Hidrojeoloji – Emrah MURAT
Hidrolojik Döngü(Çevrim); Kısaca okyanuslardan gelen suyun, güneş ışığından aldığı güç ile atmosfere, atmosferden kıtalara ve sonra yeniden okyanusa geri dönmesi olayına hidrolojik döngü denir. Yeryüzündeki suların yüzde 97.2’si okyanuslardadır. Hidrolojik döngüde toplam su hacmi sabittir. Fakat suyun dağılımı kıtalar ve bölgeler üzerinde sürekli değişiri.
Okyanustaki su, güneşin etkisiyle buharlaşarak atmosfere katılır. Atmosferdeki su buharı çeşitli aşamalardan geçerek buluta ve daha sonrada yağmura dönüşür. Yağmura dönüşen suyun bir kısmı tekrar okyanuslara bir kısmı ise kıtalara ulaşır. Kıtalara ulaşan su yer altı suyuna karışır. Daha sonra tekrar buharlaşma ve terlemeyle atmosfere katılan su, aynı süreci tekrar yaşar.
Hidrolojik Çevrim Bileşenleri;
Buharlaşma ve Terleme (Transprasyon): Sıvı ya da katı fazda olan suyun su buharı olarak atmosfere karışması sürecidir. Buharlaşmayı etkileyen faktörler: Sıcaklık, rüzgar hızı, atmosferik basınç, yükseklik
Terleme: Bitkilerin kökleriyle aldıkları suyu yapraklarıyla atmosfere buhar şeklinde bırakmalarıdır. Terlemeyi etkileyen faktörler: Bitki türü, bitki yoğunluğu, toprak nemi, çeşidi,sıcaklık, yağış miktarı.
Buharlaşmanın ölçülmesi; birim zamanda birim yüzeyde gerçekleşen buharlaşma miktarıdır. Mm cinsinden okunur. Class A tipi tavalarla(Buharlaşma havuzu) ölçülür. 122 cm çapında 25.4 cm derinliğinde zeminden 30 cm yukarı yerleştirilir. Su seviyesi üstten 5 cm aşağıdadır. Bulunan değer 0.70 ile çarpılarak buharlaşma miktarı bulunur.
Terlemenin Ölçülmesi; Arazide Lizimetre ile ölçülür. Lizimetreler, su miktarının korunduğu, üzeri çimen ya da ekinle kaplı içi toprakla doldurulmuş yer altında gömülmüş silindirik tanklardır.
YAĞIŞIN OLUŞUMU; Atmosferin o bölgesinde yeterli miktarda su buharı bulunmalıdır. Hava soğumalıdır. Hava soğuyunca su buharı taşıma kapasitesi azalır, doyma noktasının üstüne çıkılınca su buharı sıvı hale geçebilir. Yoğunlaşma olmalıdır. Su buharının yoğunlaşmasıyla bulutlar meydana gelir. Bulutlardaki su damlacıklarını büyüklüğü 1-100 mikron arasında kaldığından bunlar buharlaşmadan yeryüzüne kadar düşemezler, hava hareketleri ile atmosferde kalırlar. Yeryüzüne düşebilecek irilikte (1 mm kadar) damlalar teşekkül etmelidir.
YAĞIŞ ÇEŞİTLERİ: Yükselim (Konveksiyonel Yağışlar): Isınarak yükselen havanın soğuyarak yoğunlaşmasıyla oluşur. Yamaç (Orografik) Yağışlar: Bir yamaç boyunca yükselen nemli havanın soğumasıyla oluşan yağışlardır. Cephe Yağışları: Sıcak ve soğuk karakterli hava kütlelerinin karşılaştığı alanlarda meydana gelen yağış türüdür.
SUNİ YAĞMUR: Bulutlara gümüş iyodür kristalleri uçaklar vasıtasıyla serpilir, ya da daha -10 0C’nin altında yeryüzünde yakılarak meydana getirilen gümüş iyodür buharları bulutlara kadar yükselirse -5 0C’nin altındaki sıcaklıklarda su oluşur.
