IV. BÖLÜM SULARIN DERLENMES (KAPTAJ)

Transkript

1 IV. BÖLÜM SULARIN DERLENMES (KAPTAJ) 4.1 MENBA SULARININ DERLENMES Menbala (pına) yealtı sulaını taıyan tabakanın hehangi bi ekilde ye yüzeyine çıkması sonucu oluu. Böylece yealtı suyu kendiliinden yeyüzüne çıkmı olu Menbalaın Sınıflandıılması Menbalaın su akıına göe bütün menbala iki gupta topalanabili. 1. Yeçekimi etkisiyle meydana gelen menbala : Bu tip menbalada su akıı hidostatik basınç altında ceeyan ede. Bu menbala aaıdaki guplaa ayılı: a. Yamaç menbalaı b. Tabaka menbalaı c. Savak menbalaı d. Zemin çatlak ve boluklaında oluan menbala e. Yealtı boluklaındaki su kütleleinin meydana getidii menbala. 2. Yeçekimi kuvvetinin dıındaki tesile neticesinde meydana gelen menbala: Bu gubu volkanik menbala ile ye kabuunun deinlikleine ulaan zemin çatlaklaında otaya çıkan menbala olutuu. Sıcak su menbalaı ile kastik menbala da bu guba gie (Kapuzcu, 2005). a) Yamaç Menbalaı: Vadinin geçiimli tabakayı kesmesi sonucu meydana geli. Bazen yealtı suyu bi yüzey boyunca açıa çıka (ekil 4.1). ekil 4.1 Yamaç menbaı Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 20

2 b) Tabaka Menbalaı: Vadinin su taıyan tabakanın altındaki geçiimsiz tabakayı kesmesi sonucu meydana geli. Buada yealtı suyu akıı bi çizgi boyunca açıa çıka (ekil 4.2). ekil 4.2 Tabaka menbaı c) Savak Menbalaı: Dip savak menbaı Geçiimsiz tabaka ekil 4.3 Dip ve dolu savak menbalaı Dolu savak menbaı d) Zemin çatlak ve boluklaında oluan menbala: Yealtı suyu yüzeyi ile geçiimsiz tabakanın eiminin zıt yönde olması halinde savak menbalaı otaya çıka. Dolu ve dip savak menbaı olmak üzee iki tipi vadı. Dip savak menbaının veimi daha yüksekti. Dolu savak menbalaı zaman zaman kuuyabili (ekil 4.3). ekil 4.4 Tabaka çatlaı menba ekil 4.5 Fay menbalaı ki geçiimsiz tabaka aasında kalan ye altı suyu üstteki tabalanın çatlak ve yaıklaından yeyüzüne çıkaak tabaka çatlaı menbaını meydana getii. ayet sula bi fay çatlaı boyunca yüzeye çıkasa fay menbaı adını alı (ekil 4.4 ve ekil 4.5). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 21

3 e) Yealtı boluklaındaki su kütleleinin meydana getidii menbala: ekil 4.6 da bu tip bi menba göülmektedi. Kütle halinde ye altındaki boluklada haeket eden sula, bu boluklaın zeminle itibatlı olduu bi noktadan açıa çıka ve menbaı meydana getii. ekil 4.6 Zemin boluundaki menba Menbalaın debilei Bi menbadan alınabilecek su miktaının balı olduu faktöle: 1. Su taıyan tabakanın poozitesine 2. Menbanın mofolojik yapısı 3. Zeminin sızdıma kapasitesi 4. Beslenme havzasının büyüklüü 5. Bölgenin topoafyası 6. Yaılaın iddet, süe ve fekansı 7. Zemindeki bitki ötüsü 8. Yaı bölgesindeki meteoolojik atla. Debisi mevsime göe deimeyen menbala, su temini bakımından en uygun olan menbaladı. Debisi çok deikense o menba, su kalitesi ve su miktaı bakımından uygun deildi, tecih edilemez. Menba debileinin ölçümü: Menba debileini ölçme metotlaı, menba debisinin büyüklüüne balıdı. - Veim 1lt/sn veya daha küçük ise; hacmi beli olan kaplala(mesela 20 lt olabili), bi kabın dolu süesinin ölçülmesi ile ölçülü. - Veim biaz daha büyük ise (1~10 lt/sn)aasında ise; 0,5*0,5*1 m boyutlaında sızdımaz sandıkla kullanılı - Ee veim 10 lt/sn den daha büyük ise savakla yadımıyla ölçülü (Kapuzcu, 2005). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 22

