YERALTISUYU SEVİYESİNDEKİ DEĞİŞİMLER

Transkript

1 YERALTISUYU SEVİYESİNDEKİ DEĞİŞİMLER Atmosferik basınçdaki değişmler Açık piezometrede su seviyesi atmosferik basınçtaki artış nedeniyle azalmaktadır. Akifer testlerinde, barometrik basıç hesaba katılmalıdır. 1

2 Dışsal etkenlerin etkisi gelgit etkisi Yeraltısuyu seviyesi yükselir. Dışsal etkenlerin etkisi akiferlerde belli bir lag süresi geçtikten sonra hissedilir. Akiferin geometrisi biliniyor ise, bu testlerden T ve S hesaplabilir. Yerçekimin Etkisi Gelgit olaylarına Ay`da gravitenin etkisiyle akifer üzerine etkiyen toplam stress daha azdır bu nedenle yeraltısu seviyesi düşer. Yeraltısuyu seviyesinde değişmelere etkiyen etmenler Depremler Tren geçisi Patlamalar vb.. 2

3 TUZLU SU GİRİŞİMİ z f Deniz seviyesi Deniz Tuzlu su z s Tatlı su Dengede (Akış yok)- p s =p f p s = z s γ s = z s ρ s g p f = γ s (z s + z f )= ρ f g (z s + z f ) z s için çözersek, ρ f z s = z f ρs ρ f Ghyben - Herzberg iliskisi Bu ilişki tuzlu su/tatlı su sınırının keskin olduğunu ve dispersiyon (yayılma) Olmadığını varsaymaktadır. Tuzlu Su Girişimi Tuzlu su için ρ s =1,026 g/cm 3 Tatlı su için ρ f =1,00 g/cm 3 Dolayısıyla, 1 zs = z f = 38z 0,026 f 3

4 Deniz Tuzlu su sınır Tatlı su Deniz Yeni Sınır Tatlı su Deniz kıyısı yakınında bir kuyu açarsak, kuyudaki su kotunu düşürürüz ve tuzlu su/tatlı su sınırını karaya doğru hareket etmesine neden olur. Bu sorunun çözümü nedir? Çözüm: deniz kıyısına parelel injeksiyon kuyularının yerleştirilmesi İnjeksiyon kuyuları Deniz 4

5 YERALTISUYU KİMYASI Yrd.Doç. Dr. İrfan Yolcubal Kocaeli Üniversitesi Jeoloji Müh. Bölümü Suyun içeriğindeki maddeler 3 kategoride toplanabilir. Askıdaki katı maddeler (<10-6 m) Kil partükülleri, bakteriler, bakteri aktivite ürünleri, kolloidler Çözünmüş iyonik bileşikler (yüklü moleküller: major katyonlar (Ca +2, Mg +2 )veanyonlar(ci -, HCO 3- ), minor iyonlar (iz metaller) Çözünmüş nötr bileşikler ( asal gazlar (He, Rn, Ar), organik bileşikler) 5

6 Konsatrasyon ölçeği Kütle/hacim (g/l, mg/l, µg/l) konsantrasyon için en yaygın olarak kullanılan birimdir. Kütle/ birim su kütlesi (ppm, ppb, mg/kg, µg/kg) ayrıça yaygın olarak kullanılır. Seyreltilmiş solüsyonlar için değerler aynıdır fakat genel olarak aşağıdaki gibi ifade edilebilir: mg/kg = mg/l / solüsyon yoğunluğu (kg/l) Molarite Molar konsantrasyon, 1L solüsyonda bulunan bir bileşiğin mol sayısıdır(mol.l -1 ) 1 mol, gram çinsinden ifade edilen bir maddenin formül ağırlığıdır. 6

7 Molarite Örneği Na 2 SO 4 nın moleküler ağırlığı 142 g 1L solüsyon içerisinde bulunan 14.2 g Na 2 SO 4 nın molaritesi 0.1 M (mol.l -1 ) Na 2 SO 4 suda aşağıdaki gibi iyonlarına ayrılır: Na 2 SO 4 = 2Na + + SO 4,Na + ve SO 4 nın molaritesi sırasıyla 0.2 M ve 0.1 M dir. Molalite Molalite(m), 1 Kg çözündürüçü içerisinde bulunan çözünmüş maddenin mol sayısıdır (mol.kg -1 ) 0-40 o Carasında, seyreltilmiş solüsyonlarda, molarite ve molalite aynıdır, çünkü 1L suyun ağırlığı yaklaşık 1Kg dır. 7