Plüviyometre: Düşen yağmur miktarını ölçen alettir. Yağmurun zamana göre miktarını kaydeden cihazlara daplüviyograf denir.
Radar: 1-20 cm dalga boylu mikro-dalga ışın gönderilir. Yansıtıcılardan gelen ışınlara göre yağmurun anlık şiddeti ve toplam miktarı belirlenebilir.Karın derinliği kar bastonu, yoğunluğunu kar kavalı ile ölçeriz.
Bölgesel Ortalama yağış hesabı:
1) Aritmetik Ortalama Metodu; Ölçeklerin okumalarının aritmetik ortalamasını almaktır.
2) Thiessen Metodu (Çokgen); Bu metotta bölge her bir ölçeğin çevresinde o şekilde parçalara bölünür ki her nokta en yakın olduğu ölçeğe ait parça içinde kalsın.
3) İzohiyet Metodu; Yağış yüksekliği aynı olan noktaları birleştiren eğriler olan izohiyetler (Eş Yağış Çizgileri) çizilir.
Yüzeysel Akış: Havzaya düşen yağışın, buharlaşma ve sızma sonrasında akışa geçen bölümü.
Yüzey altı akış: Süzülen su zeminin üst tarafında akışa geçer, kısa bir süre sonra yüzeye çıkar.
Yer altı akışı: Süzülen suyunun zeminin derinliklerine ilerler, akışa geçer.
Drenaj Alanı: Yağışlardan sonra meydana gelen yüzeysel akışı akarsuya varana kadar ulaştırdığı alanlara denir.
Yüzeysel Akışı etkileyen faktörler: Meteorolojik Faktörler: Yağışın türü, miktarı, süresi, şiddeti. Yağışın havzadaki dağılımı, Zeminin nemi, önceki yağışlar, diğer etkenler.
Fiziksel Faktörler: Arazinin türü, su depolama kapasitesi, drenaj alanı, yükseklik, eğim, topografya yapısı, bitkilerin yağışı tutma kabiliyeti, göl akarsu vb varlığı.
ATMOSFERİK SULAR: Metoroloji’nin inceleme konusu olan yağmur, kar, sis, çiğ
1)Vadoz su :Yeryüzünden derinlere doğru süzülen ve kısa bir süre sonra tekrar yeryüzüne dönen sulardır.
a)Süzülme suyu; Doygun kuşağın üzerinde Kaya gözeneklerinde suyun hava ile beraber bulunabileceği bölgelerde dolaşan sudur.
b)Yeraltı akım suyu; Suya doygun kuşakta hareket eden bu su kaya gözeneklerini havaya yer bırakmadan doldurur.
YERYÜZÜ SULARI: Sıvı haldeki dere, çay, nehir gibi akanlarla, göl ve deniz gibi durgun sular, Katı haldeki daimi karlar durgun olanları, buzullar da akanları oluşturur.
YER ALTI SULARI: Hidrojeolojinin inceleme konusudur. Bunlar kökenlerine göre Meteorik, Rejenere ve Jüvenil sular olarak üçe ayrılır.
YERALTI SULARIN SINIFLAMASI (önemli)
1-DERİN (FOSİL) SULAR; Bunlara durgun veya ölü sular da denir. Genellikle yer altı akım suyu bölgesinin altında bulunurlar. Su, yeraltında gözenekliliğin sıfır olduğu derinliğe kadar bulunabilir. Her durumda sıvı haldeki su 30 km derinliğe kadar mevcut olabilir. Bu tip sular iki çeşittir.
Durgun Sular; Hidrostatik olarak hapsolmuş, hareketliliğini kaybetmiş akiferlere ait eski vadoz sulardır. kökeni jeolojik devirlerdeki tatlı sulardır.