4 Menbadan ölçülen en büyük ve en küçük debi aasındaki oan; - min max kullanılabili. 1 1 = oan vasa bu tip menbala çok uygundu. Bu menba kaynak olaak 1 8 min 1 - menbada kilenme söz konus olabili, basit aıtma ile kullanılabili. 50 max min 1 - < böyle bi menba kaynak olaak kullanılamaz (Muslu, 2005). 50 max Menba Sulaının Kaptajı Sulaın kaynaktan alınması ve toplanması kaptaj kelimesi ile ifade edili Yamaç Menbalaının Kaptajı: Menba da su toplama tesisi bi odadan ibaetti. En basit ekliyle bu oda tek bölmeden meydana geli. Bunlaın vanalaı dıaıdadı (ekil 4.7). Toplama odalaı gii-çıkı, dolu ve dip savak boulaı ile donatılmıtı (Kapuzcu, 2005). ekil 4.7 Tek bölmeli menba kaptajı Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 23

5 Tabaka Menbalaının Kaptajı: Tabaka menbalaının sulaını toplayan tesisle, sızdıma galeilei veya boulaı, toplama sandıı, sulaı toplama sandıından toplama odasına ileten bou ve toplama odasından meydana geli (ekil 4.8). Yealtı suyu akımı ekil 4.8 Tabaka menbalaının kaptaj elemanlaı Tabaka menbalaından sulaın delenmesinde büyük debile için sızdıma galeilei, küçük debile için ise sızdıma boulaı kullanılı. Sızdıma boulaı, özel olaak delikli yapılmı veya dezlei açık bıakılmı olan bouladı. Bu boula menbaın maksimum debisine göe boyutlandıılıken su hızının 0,2 ~ 0,4 m/sn aasında ve yaı dolu akacak ekilde boyutlandıılı. Sızdıma boulaı 10 cm den küçük yapılamaz. Sızdıma boulaı üzeinde he 50 veya 100 m de bi muayene bacalaı konu. Sızdıma boulaı ile toplanan sula toplama sandıına getiili. Toplama sandıındaki maksimum su seviyesi sızdıma boulaının taban seviyeleinin altında kalmalıdı (en az 20 cm). Sızdıma boulaına suyun gidii kesimlede, kum-çakıl filtelei tekil edili. Yaı sulaının den boulaına giiinin önlenmesi için filtenin üstü, beton bi pede ile onun da üstü bi kil tabakası ile ötülü. Sulaı toplama sandıından, toplama odasına getien bou yaı dolu olaak ve 0,5 m/sn lik hıza göe boyutlandıılı. Sızdıma boulaı yealtı suyunun duumuna göe iki yandan da sulaı toplayabili (ekil 4.9) (Kapuzcu, 2005). Muayene bacası L L L Toplama odası ekil 4.9 Sulaı çift taaftan alan denaj galeisi letim hattı Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 24