8 Ekivalent Konsantrasyonlar iyonik yükü hesaba katmak için ekivalent çinsiden ifade edilebilir. Bir iyonun ekivalent ağırlığı, moleküler ağırlığı iyon yüküne bölünerek elde edilir. meq/l = mg/l / (moleküler ağırlık / yük) Seyreltilmiş sulu solüsyonlarda katyon ve anyonların sayısı yaklaşık olarak birbirlerini dengelemelidir. Yeraltısuyu Analizleri Yeraltısularında mevcut bulunan olası tüm bileşenleri ölçmeye çalışmak fizibıl değildir. Rutin analiz standart bileşenlerin ölçülmesinden oluşur. Rutin analiz insan kullanımı yada farklı tarımsal ve endüstriyel kullanımlar için suyun uygunluğuna karar vermede bir taban oluşturmaktadır. 8

9 Majör Bileşenler (> 5 mg/l) Kalsiyum Magnezyum Sodyum Bikarbonat Klorit Sülfat ph Alkalinite TDS Kondüktivite Toplam Sertlik Silika Karbonik Asit Diğer Rapor Edilen Sonuçlar ph rutin olarak rutin olarak rapor edilir ve hidrojen iyon konsantrasyonu ölçmektedir(-log[h + ]). Konduktivite (Elektriksel) rutin olarak µs/m çinsinden ölçülür (TDS 0.66 E c ). Toplam Çözünmüş Katılar (TDS), buharlaşma sonuçu rezidü olarak ölçülür. ( mg/l tatlı sular) mg/l tuzlu sular) Toplam alkalinite (mg/l CaCO 3 olarak ifade edilir ) Su numunesinin asit nötrolize etme kapasitinin ölçümüdür. Başlıca karbonat, bikarbonat, ve hidroksit içeriğinden kaynaklanan birleşik bir özelliktir. Toplam sertlik (mg/l CaCO 3 olarak ölçülür) Su numunesinin diğer bir birleşik özelliğidir. Sertlik, özellikle kalsiyum ve magnezyum gibi multi yüklü katyonların konsantrasyonundan kaynaklanmaktadır. 9

10 SUYUN SERTLİĞİ Toplam sertlik (ppm CaCO3) = (ppm Ca x 2.497) + (ppm Mg x 4.115) + (ppm Fe x 1.792) + (ppm Mn x 1.822) 1 Fransız sertliği =0.1x CaCO3 Sertliği(ppm) Suların CaCO 3 sertliğine göre sınıflaması Sınıflama mg/l CaCO3 Yumuşak Orta dereced yumuşak Az sert Orta derecede sert Sert Çok sert Over

11 Minor Bileşenler ( mg/l) Potasyum Demir Amonyum Karbon Dioksit Oksijen Karbonat Florit Bromit Nitrat/Nitrit Boron Stronsiyum İz Bileşenler ( < 100 µg/l) Li 3 Be 4 Al 13 Sc 21 Ti 22 Cr 24 Mn 25 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 Ga 31 Ge 32 As 33 Se 34 Rb 37 Yt 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Ru 44 Ag 47 Cd 48 In 49 Sn 50 Sb 51 Cs 55 Ba 56 La 57 Ce 58 W 74 Pt 78 Au 79 Tl 81 Pb 82 Bi 83 Ra 88 Th 90 U 92 iyot Fosfat 11

12 Organik Bileşenler Hümik asit Fülvik asit Karbonhidratlar Amino Asitler Tanninler Ligninler Hidrokarbonlar Asetat Propionate Tipik konsantrasyonları oldukça düşüktür. Rutin Analizler Bir rutin analiz genellikle tüm majör bileşenleri (karbonik asit hariç) içerir. Tüm minor bileşenlerin (iz bileşenler olarak genelde düşünülen B ve Sr hariç) ayrıça analizi beklenir. 12