2-Konne Sular: Tabakaların arasında hapsolmuş olanlarıdır. Petrol yataklarında bulunan çok tuzlu suların kökeni budur. Mineralli suların bir kısmının kökeni budur.
REJENERE SULAR; Metamorfizma sırasında sedimanter kayaçların azalan gözeneklilik yüzdesi kadar bünyelerinden dışarıya atılan bu suya “Rejenere su” denir. 3 gruba ayrılır;
a-Metamorfizma Sırasında Kayaçların Gözeneklerinden Dışarıya Atılan Sular
b-Kristal Yapısındaki Kombinezon Sularından Dışarıya Atılan Sular
c-Kayaçların Damıtılması ile oluşan Sular
YERALTI SU AKİFERLERİ
Geçirimsiz Tabaka: Akiferden daha az geçirgen bir formasyondur, geçirimsizliğinden dolayı akiferi sınırlar. Geçirimsiz taban akiferin altında, geçirimsiz tavan ise akiferin üzerindedir.
Akifer: İçerisindeki suyun akım halinde bulunduğu, su ile tamamen doygun, geçirimli bir formasyona denir. Suyu depolayan, iletebilen litolojik birimdir. Akiklüd: Suyu depolayan ama iletemeyen birimdir(kil). Akiklüd su iletmez anlamındadır Akifüj: Suyu bulundurmayan, geçirimsiz tabaka (granit) Akifüj, su vermez anlamındadır.
Serbest Akifer: Üzerinde geçirimsiz bir örtü bulunmayan akifere denir.
Basınçlı (Kaptiv) Akifer: İki geçirimsiz tabaka ile sınırlı basınçlı su içeren akifere denir.Basınçlı akiferlerin oluşabilmesi için hidrodinamik koşullarla birlikte kimi yapı şekilleride gereklidir.
Bunlardan doğada en sık rastlananlar: Senklinallerde,Faylarla, Alüvyonlarda,Yatay tabakalı arazilerde, Kristalen arazilerde oluşanlardır .
Piyezometrik yüzey; Akiferin basınçlı bölgesinde basınç yüzeyine denir.
EŞ SU YÜKSELTİ HARİTALARI
Topografya haritalarında doğadaki engebelerin eğrilerle gösterilmesi gibi, eş su yükselti haritalarında da suyun serbest veya basınçlı seviyesindeki iniş ve çıkışlar eş su yükselti eğrileri ile gösterilir.
Serbest akiferler için su tablası haritaları, basınçlı akiferler için de basınç yüzeyi haritaları yapılır. Bu haritaları yapmak için öncelikle seçilen akifere ait kuyu ve diğer su noktalarının fişlenmesi ve su seviyesinin ölçülmesi gerekmektedir.
Kuyu Fişleme; İnceleme alanında seçilen her kuyuya bir numara verilir ve koordinatları harita üzerinden saptanır. Yine topografik haritalardan kuyunun deniz seviyesinden yüksekliği bulunur,oraya bir işaret konur. Kuyu bileziğinin (M) toprak seviyesinden yüksekliği ölçülür.
Su seviyesi ve kuyunun derinlik ölçümleri bileziğin üst seviyesinden yapılır ve bu ölçülerden bileziğin yüksekliği çıkarılır. Her kuyu için hazırlanan bir fiş üzerine kuyu ile ilgili diğer tüm bilgiler not edilir. Bu bilgilerden kuyunun yapım tarihi, tipi (taş örme, tuğla örme, beton vb), sahibi, kuyunun donanımı, kuyunun çapı, harita numarası, harita ölçeği, suyun kotu belirlenir.
Su Seviyesinin Ölçülmesi ve Kullanılan Aletler;
1-Şerit Metre: Şerit metrenin ucuna yaklaşık 30 cm’lik bir çan ilave edilir. Çanın sapı tebeşirle boyanır ve kuyuya sarkıtılır. Çan suya ulaştığında tok bir ses çıkarır. Bu sesi aldıktan sonra şerit metre biraz daha uzatılır ve derinlik ölçülür. Daha sonra çan kuyudan çıkarılır. Çanın sapındaki ıslanma sınırı ile metrenin başlama sıfırı arasındaki mesafe okunan değere eklenerek kuyudaki suyun derinliği belirlenir.