6 4.1.4 Kum Tutucu Bölmenin Hesabı Menbaladan alınan sulaın ince kumlaı süüklemesi halinde bu kumlaın isale ve ebekede iletme güçlüklei doumaması için suladan ayılması geeki. Bu yüzden menba kaptajlaında su bölmesinden önce bi kum tutma bölmesi tekil edili. Kum tutuculaın boyutlandıılabilmesi için sudan ayılması istenen en küçük kum taneciinin çapı, özgül aılıı ve su sıcaklıı bilinmelidi. Kum tutucu bölme, o ekilde boyutlandıılmalıdı ki çökelmesi istenen zeecik suyun yatay doultudaki hızı ile L mesafesini kat edeek bölmenin sonuna geldiinde, düey doultudaki çökelme hızı ile h mesafesini almı olsun ve bölmenin tabanına ineek oada biiksin (ekil 4.10). Kum tutucu Su bölmesi letim hattına Dip savak ekil 4.10 Kum tutucu bölme hesabı Kum tutucu bölmenin hesabında; esas alınacak akı hızı (V a ), çökelen tanelein su ile süüklenmesi için V a 5 cm/sn olacak ekilde seçili. Daha büyük olusa çökelen tanele su ile akıp gide. Çökelme hızı (V ç) ise tablo veya Reynolds tan bulunu. Vçd Re = (4.1) ν V ç : çökelme hızı d : dane çapı ν : kinematik viskozite 1. Re 0,5 2 g d V ç = ( γ 1) (4.2) 18 ν 2. Re=0, g 24 3 V ç = ( γ 1). d, λ = + + 0, 34 (4.3) 3 λ Re Re 3. Re > V ç = g( γ 1). d γ : tanenin özgül aılıı (4.4) 3 Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 25

7 Tablo 4.1 Çökelme hızı (t = 10 0 C, ν=1, cm 2 /sn atlaı için geçeli) Tane Çapı (mm) 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 Çökelme Hızı V ç (cm/sn) 14,45 7,38 2,35 0,682 0,175 0,0086 0, Çökelme ve akı hızlaı tesbit edildikten sona çökelen daneciin yöüngesi takip edileek aaıdaki denklem elde edili. Daneciin V ç hızı ile h yolunu alması için geçen süe, aynı taneciin V a hızı ile L yolunu alması için geçen zamana eitti. Bun göe aaıdaki ifade yazılabili: h L = (4.5) V ç V a Buada, h : kum tutucu bölmedeki su deinliini, L: kum tutucu bölmenin uzunluunu göstei. çapılısa: (4.5) denkleminden L çözülü ve he iki taaf kum tutucu bölmenin genilii (b) ile h.va h.va b b * L = * b = (4.6) V V ç ç ifadesi elde edili. Buada, b*l = A b*h = F A : bölmenin üst yüzey alanını, F : enkesit (suyun gii) alanını göstei. Buna göe (4.6) ifadesi FVa A = (4.7) V ç eklini alı. F.V a =, menbaın debisidi. Buna göe (4.7) ifadesi debi cinsinden A = (4.8) V ç eklinde yazılabili (Kapuzcu, 2005). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 26

8 4.2. KUYULAR Bi su kuyusu en basit ekliyle yealtı sulaını ye yüzüne çıkamak için zemin içeisinde düey doultuda açılan boluk olaak taif edilebili. Bazen de kuyula yealtı aatımalaı için, suni olaak ye altı suyunu beslemek için veya kullanılmı sulaı uzaklatımak için açılabili. Kuyu tiplei çok çeitlidi. Kuyula genel olaak: 1. Deney kuyulaı 2. Basit ve hazneli kuyula 3. Dein ve boulu kuyula olmak üzee üçe ayılı. Sı kuyula elle kazmak, buguyla delmek veya çakmak suetiyle; dein kuyula ise döne veya dabeli sondaj metotlaı ile açılı. Kuyula açıldıktan sona çeitli malzemelele kaplanaak kilenmeye kaı kounu (Kapuzcu, 2005) Deney Kuyulaı Bi kuyu ina etmeden önce açılan kuyuladı. Deney kuyulaı, yealtı suyunun deinliini, suyun kalitesini, akifein fiziksel özellikleini ve kalınlıını tayin etmek için açılı. Deney kuyulaından iyi sonuç alınısa, bu kuyula gelitiileek nomal kuyu haline dönütüülü, aksi takdide vazgeçili (Kapuzcu, 2005) Basit ve Hazneli Kuyula Yealtı suyunun fazla deinde olmadıı zeminlede el aletlei veya kazı makinelei ile 1-10 m çapında ve 20 m deinlie kada açılan kuyulaa Basit veya Hazneli Kuyula adı veili. Hazneli kuyulaınçaplaı çok nadi olaak 3 m yi geçe. Minimum kuyu çapı kuyuyu açacak insanın ahat çalıabilecei kada büyük olmalıdı (1m). Çaplaı 2 m den daha küçük olan kuyula hazı beton halkaladan ina edilebili (Kapuzcu, 2005). Hazneli kuyulaın boulu kuyulaa nazaan bazı avantajlaı ve dezavantajlaı vadı. Avantajlaı : 1. Sı yealtı yataklaından daha bol su temin edebili. (Uygun ina edilen kuyulaın veimi m 3 /gün) 2. Basit metotlala açılabili. 3. Yetei kada dein açılısa fazla su depolanabili (Kapuzcu, 2005). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 27

