REZERV DEĞĠġĠMĠNDEN FAYDALANILARAK YERALTISUYU REZERVĠNĠN BELĠRLENMESĠ Hasan KIRMIZITAġ Etüt ve Değerlendirme ġube Müdürü 0CAK/2000 A N K A R A
REZERV DEĞĠġĠMĠNDEN FAYDALANILARAK YERALTISUYU REZERVĠNĠN BELĠRLENMESĠ 1. GĠRĠġ: Hidrojelojik etütlerin amacı, yeraltısuyu bilançosunu ortaya koymaktır. Yeraltısuyu bilançolarını, akiferlerin özelliklerine göre değişik metotlarla belirlemek mümkün olmakla beraber her zaman en doğru ve sağlıklı sonuç, sondaj kuyularında alınan yeraltısuyu seviye ölçümlerinin değerlendirilmesiyle mümkündür. Özellikle akiferi temsil eden yeterli ve uzun peryotta alınmış gözlem değerlerinin olması halinde hesaplanacak yeraltısuyu bilançolarında yapılacak hatayı en aza indirmek mümkündür. Bu nedenle tüm bölge müdürlüklerimiz bölge sınırları içinde yer alan akiferlerde yeterli sayıdaki su noktasında mutlaka aylık bazda seviye rasatı alarak gelecek nesillere akiferleri denetleme imkanı vermelidir. 1960 lı yıllarda meslektaşlarımızın zamanın koşullarında özveri ile bize bıraktıkları ve bugün çok faydalandığımız ve değerlendirdiğimiz yeraltısuyu seviye gözlem verilerini bizler de teknolojik gelişmelerle beraber artırarak gelecek nesillere bırakmak suretiyle bu bayrak yarışındaki yerimizi almamız gerekmektedir. Yeterli ve uygun zaman aralığında seviye rasatlarının olmaması halinde YAS bilançosu nasıl hesaplanacaktır? Böyle durumlarda hangi parametrelerin bilinmesi gerekir? Bu bildirinin amacı böyle bir durumda kısa peryotlarda alınacak yeraltısuyu seviye gözlemleriyle sağlıklı bir şekilde yeraltısuyu bilançosu nasıl hesaplanabilir? Sorusuna cevap aramaktır. 2. JEOLOJĠ: İnceleme alanında konumuzu ilgilendiren alüvyon akiferinden kısaca bahsedilecektir. Alüvyon: Çorum Ovasını oluşturan alüvyon, yüksek kesimlerden atmosferik olaylar sonucu koparak yan dereler vasıtasıyla taşınan kırıntı parçaların birikmesiyle oluşmuştur. Genellikle kil, silt, kum ve çakıl boyutundaki malzemenin karışımından meydana gelmektedir. Takribi kalınlığı yapılan jeofizik ve sondaj kuyularıyla 15-30 m civarında tespit edilmiştir. Alüvyonun altında geçirimsiz metamorfik şistler yer almaktadır. Alüvyon; serbest akifer özelliği taşımaktadır. Ovayı besleyen yan dere kolları hariç ova alanı takriben 45 km², Ortalama kalınlık 22 m civarındadır.
