4/3/2017 1 INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Orhan ARKOÇ e-posta : orhan.arkoc@klu.edu.tr Web : http://personel.klu.edu.tr/orhan.arkoc
4/3/2017 2 BÖLÜM 6 YERALTI SULARI JEOLOJİSİ (HİDROJEOLOJİ)
4/3/2017 3 6.1.Giriş Yeraltı suları jeolojisi (=hidrojeoloji); yer kabuğu içinde bulunan suların hareketini, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, çeşitli kayaçlar içinde bulunu ekillerini ve bunlara etkiyen faktörleri inceleyen bir bilim dalıdır. Bir bölgenin hidrojeolojisi ya da hidrojeolojik etüdü denince, akla, yeraltı sularının araştırılıp bulunması, yer altından alınması, bölgedeki yeraltı suyu miktarının saptanması ve çıkarılması için yapılması gerekli kuyular, sondajlar, pompaj işlerinin tümü ve hukukî yönleri akla gelmektedir.
4/3/2017 4 Suyun yer altına süzülmesi; taneler arasındaki boşluklardan ve birimin bünyesinde yer alan birbirleri ile ilintili süreksizliklerin içerisinden geçmesiyle meydana gelir. Süzülen suyun bu hareketi, boşluksuz ve/veya boşluklar arası bağlantısı olmayan kayaçlara ulaşıncaya kadar devam eder. Su, bu alanlardan daha aşağıya gidemeyeceği için söz konusu geçirimsiz birimin üzerinde birikmeye başlar.
4/3/2017 5 Yer altında geçirimsiz birimin (örn. kil- şeyl) üzerinde yer alan ve suyun geçirimli birimler içinde (örn. kum, çakıl) birikip depolandığı ve yararlı miktarda yeraltı suyu sağlayabilecek kapasitedeki doğal geçirimli tabakaya akifer (nap, sutaşır: yeraltı suyunu taşıyan katman) veya suya doygun bölge denir. Akiferde biriken sulara ise yeraltı suları adı verilir.
4/3/2017 6 Çakıl, kum, çatlaklı kumtaşı ve yüksek gözenekli veya bol ve açık çatlaklı, kırık zonları içeren granit ve metamorfik kayalar, eğer içlerinde yeraltı suyu birikmiş ise oldukça iyi akifer olabilirler. Kil gibi geçirimsiz tabakalardan ise yeraltı suyu alınamaz, ancak akiferlerinin tabanında, üstünde veya arasında yer alıp, suyun hareketini, yönünü veya değişik türde akiferlerin oluşmasında önemli rol oynarlar.
4/3/2017 7 6.2. Akifer Oluşumu ve Yeraltı Sularının Birikmesi için Gerekli Koşullar Yer altında bir akiferin (aquifer) oluşabilmesi için söz konusu zeminde; birim/birimleri oluşturan tanelerin iri olmaları yanında, tanelerin arasında içinde, dizilişinde veya bu birimleri sınırlayan süreksizliklerin içerisinde suyun depolanabileceği yeterli boşluğun, yani gözeneğin (porozite) bulunması gerekir. Kaya ortamında da taneler arasındaki bo luklar, içerdikleri açık çatlakların ve çatlak zonlarının birbirleriyle ilintili olmaları ve aynı zamanda suyu yeterli düzeyde, bir alandan diğerine iletebilecek açıklıkta olmalıdırlar.
4/3/2017 8 Yeraltı sularının ekonomik olarak kullanılabilmesi için, zemin ve/veya kaya ortamının boşluk oranı (e) ve/veya porozitesi (n) ile geçirgenlik (permeabilite) en önemli parametrelerin başında gelir. Geçirgenliği belirleyen permeabilite katsayısıdır. Zeminin su geçirgenlik özelliğini gösteren parametreye permeabilite katsayısı (k) denir. Birimi hız birimi olup m/s veya cm/s cinsinden ifâde edilir. Zeminler üzerinde yapılan çalışmalar permeabilite katsayısının oldukça geni bir aralıkta değiştiğini göstermektedir.
4/3/2017 9
4/3/2017 10 Boşlukların tamamıyla suyla dolu olduğu bölgenin üst sınırı, yeraltı su tablası veya yeraltı su seviyesi (YASS) olup bu düzeyin altında yer alan su, ekonomik olarak değerlendirilebilir. Ancak bunun yanı sıra, yeraltı su seviyesi altına inen inşaat çalışmalarında (in aat temeli, tünel vb.), çalı ma alanının su ile dolması nedeniyle oluşacak zorluklar, inşaat mühendisliği açısından dikkat edilmesi gereken önemli bir problemler arasında yer almaktadır. Bu tür problemler, drenaj veya izolasyon gibi gerekli mühendislik önlemleriyle bertaraf edilebilmektedir.