9 Dezavantajlaı: 1. Büyük çaplı ise üzgadan süüklenen ve dıaıdan gelen maddelele kililik tehlikesi fazladı. 2. Yealtı suyu çok dein de ise bu tip kuyuladan su temini zodu (Kapuzcu, 2005). Hazneli kuyula su alma ekilleine göe üç gupta incelenebili: 1. Sadece tabandan su alan hazneli kuyula: Bu tip kuyula küçük guplaın su ihtiyacı için kullanılı ve kuyunun geçiimsiz tabakaya kada indiilmesi geekmez. ekil 4.11 Tabandan su alan hazneli kuyu Bu tip kuyuladan alınabilecek debi miktaı (4.9) ifadesiyle hesaplanı. 2 K = π (4.9) 15 Buada; kuyu yaıçapını, h kuyudaki su deinliini, K hidolik iletkenlik (pemeabilite) katsayısını, debiyi göstemektedi (Kapuzcu, 2005). 2. Hem tabandan hem de yanladan su alan kuyula: Yan cidalada bolukla bıakılı ve bu bolukladan suyun kuyuya gimesi salanı.bu duumda kuyu biinciye nazaan daha deindi. ekil 4.12 Hem tabandan hem yan yüzeyden su alan kuyu Bu tip kuyuladan alınabilecek debi miktaı (4.10) ifadesiyle hesaplanı. 2 K K = π + 2π hα (4.10) Buada; h kuyudaki su deinliini, α kuyu yan cidalaındaki boluklaın kuyu yan yüzeyine oanını (α = 1 / 4-1 / 5) göstei (Kapuzcu, 2005). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 28

10 3. Sadece yanladan su alan hazneli kuyula: Bu duumda kuyu geçiimsiz zemine kada inmektedi. ekil 4.13 Sadece yan yüzeyden su alan hazneli kuyu Bu tip kuyuladan alınabilecek debi miktaı (4.11) ifadesiyle hesaplanı (Kapuzcu, 2005). K = 2π hα (4.11) Boulu Kuyula Boulu kuyula bibiine ekli bou paçalaını zemin içine indimek suetiyle tekil edili. Bu kuyulaa su yealtı su seviyesinin altında kalan bou paçalaı üzeinde açılmı delikleden gie. na edilmelei kolaydı. Çaplaı küçüktü ve kilenme tehlikesi çok azdı. He tülü yealtı suyu tabakasından su temin edilebili. Dein tabakaladan su alınabildiinden, debilei mevsimlee göe fazla deimez. Boulu kuyula genel olaak: 1. Sı boulu kuyula 2. Dein boulu kuyula olmak üzee iki gupta inceleni. Sı kuyulaında ina metodlaına göe 1. Çakma kuyula, 2. Bugu ile açılan kuyula, 3. Enjeksiyon metodu ile (su püskütüleek) açılan kuyula, olmak üzee üç tipi vadı (Kapuzcu, 2005). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 29