3. AKĠFERĠN HĠDROLOJĠK ÖZELLĠKLERĠ: Tüm mühendislik hizmetlerinde (jeoteknik, hidrojeolojik, v.b.) sağlıklı sonuç, ancak jeolojik yapının sağlıklı olarak ortaya çıkarılmasıyla mümkündür. Dolayısıyla, Hidrojeolojik etütlerde de yeraltısuyu bilançosunun en doğru şekilde ortaya konabilmesi için akifer özelliği gösteren jeolojik birimlerin özellikle geometrik yapısının belirlenmesi gerekir. Geometrik yapısı ortaya konmamış bir akiferin yeraltısuyu bilançosunun doğruluğundan bahsetmek mümkün değildir. Bu nedenle akiferin: - Yayılım alanı - Sınır koģulları - litolojik yapısını, - kalınlığını, - özellikle permeabilite katsayısını, sahada yapılacak jeofizik, sondaj ve pompa tecrübeleriyle belirlemek gerekir. Yapılan istatistiklerde temel sondaj kuyularında yapılan permeabilite testleri sonucu elde edilen geçirgenlik katsayılarının pompaj kuyularında elde edilen sonuçlardan çok farklı olduğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle YAS bilançolarında özellikle (K) permeabilite katsayısının doğru olarak belirlenmesi için mutlaka pompaj testlerinden faydalanılmalıdır. Rezerv değişimi yardımıyla bulunacak YAS bilançolarında önemli bir parametre olan akiferin havza dışına veya bilançosu yapılacak alanın mansabına içten akışla boşalacak su miktarının belirlenebilmesi için DARCY yasasından faydalanmak mümkündür. Darcy Yasası; Laminer akım koşullarında geçerli olduğundan bu yöntem özellikle taneli (detritik malzemeli) akiferlerde (alüvyon veya gevşek kumlu, çakıllı birimler) iyi sonuç vermektedir. Bu bildirinin konusu için Çorum Ovasında (ek-1) yapılan çalışmadan (APAYDIN, A.) faydalanılmıştır. Burada drenaj alanında çok farklı jeolojik birimler olmasına rağmen konumuzu ilgilendiren ve akifer özelliğine sahip alüvyon akiferden bahsedilecektir. Alüvyon Akiferinin Hidrolojik Özellikleri: Bu ovada açılmış sondaj kuyularında yapılan pompaj testleriyle akiferin hidrolik özellikleri belirlenmeye çalışıldığı gibi literatürdeki bilgilerden de istifade edilerek özellikle geçirgenlik katsayısı belirlenmiştir. Genellikle YAS bilanço hesaplarında kullanılan T (iletkenlik) değeri yerine mümkün mertebe K (geçirgenlik katsayısı) değeri kullanılmaya çalışılmalıdır. Zira akiferin kalınlığı
her yerde ayni değildir. Dolayısıyla akiferin kalınlığı ile geçirgenlik katsayısı değerleri kullanıldığı taktirde hata oranı asgariye indirilmiş olur. Yapılan hesaplamalar sonucu bu akiferin : - T (iletkenlik) değeri : 40-300 m³/gün/m - K (geçirgenlik) : 4-10 m/gün - S (depolama katsayısı) değeri, ( litolojik yapıya göre):% 15-20 olarak alınmıştır. Akiferler için önemli bir parametre olan boşalım katsayısının (α ) nasıl hesaplanacağı diğer bildirilerde anlatıldığı için bu bildiride ayrıca hesaplanmamıştır. Akiferin hidrolik eğimi ise eş su seviye eğrilerinden faydalanılarak hesaplanmalıdır. Akiferin YAS Seviye DeğiĢimleri: Konumuzun en önemli bölümünü teşkil etmektedir. Sahada mevcut ve akifere ait yeraltısuyunu temsil eden tüm keson, çakma ve sondaj kuyularında mümkün mertebe ayni günlerde yeraltısuyu seviye ölçümleri yapılmalı ve bu ölçümler her ayın ayni günlerine denk gelmelidir. Alınan bu ölçümler sonunda yapılacak değerlendirmelerde uygun görülen su noktaları nivelmanla kotlandırılarak su yılının yağışlı ve kurak mevsimleri için ayrı ayrı EĢ Su Seviye Haritaları çizilmelidir. Bu eğriler akiferin bütün özelliklerini ortaya koyar. Bu eğriler iyi yorumlandığı taktirde akifer hakkında bir çok bilgiyi elde etmek mümkündür. Bu eğrilerin çizimi için gerekli hassasiyet mutlaka gösterilmelidir. Ayrıca tüm bu hidrolojik bilgiler sahaya düşen yıllık, aylık yağışlarla ayrı ayrı korele edilmeli, eklenik değerlerden faydalanılarak gerekli korelasyonlar ve grafikler çizilmelidir. Bu değerlerden diğer bildirilerde yeterince bahsedildiği için bu bildiride ayrıca bahsedilmeyecektir. Alüvyon akiferinde yeraltısuyu seviyesi çok yüksek olup, 1,0-4,0 m arasında değişmektedir. Dolayısıyla akiferin doygun kalınlığı da nispeten akiferin kalınlığına yakındır. Bu ovadaki mevcut su noktalarında yapılan aylık ölçümler sonucu kurak ve yağışlı peryotta meydana gelen toplam düşüm ve yükselimler ayrı ayrı hesaplanmış ve kurak peryotta oluşan toplam düşümler çizelge -1 de gösterilmiştir. Bu listede yer alan ölçümler en az 10 m akifer kalınlığına sahip alanlarda gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, Bu ölçümlerden faydalanılarak akiferin eş su tablası eğrileri çizilmiş, akım yönleri belirlenmiştir. Toplam düşüşler mayıs-ekim ayları (6 ay) arasını kapsamaktadır.