2-Kuyu Düdükleri: Düdük suya değdiği zaman öter. Bu anda metre 10-15 cm daha sarkıtılır. Düdüğün özel ceplerine su dolar. Metre yukarı çekildiğinde suyla dolan en üstteki cep ile metrenin başlama sıfırı arasındaki mesafe ölçülen derinliğe eklenerek kuyudaki su seviyesi ölçülür.
3-Elektrikli Seviye Ölçü Aletleri: En çok kullanılan ampullü ve düdüklü olan tipleridir. Suyun içine sallandırılan silindir şeklindeki koruyucu içindeki metal uç su seviyesine ulaşınca elektrik devresini tamamlar. Bu anda düdük öter veya ampul yanar. Ampulün yandığı veya düdüğün öttüğü seviye metre ve santimetre olarak okunur.
4-Mekanik Denge Aleti: Bir makara üzerinden geçen ince çelik bir telin bir ucuna şamandıra, diğer ucuna denge ağırlığı bağlanmıştır. Pompaj süresince gözlem kuyularında düşümün ölçülmesi için kullanılır. Pompaj başlamadan aletin şamandırası kuyudaki suyun üzerinde olmalı ve iki ibre de sıfır üzerinde bulunmalıdır. Su seviyesi kadrandan doğrudan m ve cm olarak okunur.
5-H.W.K.Sondaj Aleti: Aletin, ince çelik bir tel ucuna bağlı, mekanik sistemle aşağıya inen şamandırası kuyudaki suya değince durur. İç göstergede okunan rakam metre ve dış göstergede okunan rakam da santimetre olarak su seviyesinin derinliğini verir
6-Şamandıralı Kaydedici Seviye Ölçücüler (=Şamandıralı Lİmnigraflar) : Bu aletler bir kuyu veya akarsuyun seviyesinin zaman içindeki değişimini özel kağıdı üzerine kaydeder.
SU TABLASI HARİTALARI
Su Tablası: Serbest akiferlerin üst kısmını sınırlayan suyun yüzeyidir. Bu yüzey havalanma bölgesindeki havada atmosferle ilişkilidir. Böyle bir serbest akiferin yüzeyi doygunluk kuşağını kapiler kuşaktan ayırır. Bu yüzey atmosferik basıncın akiferdeki suyun basıncına eşit olduğu yüzeydir. Akiferde açılan bir kuyuda su, bu yüzeye kadar yükselir.
Eş Su Seviyesi Eğrilerinin Çizimi: Eş su seviye eğrileri en iyi şekilde üçgen yöntemi ile çizilebilir.
Bu üç kuyu birer doğru ile birleştirilir ve bir üçgen elde edilir. Bu üçgenin her kenarı uygun oranlar dahilinde bölünerek su seviyesi eşit yükseklikteki noktalar bulunur. Sonra bu eşit yükseklikteki noktalar birleştirilerek eş su seviye eğrileri çizilir.
Eş su seviye eğrileri, eş su yükselti çizgileri olup, bunlara izohidrohips, izopiyez, hidroizohips gibi isimlerde verilir.
BASINÇ YÜZEYİ HARİTALARI
Basınç yüzeyi: Basınçlı akiferde basınç yüzeyi geçirimsiz tavanın alt seviyesinin üzerinde bulunur. Akiferin üst yüzeyi geçirimsiz tavanın alt yüzeyi ile çakışır. Basınçlı akiferin basınç yüzeyi (piyezometrik yüzey) atmosferik basıncın suyun basıncına eşit olduğu göreli bir yüzeydir. Bu yüzey basınçlı bir akiferde açılacak kuyuda suyun yükseleceği seviyedir.
