıktan sonra pompaj kuyusundan 20 ve 50 m uzaklıktaki iki gözlem kuyusunda yeraltı su yüzeyinin 3.2 m ve 1.9 m alçaldığı gözlenmiştir. Zeminin hidrolik iletkenliğini ve iletim kapasitesini hesaplayınız. Q= 0.03 m 3 /s YSY 3.2m 1.9m 40m 20m 50m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 43 Çözüm Q= 0.03 m 3 /s YSY 40m 3.2m 1.9m Verilenler: Q = 0.03 m 3 /s r 1 = 20 m r 2 = 50 m h 1 = = 36.8 m h 2 = = 38.1 m 20m 50m Serbest yüzeyli akiferde: Q h h K r ln r 1 50 ln 0.03 K m/ s İletim kapasitesi: T m K m / s Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 44

23 Örnek Kalınlığı 6 m permeabilite katsayısı cm/s olan basınçlı bir akifere açılan pompaj kuyusundan 50 m ve 120 m uzaklıktaki iki gözlem kuyusunda su derinlikleri 11.5 m ve 13 m olarak okunuyor. Bu akiferden çekilebilecek debiyi hesaplayınız. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 45 Çözüm Verilenler: m = 6 m h 1 = 11.5 m, h 2 = 13 m r 1 = 50 m, r 2 = 120 m Q2 K mh ( 2 h1) r2 ln r ln m / s Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 46

24 Örnek Kalınlığı 20 m olan bir akiferde açılan iki gözlem kuyusu arasındaki uzaklık 50 m dir. A kuyusunda statik su kotu 125 m, B kuyusunda m dir. A kuyusuna verilen bir radyoaktif izleyicinin B kuyusuna varması için 4 saat geçtiği ölçülüyor. Zeminin porozitesi % 14 olduğuna göre a) Akiferde yeraltı su yüzeyinin eğimini bulunuz. b) Yeraltı suyu akımı hangi yöndedir? Gerçek hızı ne kadardır? Filtre hızını hesaplayınız? c) Akiferin hidrolik iletkenliğini hesaplayınız. d) Zeminin iletim kapasitesini hesaplayınız. e) Zeminin özgül geçirimlilik katsayısı nedir? (Suyun sıcaklığının 10 0 C ve bu sıcaklıkta dinamik viskozitenin 134x10-6 kg-s/m 2 olduğunu kabul ediniz. =1000 kg/m 3 ) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 47 Çözüm m=20m A 125m 50m B 124.5m a) Yeraltı su yüzeyinin eğimi: dh i 0.01 dl 50 b) Akımın yönü A dan B ye doğrudur çünkü A kuyusundaki yeraltı su seviyesi B kuyusundakinden daha yüksektir. Akımın gerçek hızı: L Vg 0.35 cm/ s t Filtre hızı: V V p cm/ s c) Akiferin hidrolik iletkenliği: V f f K 4.9 cm/ s i 0.01 g Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 48

25 Çözüm A B d) Zeminin iletim kapasitesi: 125m 124.5m 2 TmK cm / s m=20m 50m e) Zeminin özgül geçirimlilik katsayısı: 6 k K m Veya 1 Darcy = x 10-8 cm k Darcy Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 49 Hidrolik İletkenliğin Ölçümü Hidrolik iletkenlik (permeabilite): Laboratuvarda Sabit seviyeli permeabilite testi Düşen seviyeli permeabilite testi Arazide ölçülebilir Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 50

26 Hidrolik İletkenliğin Ölçümü Sabit seviyeli permeabilite testi Q AVt V Ki Kh/ L h zemin L Q L K hat Q A Q= debi (m³/s) A= zemin numunesinin enkesit alanı, (m²) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 51 Örnek: Q L K hat h, cm= 30 L,cm= 20 D,cm= 12 A, cm 2 = İlk Okuma Tarih, Saat Son Okuma Tarih, Saat Su Sıcaklığı ( 0 C) Süre t (s) Geçen Su Hacmi, Q (cm 3 ) k (cm/s) 1 09:00 09: E-03 h zemin L 2 09:03 09: E :06 09: E-03 A Q 4 09:10 09: E :20 09: E :25 09: E :30 09: E :00 10: E-03 Ortalama 4.75E-03 h: manometrelerdeki su seviyesi farkı, cm L: Manometreler arasındaki mesafe, cm D: Kalıp çapı, cm A: Kalıp alanı, cm 2 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 52