4. YAS REZERVĠNĠN HESAPLANMASI: Bu akiferde beslenim; yağış, yüzeysel akış ve civardaki nispeten geçirimli Pliyosen yaşlı çakıltaşı, kumtaşı ve kiltaşı formasyonundan içe akışla olmaktadır. Raporun yazarı aşağıda görülen çizelge-1 deki değerleri kullanarak rezerv değişiminin bir bölümünü hesaplamıştır. Bu çizelgede belirtilen parametrelerin doğru olması halinde hesaplanacak YAS bilançosu kesinlikle sağlıklı olacaktır. Dolayısıyla bu parametreler belirlenirken özellikle litolojik yapı dikkate alınarak gerekli hassasiyet gösterilmelidir. Çizelge -1 Bölge no Alan (km²) Δh(m) Porozite (n e ) ΔR(hm³) 1 1 1,00 0,20 0,20 2 19 0,25 0,20 0,95 3 6 0,50 0,15 0,45 4 1 1,00 0,20 0,20 5 23 0,90 0,15 3,11 Burada akifer, serbest akifer özelliğinde olduğu için etkin porozite akiferin depolama katsayısı olarak kabul edilmiş ve meydana gelen düşüm (Δh), alan ve porozite ile çarpılarak sadece düşümün oluştuğu geometrideki rezerv değişimi hesaplanmıştır. Depolama katsayısı (S) bilindiği taktirde geometrik yapısı da bilinen bir birimde ne kadar suyun depolanabileceğini belirlemek kolaylaşır. Ayni şekilde belirli düşümlere karşılık çekilebilecek su miktarı da rahatlıkla hesaplanabilir. 4.1.Rezerv DeğiĢiminden Faydalanılarak YAS Bilançosunun Hesaplanması : Etkin porozite (depolama katsayısı) değerinin bilinmemesi halinde ovada açılmış sondaj kuyularında içme-kullanma ve sulama amacıyla yapılan çekimlerden faydalanmak suretiyle rezerv değişiminin hesaplanması gerekir. Bildiri konusunun daha iyi anlaşılabilmesi için çalışma alanında ölçülmeyen bu değerlerden bazıları ölçülmüş olarak kabul edilecektir. Öncelikle mevcut değerlerden faydalanarak ve bu serbest akiferin Darcy kanunu şartlarını taşıdığını kabul ederek (akiferin homojen, akımın laminer, geçirimsiz tabanın yatay v.b) yan dere alüvyonlarından (ek-2) ova ortasındaki akifere olabilecek içe akışları hesaplayalım (çizelge-2).