13 Rutin Analiz Örneği mg/l Kalsiyum <1 Magnezyum <1 Sodyum 550 Potasyum 3.5 Demir 8.7 Toplam Sertlik 8 ph 7.7 Kondüktivite 23 µs/m mg/l Sülfat 59 Bikarbonat 1315 Klorit 45 Florit 0.25 Nitrit/Nitrat <0.1 Toplam Alkalinite 1078 TDS 1321 Balans* 1.01 *Balans, meq/l çinsiden anyonların katyonlara oranıdır. Yük Balansı mg/l meq/l Kalsiyum <1 <0.05 Magnezyum <1 <0.08 Sodyum Potasyum Demir Toplam 24.4 mg/l meq/l Sülfat Bikarbonat Klorit Florit Nitrit/Nitrat <0.1 >0.01 Toplam 24.1 Molarite M Kaytonlar/Anyonlar

14 Karbonat sistemleri 14

15 Analizlerdeki Hatalar İyon balansını kontrol etmek hataları ortadan kaldırmak için en iyi yöntemdir. Hatalar başlıça aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır: Hızlı değişen parametrelerin (ph, alkalinite, vb) arazide ölçümündeki başarısızlık Kötü filtrasyon yada su numunelerin filtre edilmemesi(askıdaki katı maddelerin uzaklaştırılmaması) Uygun olmayan koşullarda numunelerin saklanması (basınç, sıçaklık, tampon çözelti hazırlama, kapama) 15

16 Özel Analizler İlave analizler bazen spesifik projeler için gereklidir: İz metaller besinler (başlıça N ve P bileşikleri) organikler (başlıça hidrokarbonlar, klorlu hidrokarbonlar) duraylı izotoplar ( 14 C, 18 O, 2 H vb) Radyoaktif bileşenler ( 226 Ra, 207 Pb, 208 Po, 231 Th vb) Kimyasal Verilerinin Grafiklenmesi Suyun kimyasal bileşenleri görsel olarak sunmakta kullanılan bir çok sayıda grafik türü vardır: Pasta Grafikleri Collins Diyagramı (Sütun Grafikleri) Stiff Diyagramı Scholler Diyagramı Diğer grafikler suları gruplamada ve onların kökenlerini yorumlamada kullanılır: Piper Diyagramı Fence Diyagramı 16

17 GRAKİLERİN OLUŞTURULMASI Suyun içerisinde bulunan iyonların konsatrasyonu meq/l ye çevrilir. Bazı katyon ve anyonları konsantrasyonlarını mg/l den meq/l çevirmek için sıkça kullanılan katsayılar: Katyonlar Na 0,0435 Ca 0,0499 K 0,02558 Mg 0,08229 Anyonlar HCO 3 0,01639 CO 3 0,03333 SO 4 0,02082 CI 0,02821 Kimyasal verilerin Grafiksel sunumu Piper Diyagramı Stiff Diyagramı Schoeller grafiği Çoğu doğal sularda bulunan majör iyonik bileşikler: Cations: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ Anions: Cl -, CO 3, HCO 3-, SO 4 17

18 Pasta Grafikleri Na+K Ca Cl Na+K Ca Mg SO4 Mg Cl HCO3 Ca Mg HCO3 SO4 Na+K Cl SO mg/l HCO3 Collins Diyagramı Konsantrasyon (meq/l) Na + +K + Mg 2+ Ca 2+ Cl - SO 4 HCO 3- +CO 3 0 Örnek 1 Örnek 2 Örnek 3 18

19 Stiff Diyagramı Na + +K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3 SO Katyonlar Anyonlar meq/l 3 iyonun % lerinin Trilinear Diyagramı Piper Diyagramı Üçgenin ger bir köşesi 100% iyona karşılık gelmektedir Her bir anyon Ve katyonun % Hem katyonlar hemde anyonlar Katyonlar Anyonlar Na ve K birlikte CO 3 ve HCO 3 birlikte 19

20 Hidrojeokimyasal fasiyesler Suların kayaçlarla Etkileşimi kendilerine Özgü bir bileşim almaların sağlar Ca 2+ Mg 2+ Na + K + HCO 3 - CO 3 SO 4 Cl - mg/l İLK ADIM mg/l yi meq/l e dönüştürmek meq / L = (mg / L) Formül ağırlık x elektriksel yük Formül ağırlık Ca 2+ = gram meq / L = (23 mg / L) g x 2 = 1.15 meq/l Ca 2+ Mg 2+ Na + K + HCO 3 - CO 3 SO 4 Cl - meq/l