4/3/2017 11 Yeraltı su düzeyinin hemen üzerinde kalan bölgeye kılcal-kapiler bölge veya kapiler zon (kılcal saçak) adı verilir. Zemin cinsine bağlı olarak değişen kalınlıklarda yer çekimine bağlı olmayan, kapilerite ile yükselen suya kapiler su denir. Kapiler su; sıvılarda gözlenen yüzeysel çekme kuvvetleri tarafından kontrol altında tutulmaktadır.
4/3/2017 12 Yeraltı su seviyesi, iklimsel değişimlere bağlı olarak mevsimsel olarak değişir. Yağışın bol olduğu dönemlerde, yüzey altına süzülen su miktarı da buna paralel olarak artacağından yeraltı su seviyesi de aylar veya yıllar içinde zamanla yükselir.
4/3/2017 13 Kar ve yağmur yağışının az olduğu kurak mevsimlerde, hidrolojik döngünün yeterince besleyemediği yeraltı suları, buharlaşmanın da etkisiyle bünyesinden su kaybeder ve bunun sonucu yeraltı su düzeyi düşer. Bu dönemlerdeki düşüş ve yeraltından da aşırı su çekimi nedeniyle yetersiz derinlikte açılmış olan kuyuların bazılarında kurumalar meydana gelebilir.
4/3/2017 14 Yeraltı su tablası yamaçlarda çoğunlukla yatay bir yüzey oluşturmaz. Bu yüzey genelde yeryüzüne kabaca paraleldir. Bunun bir sonucu olarak yeraltı suyu, yüksek alanlardan düşük alanlara doğru akış hâlindedir. Yeraltı suyu da beklenildiği gibi yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine doğru hareket hâlindedir ve bu hareketi sağlayan etken yeraltı suyu tablasının eğimidir. Bu eğime hidrolik eğim (i) denir.
4/3/2017 15 Yeraltı suyu akışı Darcy kanunu ile ifâde edilir. Darcy kanunu, birim alandan geçen yeraltı suyu akımının hidrolik eğim ile doğru orantılı olduğunu ifâde eder. Yani; akımın şiddeti ve hızı; düzgün akım durumlarında, iki nokta arasındaki toplam hidrolik yük farkı ile doğru orantılı olarak artmaktadır.
4/3/2017 16
4/3/2017 17 6.5. Yeraltı Sularından Yararlanılması Yeraltı suları; dünya üzerinde yer alan önemli tatlı su kaynaklarından (buzul, kar, nehir gibi) biridir ve bu açıdan önemli düzeyde bir kullanım alanı bulunmaktadır. Eğer yeraltı suyu bir kaynaktan doğrudan ve yeterli miktarda yeryüzüne çıkmıyorsa, kuyu açılır ve yeraltı suyu yukarı pompalanarak elde edilir. Bu durumda, yeraltı suyundan en verimli bir biçimde faydalanabilmek için açılacak kuyuların doğru yerde ve derinlikte seçilmesi gerekir. Bu durumda açılacak kuyunun VERİMİ önemlidir.
4/3/2017 18 Her zemin tabakasından suya doygun olsalar dahi yeterli miktarda su alınamayabilir! Araştırma gereklidir!
4/3/2017 19 Herhangi bir yapay beslenmenin etki alanında olmayan bir kuyuda, üretim veya beslenme yapılmadığı bir periyot içerisinde ölçülen doğal su düzeyine statik su düzeyi denir. Bu düzey, zemin yüzeyinden itibaren ölçülen su derinliği demektir.
4/3/2017 20 Pompaj işlemi sırasında yeraltı su düzeyi, pompanın hemen çevresindeki bir zon boyunca derinleşir. Bu derinleşme pompanın temas ettiği bölgede en üst düzeydedir ve pompadan uzaklaşıldığında giderek azalır. Çekilen suyun miktarına bağlı olarak değişen bir mesafede, yeraltı suyu statik düzeyine ulaşır. 3 boyutlu ortamda ters bir koniyi andıran geometriye sahip olan yeraltı su düzeyindeki bu alçalışa alçalma konisi, yeraltı su düzeyinin pompaj sırasında ulaştığı yeni derinliğine ise dinamik su düzeyi adı verilir.