11 Boulu kuyula, yealtı su tabakasının - basınçsız (sebest nap) - basınçlı (sıkıık nap) olması duumuna göe iki ekilde hesaplanmaktadı. NAP (akife) : Su taıyan yealtı tabakasıdı (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Sebest yüzeyli ve basınçlı kuyulaın hesabında temel debile, Dupuit debisi ve Müsaade edilen debi deeleidi. Dupuit debisi: Kuyunun açıldıı zeminin teoik olaak veebilecei debi deeidi. Müsaade edilen debi: Zemini süüklemeden ulaılabilecek maksimum su hızı ile kuyudan alınacak maksimum debi deeidi. Optimum debi: Dupuit ve müsaade edilen debinin bibiine eit olduu debiye optimum debi deni. Bu eitlii salayan seviye alçalmasına da optimum seviye alçalması adı veili. Boulu kuyula için, optimum debi ve optimum seviye alçalması deelei, tatonman (deneme- yanılma) ve gafik metot ile hesaplanı (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Sichadt, tesi yaıçapını aaıdaki (4.12) baıntısı ile ifade etmiti. R = 3000 *s * K (4.12) R : Tesi yaıçapı (m) s: Seviye alçalması (m) Kuyuya giite zemini süüklemeden ulaılabilecek maksimum hız deei ise, Sichadt taafından (4.13) baıntısı ile veilmiti. K V max = (4.13) 15 Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 30

12 ekil 4.14 Basınçsız ve basınçlı kuyu kesitlei ekil 4.14 de basınçlı ve basınçsız kuyulaa ait kesitle veilmiti.basınçsız ve basınçlı kuyula için maksimum debile (müsaade edilen debi) aaıdaki (4.14) ve (4.15) baıntılaından hesaplanı (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004): Basınçsız akife (sebest yüzeyli kuyu) için; müsaade K K = max = A * Vmax = (2π h) = (2π (H s)) (4.14) Basınçlı akife için; müsaade K = max = A * Vmax = (2π m) (4.15) 15 Ee açılan kuyula geçici maksatla için kullanılacaksa, maksimum debilein hesabında paydada 15 deei alını. Ancak kuyuladan uzun ömülü su temini için yaalanılacaksa paydada 30 deei alını (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 31

13 Basınçsız ve basınçlı kuyula için Dupuit debilei sıasıyla (4.16) ve (4.17) baıntılaından hesaplanı. Basınçsız kuyu için; πk (H h) = D = (H h) (4.16) R ln Dupuit + Basınçlı kuyu için; Dupuit πk (H h) = D = (2 m) (4.17) R ln Kuyu poblemleinin çözümünde izlenecek yöntem, debi fomüllei içeisinde bulunan h paametesini, s cinsinden yazmaktı. (h = H-s) Buna göe basınçsız kuyu için Dupuit debisi ; Dupuit πk (s) πk (s) = D = (2H s) = (2H s) R (4.18) ln 3000s K ln Basınçlı kuyu için Dupuit debisi ; Dupuit π k (s) π k (s) = D = (2 m) = (2 m) R (4.19) ln 3000s K ln Kuyula için elde edilen optimum debi ve optimum seviye alçalmasından sona, geekli olan kuyu sayısı (4.20) baıntısından hesaplanı. Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 32