21 Ca 2+ Mg 2+ Na + K + HCO 3 - CO 3 SO 4 Cl - meq/l Total Katyonlar: = 3.18 Total Anyonlar: = 3.09 Teoride katyon ve anyonların toplam ekivalentleri birbirine eşittir Katyonlar (% of total) Ca /3.18 = 36% Mg 2+.39/3.18 = 12% Na + + K /3.18 = 52% Anyonlar(% of total) Cl -.27/3.09 = 9% SO 4.02/3.09 = 1% HCO CO 3 = 2.8/3.09 = 90% Katyonlar (% of total) Ca 2+ = 36% Mg 2+ = 12% Na + + K + = 52% Anyonlar (% of total) Cl - = 9% SO 4 = 1% HCO CO 3 = 90% 21

22 Hidrojeokimyasal sınıflandırma Litoloji Akım şekli Solüsyon kinetiği Sınıflandırma Piper diyagramı üzerinde suların gruplanması ortak bir bileşeni ve kökeni işaret etmektedir. Kırmızı: Ca-Mg-SO 4 Sarı: Ca-Mg-Na-Cl-SO 4 Mg SO 4 + Cl Na + K Ca + Mg HCO 3 + CO 3 SO 4 Ca Na + K HCO 3 + CO 3 Cl 22

23 Schoeller yarılogaritmik diyagramı Katyon ve anyonlar meq/l çinsinden Grafiklenir. 23

24 Fasiyeslerin Haritalanması Piper diyagramıdaki sınıfalmaya dayanarak yeraltısuyu fasiyesilerinin spatial haritalanması yeraltısuyu kimyasındaki progressive değişikliklerin görüntülenmesinde yardımçı olabilir. Fence diyagramı, birbirini kesen kesit alanlarını 3 boyutlu görünütlemede kullanılan en uygun metoddur. Fence Diyagram Fence diyagramları litofasiyeslerin görüntülendiği şekilde yeraltısuyu fasiyeslerinin gösterilmesinde kullanılır. Kalsiyum-magnezyum Kalsiyum-sodyum sodyum-kalsiyum sodyum 24

25 SULAMA SUYU KRİTERLERİ WİLCOX DİYAGRAM Sodyum adsorpsiyon oranı Konsantrasyonlar, meq/l YERALTUSUYUNUN YAŞ TAYİNİ Beslenmenin ne zaman meydana geldiğini belirlenmesi Yeraltısuyunun hızının belirlenmesi Bölgesel yearltısuyu akım yollarının belirlenmesi NELERDEN YARARLANILIR Radyoaktif izotopların yarılanmasından Radyoaktif izotopların bozuşma ürünlerinin birikmesi SIKCA KULLANILAN RADYOAKTİF İZOTOPLAR Trityum, 3 H, yarılanma ömrü= 12,56 yıl (bomba ürünü) 14 C, yarılanma ömrü=5730 yıl (bomba+ doğal) 36 Cl, yarılanma ömrü= yıl (bomba +doğal) 3 He- 3 H birlikte yaş tayini için kullanılabilir. Klorofloro karbonlar (Freon 11 (CCl 3 F), ve Freon12 (CCl 2 F 2 ) ayrıça kullanılmaktadır. 25

26 3 He 3 H radyoaktif bozuşması sonuçu 26

27 Trityum metodu 3 H, t 1/2 = 12.3 yıl, λ= /yıl Atmosfede üretilen doğal trityum miktarı 20 TU nun altında 1 TU = H/H lı yıllarında atom bombası patlamaları atmosfere yapay Olarak trityum eklemiştir. Konsatrasyılar bir kaç bin TU olup, Günümüzde bombalama seviyesi öncesine gelmeye başlamışlarıdır. Başlangıç konsatrasyonları bilinmemektedir, çünkü atmosferik Trityum konsantrasyonu zaman içerisinde değişmektedir. Bu sorun, trityum bozuşma ürünü olan 3 He ve 3 H birlikte Değerlendirilerek çözülebilir. 27

28 28