Alüvyon akiferinin litolojik, geometrik yapısı ile eş su seviye eğrilerinin konumu ve özellikleri dikkate alınarak ova, alt bölümlere ayrılmıştır. Her alt bölge için yeraltısuyu rezervi ayrı ayrı hesaplanacaktır. Çizelge-2 Bölge No Alan (km²) Top.Δh (m) K (m/gün) d (m) İ (Hid Egim) L(m) (Eğ. boyu) Q (m³/yıl) 1 1 1,00 10 12 0,003 1250 81 000 2 1 1,00 10 15 0,003 1750 141750 3 10 0,25 6 22 0,002 4000 190 080 4 16 0,90 8 25 0,003 4500 486 000 5 12 0,30 4 30 0,002 1100 47 520 toplam 40 946 350 Q değeri, Darcy formülünden faydalanılarak hesaplanmıştır. Tabloda hesaplanan değerler açıklanacak olursa; 1 ve 2. bölgeler yan dereleri kapsamakta olup (ek-2), burada çekim yapılmamakta ve akiferin kalınlığı yaklaşık 12-18 m civarındadır. Dolayısıyla Darcy formülü (Q = K * d * i * L * t) kullanmak suretiyle buradan 2. ve 3. bölgeye gelecek su miktarı aşağıdaki gibi hesaplanabilir. 1.Bölge için: K=10 m/gün, d =12 m, i = 0,003, L = 1250 m alındığında; Q 1 = 10*12*0,003*1250*180 = 81 000 m³/6 ay bulunur. Ayni şekilde 2. bölge için yapılacak hesap sonucu 2. bölgedeki rezerv değişimi de bulunacak ve hiç çekim olmadığı için bu miktarda 3. bölgeye intikal edecektir. Ayni yolla yapılan hesaplamalar sonucu bu değer, 141 750 m³/6 ay bulunmuştur (Çizelge-2). Ancak 3, 4 ve 5 bölgelerde içe akış haricinde sulama ve içme-kullanma için de su çekilmektedir. Bunun sonucunda da akiferde oluşan düşüm hem çekim, hem de içe akışa bağlı olarak gelişmiştir. Dolayısıyla bu bölgeler için aşağıdaki hesaplama yöntemi kullanılmalıdır. Yeraltısuyu bilançosunun genel denklemi: Beslenim = BoĢalım ˉ+ Rezerv değiģimi olup, burada rezerv değişimini belirlemek gerekmektedir. Çalışma alanında: 3. bölgede takriben 50 ha, 4. bölgede 60 ha ve
5.bölgede ise 40 ha alanda sulama ve 5 adet kuyu ile içme-kullanma amaçlı toplam 50 L/s su çekildiğini kabul edelim. Burada bitki deseninin yıllık su ihtiyacı da 6000 m³ olsun. Bu durumda: 3. bölgede 0,25 m lik düşümü; içe akış + sulamada kullanılan su, 4. bölgedeki 0,90 m lik düşümü; içe akış + sulama suyu ve 5. bölgedeki 0,30 m lik düşümü ise içe akış + sulama suyu + içme-kullanmada kullanılan su (50 L/s) sağlayacaktır. Dolayısıyla: 3. Bölge için rezerv değişimi (ΔR): ΔR = 50 h * 6000 m 3 +190 080 = 490 080 m³ eder. Bu rezerv değişimin meydana geldiği alan 10 km² ve toplam düşüm ( h) = 0,25 m olduğuna göre: S (depolama katsayısı) = ΔR (Rezerv değişimi) / A(alan) * Δh (düşüm) formülünden, S = 490 080 / (10 *10 6 * 0,25) = 0,19 elde edilir. Bu sahanın geometrik konumu da; Akiferin ortalama kalınlığı : 25 m alanı : 10 km² olduğuna göre ; V (hacım) = 25 * 10 *10 6 = 250 *10 6 m³ olur. Bunun % 19 i su içerdiğine göre : Q (Statik + dinamik rezerv) = 250*10 6 *0,19 = 47,5 hm³ olur. Akiferin litolojik şartlarına bağlı olarak % 60-80 arasında emniyetli yeraltısuyu çekilebileceğine göre bu akiferin söz konusu şartları dikkate alındığında % 70 almak gerekecektir. Bu durumda tüm akiferde litolojik şartlara bağlı olarak çekilebilecek yeraltısuyu toplamı: Q (toplam rezerv) = 47,5 * 0,70 = 33,0 hm³/yıl olacaktır. Hiçbir zaman akiferin tabanına kadar pompaj yapılarak tüm suyu almak işletme, beslenme gibi şartlar dikkate alındığında mümkün değildir. Başka bir deyişle, sıkılan süngerden alınabilecek tüm su gibi, akiferlerin içindeki yeraltısuyunun tamamını pompajla almak mümkün değildir. Yer çekimi etkisi ve ve akifer malzemesinin özgül tutma katsayısına bağlı olarak bir miktar su (%10-35 arası) bu malzeme tarafından tutulur. Yıllık beslenim miktarı kadar çekim yapmak en risksiz ve çok emniyetli yoldur. Ancak günümüzde her geçen gün artan ihtiyaç ve talepler dikkate alındığında suni besleme olanakları da araştırılarak akiferin % 50 si, hatta 2/3 ü kadar işletme yapmakta mahzur yoktur.