4/3/2017 21 İnsan eliyle gerçekleştirilen ve aşırı su çekilmesi (pompaj) adı verilen bu işlemin sürmesi hâlinde akifer deki su miktarı azalır. Zeminlerde, aşırı su çekilmesi sonucunda, taneler arasındaki boşluklarda bulunan suyun giderek azalmaya başlaması ile taneler birbirine yakınlaşır ve böylece zeminde oturmalar meydana gelir.
4/3/2017 22
4/3/2017 23 6.6. Yeraltı Sularının Kirlenmesi Günümüzde yararlanılan su kaynaklarının ba ta gelenlerinden biri olan ve yakın gelecekte bu önemi daha da artacak olan yeraltı sularının, karşı karşıya kalmış olduğu en büyük iki tehlike kirlenme ve aşırı pompajdır.
4/3/2017 24 Yeraltı sularının kirlenmesindeki en büyük nedeni, sanayi-tarım atıkları ve evsel atıklar gibi kirleticilerin yeteri kadar önlem alınmadan depolanması oluşturmaktadır. Bu üç temel atığın, bünyelerinde bulunan kirli-kimyasal sular yer altına sızarak, yeraltı suları ile karışır ve bu su kaynaklarının kirlenmesine neden olur.
4/3/2017 25 Yeraltı sularını kirleten kaynaklar çoğunlukla sıvı olduklarından, bu kirleticiler yer altında, yeraltı suları gibi hareket ederler. Bu durumda, kirlenmiş bir yeraltı suyunun akış yönündeki bir kuyu, bu atıklardan daha kısa zamanda etkilenerek kirlenirken, yeraltı suyunun akı yönüne göre söz konusu kirletici kaynağın gerisinde kalan kuyu, bu kirlilikten geçici bir süre etkilenmez, ancak zamanla bu kuyu da diğer kuyu gibi kirlenir.
4/3/2017 26 Kirleticilerin tümü yeraltı suyuna doğrudan karışmayabilir. Kirleticilerin yoğunlukları suyun yoğunluğundan fazla veya az olabildiği durumlarda, yoğunluğu suyun yoğunluğundan az olan, meselâ petrol ürünleri, su tablası üzerinde hareket eder ve hareket yönleri de su tablasının eğimi tarafından kontrol edilir. Yoğunluğu sudan fazla olan bazı kimyasallar ise doğal olarak suyun altına batacak ve yeraltı suyunun tabanına birikeceklerdir. Bu durumda söz konusu kirleticilerin akış yönünü, akiferin de tabanının oluşturan geçirimsiz kayanın üst yüzeyinin eğimi belirleyecektir.
4/3/2017 27 Aşırı pompaj da kuyuların kısa zamanda kirlenmesindeki bir başka nedendir. Aşırı pompaj yapılmadığı durumlarda süzülme ile kısmen temiz su sağlanacak olan kuyu, aşırı pompaj sonucunda, kirlenme daha çabuk ve daha geniş bir alana yayılacaktır. Bunun dışında, aşırı pompaj yapılan kuyu, yeraltı suyunun akı yönünü lokal olarak değiştirdiğinden dolayı, akışın ters yönünde kalmasına rağmen yakın kirleticilerden etkilenecektir.
4/3/2017 28 Kıyı alanlarında ise yer altında tatlı ve tuzlu sular yan yana gelirler. Tuzdan kaynaklanan yoğunluk farkı nedeniyle altta yer alan tuzlu su ve üstte yer alan tatlı su birbirine dokanak yaptıkları yakın sınırlar haricinde karışmazlar. Tuzlu su, karaya doğru bir eğri (tuzlu su kaması) oluşturur. Kıyı alanlarında bu eğrinin üzerinde kalan kuyulardan tatlı su alınabilir. Ancak aşırı pompaj sonucu, yeraltı suyu tablasında görülen alçalma konisi tatlı su-tuzlu su sınırında, ters yönde gelişir, tatlı su kaması incelir. İncelen kesimlere tuzlu su kaması kara yönünde ilerler ve tuzlu su kuyuya girerek tatlı su ile karışıp, suyu acılaştırır.
4/3/2017 29 Çok önemli tatlı su kaynağı kaynaklarının bu kirleticilerden korunması zorunluluktur!
4/3/2017 30 INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Orhan ARKOÇ e-posta : orhan.arkoc@klu.edu.tr Web : http://personel.klu.edu.tr/orhan.arkoc