27 Hidrolik İletkenliğin Ölçümü Düşen seviyeli permeabilite deneyi h 1 h dh t= t 0 K 2.3 a L log h 1 A t h2 h 2 t = t 1 a : cam borunun enkesit alanı Q A zemin L : Zemin numunesinin boyu A : Enkesit alanı a dt : cam borudaki yüksekliğin h 1 den h 2 ye düşene kadarki zaman dilimi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 53 Örnek: h 1 =69 cm t = 0 Q zemin R=10 cm H=13 cm h 1 h 2 =60 cm A t = 5 dk a=2.1 cm a 3.461cm A 78.5 cm, t 5dk 300 s 4 K 2.3 a L log h 0 A t h K 2.3 log cm/ s Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 54

28 Permeametrelerde denenebilen zemin numunelerinin boyutları küçük olduğu için ancak o bölgedeki K değeri belirlenebilir, akiferin ortalama hidrolik iletkenliği bulunamaz, ayrıca numuneler örselenebilecekleri için laboratuvarlarda elde edilen sonuçlara her zaman güvenilemez bu nedenle iletkenliği arazide ölçmek tercih edilir. Arazide Ölçme: Arazide hidrolik iletkenlik ölçümü için Hız yöntemi ve Potansiyel yöntem olmak üzere iki farklı yöntem kullanılmaktadır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 55 Hız metodu: Belli bir noktadan akifere verilen bir maddenin gözlem kuyusuna erişmesi için geçen zaman ve yer altı su yüzeyinin eğimi ölçülür, porozite belirlenir. Buradan yer altı suyunun gerçek hızı hesaplanır (V g ). V g Q Q Vf A ( p A) p g V KI f Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 56

29 Hidrolik İletkenliğin Ölçümü(Arazide) Potansiyel Metodu: Pompaj yapılan kuyudan farklı uzaklıklardaki gözlem kuyularında su yüzeyindeki alçalmalar gözlenir, buradan iletim kapasitesi (T) hesaplanır. a) Thiem Metodu : Pompaj kuyusundan çekilen debi ve iki gözlem kuyusundaki su yüzü alçalmaları belirlenir. Eğer akifer kalınlığı alçalma miktarlarından çok büyükse; r kuyu yarıçaplarını göstermek üzere T: T Q log( r2 / r1) 2.72 s s 1 2 Tek gözlem kuyusu açılmışsa, r 2 yerine r o, s 2 yerine s o yazarak T hesaplanabilir. Ancak, pompaj kuyuları civarında Darcy denklemi geçerli olmadığından hatalara neden olabilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 57 Hidrolik İletkenliğin Ölçümü(Arazide) Eğer akifer kalınlığı (h) fazla değilse, o takdirde T: T Q log( r2 / r1) s1 s2 s1 s2 h h Q s 1 s 2 h r 1 r 2 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 58

30 Örnek Kalınlığı 50 m olan serbest akiferde açılan 17.5 inç (1 inç=2.54 cm) çapındaki sondaj kuyusundan dengeli rejimde 26 lt/sn debi ile su çekilmekte ve kuyuda 25 m kalınlığında filtre kullanılmaktadır. Pompaj kuyusundaki düşüm 5.6 m, bu kuyunun 3.3 m uzağındaki gözlem kuyusunda ise düşüm 2.9 m dir. Akiferin T ve K değerlerini bulunuz. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 59 Çözüm Bu soruda serbest akifer olduğu için T hesabında akifer kalınlığı b yerine kuyunun filtre kalınlığı kullanılmalıdır. s 5.6m h m 1 1 Q log( r2 / r1) T s1 s2 s1 s2 h h log(3.3 / 0.22) 2 2 s 2.9m h m 2 2 Pompaj kuyusu yarıçapı: 2 T m / s T T K b K m / s m / gün b 25 r / cm0.22 m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 60