Dolayısıyla söz konusu akiferden: min.: 33 * %50 = 16,5, Max.: 33 * 2/3 = 22 hm 3 /yıl yeraltısuyunun çekilmesinde mahzur yoktur. Boşalım kotu bilindiği taktirde, boşalım kotu üzerindeki hacımın dikkate alınmasıyla dinamik rezervin de hesaplanması mümkün olacaktır. Ayrıca burada akiferi boşaltan akarsuyun aylık debileri ölçüldüğü taktirde, akiferin yeraltısuyu boşalımı, çekimlerinde ilavesiyle beslenimi de hesaplanabilecektir. 3-4 yıllık bir akım gözlem grafiğinden yapılacak baz akımı eğrileriyle veya orijinal şartları yansıtan yeraltısuyu seviye verilerinin değerlendirilmesiyle bulunacak boşalım katsayısından faydalanılarak dinamik rezerv de daha sihhatli olarak bulunabilecektir. Dinamik rezerv bulunduğu taktirde; Q = Dinamik rezerv * boşalım katsayısı ndan yıllık beslenme de bulunabilecektir. Ayni yöntemi kullanmak suretiyle diğer bölümlerin YAS potansiyelini de belirlemek mümkündür. 5. SONUÇ: - Aslında bu yöntem; su seviye değişimi, geçirgenlik (K), depolama katsayısı (S) v.b. parametrelerce homojen olmayan akiferlerin mümkün mertebe homojen olan bölümlerini belirleyerek bir tür hücrelere ayırma, modelleme yöntemidir. Bunun yapılabilmesi için alansal ve hacımsal olarak yeterli ve sağlıklı veri tabanı oluşturmak gerekir. - Her tür bilanço hesaplarında, akifere giren ve çıkan değerlerin doğru belirlenmesi halinde YAS bilançosunun çok az hatayla hesaplanması mümkündür. Bu çalışmalar esnasında doğru sonuç alabilmek için akiferin sınır koşulları da doğru belirlenmelidir. - Uzun zaman aralığında yeraltısuyu seviye gözlemleri olmayan akiferlerde belirli peryotlarda alınacak yeraltısuyu seviye gözlemleri ile doğru çizilecek eş su seviye eğrilerinin iyi değerlendirilmesiyle yukarıda anlatılan ve bilinen bu yöntemle YAS bilançosunu doğru olarak belirlemek mümkündür. - Ayrıca, nispeten geniş yayılıma sahip akiferlerin alt bölümlere ayrılarak YAS potansiyellerinin ayrı ayrı belirlenmesi, yapılacak yeraltısuyu tahsislerine de büyük kolaylık sağlayacaktır. Böylece akiferin bir bölümünde tahsislerin dolması halinde diğer kısımlar etkilenmeyecek ve gerektiğinde yalnız rezevi dolan saha (alt bölüm) işletmeye kapatılacaktır.