14 q max N ihtiyaç n = = geeken kuyu sayısı + 1 yedek (4.20) optimum optimum Basınçsız kuyula için, optimum debiyi bulmak amacıyla he iki debi fomülünde (sebest yüzeyli kuyula için yazdıımız Dupuit debisi ve müsaade edilen debi fomüllei) ye alan s seviye alçalması için H deeine kada çeitli deele veili. Dupuit debisini maksimum debiye (müsaade edilen debi) eitleyen s deei optimum seviye alçalması deeidi. Bu iki debinin bibiine eit olduu debi deei ise optimum debidi (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Basınçlı kuyula için, optimum debi deei bu tip kuyula için yazdıımız maksimum debi fomülüne eitti. Yani basınçlı akife için, optimum debi doudan maksimum debiye eitti. Buna kaılık gelen Dupuit debisi yazılaak s deei, tatonman ile hesaplanı. Yine buada da optimum debiyi veen s deei, optimum seviye alçalmasıdı. Kuyula için die bi çözüm yöntemi olan gafik netodlada basınçsız kuyula için ekil (4.15) ve basınçlı kuyula için ekil (4.16) daki gafikle kullanılı. ekil 4.15 Basınçsız kuyula için gafik yolla kuyunun ekonomik çalıma noktasının tespiti ekil 4.15 de göüldüü gibi, sebest yüzeyli kuyula için optimum debi ve optimum alçalma deelei, Dupuit debisi ile maksimum debi gafikleinin kesiim noktasından çizilen yatay ve düey doulaın eksenlei kestii noktala olaak belilenmektedi (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 33

15 ekil 4.16 Basınçlı kuyula için gafik yolla kuyunun ekonomik çalıma noktasının tespiti Yealtı suyu akımı Dacy kanuna uymaktadı. Dacy kanununa göe zemindeki filte hızı (4.21) baıntısından hesaplanı: V f = = K J (4.21) A Buada debiyi, A kesit alanını, K hidolik iletkenlik ve J ( H/ L) piyezometik eimdi. Filte hızı (V f ) zemin için geçek hız deei olmayıp hayali yani fiktif bi hız ifadesidi. Geçek atlada su akımı zeminin boluklaında meydana geldiinden geçek hız deei bulunmalıdı. Geçek hız ile filte hızı aasında; V f = V g. p (4.22) baıntısı mevcuttu. Bu ifade de p paametesi zeminin poozitesini göstemektedi (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). letim kapasitesi: Biim genilikteki bi akifein kesitinden biim eimde ve biim zamanda geçen su miktaına deni ve T ile gösteili. Bunun boyutu uzunluunun kaesinin zamana oanı eklindedi. Bi akifein kalınlıı m ve hidolik iletkenlik K olaak ifade edilise iletim kapasitesi; T = m K (4.23) olaak elde edilmektedi (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). Kuyu hidoliinde, Dacy kanunu ve Dupuit hipotezleinden yaalanılaak bi pompaj kuyusundan çekilen debi deei elde edilebilmektedi. Bu yaklaımlada yealtı suyu hızının düey bi kesit boyunca he noktada yatay bi hızı olduu, ünifom bi hız daılımı segiledii Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 34

16 kabul edilmektedi. Bu kabulle geçekte tam dou olmasa da yealtı suyu yüzeyinin eiminin çok büyük olmadıı halle için kabul edilebili. Ancak yealtı suyu yüzeyinin eimi büyük ise sonuçlaa pek güvenilmez. Sebest yüzeyli bi akifede açılan bi kuyudan kaalı halde su çekilmesi duumunda pompaj debisi (4.24) baıntısından hesaplanı. πk (h 2 h1) = (h 2 + h ) (4.24) 2 ln 1 1 ekil 4.17 Sebest yüzeyli akifede açılan kuyu ekil 4.17 de sebest yüzeyli bi akifede açılan pompaj kuyusu ve gözlem kuyulaı göülmektedi. Basınçlı bi akifede açılan bi kuyudan kaalı halde su çekilmesi duumunda pompaj debisi (4.25) baıntısından hesaplanı (Tükdoan ve Yetilmezsoy, 2004). K (h h ) π 2 1 = (2m) (4.25) 2 ln 1 Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 35

17 ekil 4.18 Basınçlı bi akifede açılan kuyu Kaynakla 1. Kapuzcu, M., Su Temini ve Çeve Salıı, Kubbealtı Neiyatı, Muslu, M., Çözümlü Poblemlele Su Temini ve Çeve Salıı, Su Vakfı Yayınlaı, Tükdoan, F., Yetilmezsoy, K., Su Getime ve Kanalizasyon Uygulamalaı, Su Vakfı Yayınlaı, 2004 Su Temini ve Çeve Salıı Des Notlaı 36