Hidrolik Sistemin Düşey Doğrultuda İncelenmesi
Hidrolik sistem bir akifere ait olan, nap, akifer formasyonu, havalanma bölgesi ve benzeri gibi bütün ünitelerin topluluğudur. Bir çok basit hidrolik sistemin yani birçok akiferin üst üste bulunması birleşik bir hidrolik sistem oluşturur. Üzerinde hiçbir geçirimsiz tabaka bulunmayan serbest bir akiferde alttan üste doğru şu kısımlar bulunur.
1-Geçirimsiz taban: Akiklüd veya akifüjden oluşabilir ve akiferi alttan sınırlar.
2-Doygunluk – toplanma kuşağı: Burası kaynak ve kuyuların beslendiği suların bulunduğu bölgedir. Buraya akifer tabaka da denir. Tamamen su ile doludur ve üstten su tablası ile sınırlıdır.
3-Kapiler kuşak- kılcal saçak: Akiferin, su tablasının üzerinde bulunan ve naptan gelen kapiler su ile dolu olan akifer formasyonunun bir parçasıdır. Kılcal saçağın kalınlığı tane çapı dağılımı ile ters orantılıdır.
4-Tutma Bölgesi: Kapiler kuşağın üzerinde bulunur. Akım suyu mevcut değildir. Bu bölgenin suyu yukarıdan süzülerek gelir ve bir kısmı tanelerin etrafında tutulur.
5-Buharlaşma – terleme kuşağı: Yüzeye yakın olan bölgedir. Bu bölgede su doğrudan doğruya buharlaşma ile veya bitkilerin suyu emmesi ile tekrar atmosfere döner. Toprak suyu kuşağı da denir.
Su tablasının ve basınç yüzeyinin şekline göre şu tip naplar ayırt edilir.
1.Silindirik naplar (= Paralel akımlı naplar): Su tablasının silindir şeklinde oluşu ile tanımlanır. Su iplikçikleri birbirine paraleldir. Bu durumda eş su seviye eğrileri de birbirine paralel doğrular halindedir.
2.Koverjan naplar: Bunlarda sıvı akıları bir nokta veya bir doğruya yönelmiş durumda hareket ederler. Su tablasının yüzeyi iç bükey yani konkav bir şekildedir.
3.Diverjan naplar: Bu tip naplarda sıvı akıları birbirinden uzaklaşır ve ayrılır vaziyettedir. Bunlara napların genişleme ve beslenme bölgesinde rastlanır. Napın yüzeyi dış bükeydir.
4.Birleşen naplar: Bunlar yan yana bulunan naplar olup sıvı akılarının yöneldiği ortak bir drenaj bölgesi ile birbirinden ayrılırlar. Bu tip naplara yeryüzünden oldukça derinlerde rastlanır ve birleşme hattı boyunca açılacak kuyulardan bol su elde edilir.
YERALTI SULARININ YERÜSTÜ SULARIYLAİLGİSİ
1.Durum: Su tablası sabit, dere seviyesi değişirse, su tablası dere seviyesine göre aşağıda veya yukarıda olacaktır. Dere seviyesinin su tablasından yukarıda olduğu 1 durumunda dere verici, akifer alıcı durumundadır. Dere seviyesi 2 seviyesine indiği zaman su tablası sabit olduğundan bu defa akiferden akarsuya doğru bir boşalım söz konusu olacağından akarsu alıcı, akifer verici durumdadır .
2.Durum: Dere seviyesi sabit, su tablası değişebilir. Bu durumda akarsu, su tablasının kendi düzeyinden yukarıda veya aşağıda oluşuna göre alıcı veya verici durumda olur. Su tablası 1 durumunda iken dere alıcı, akifer vericidir. Su tablası 2 durumunda ise dere verici, akifer de alıcı durumda olur.
Eş Su Seviye Eğrilerinin Akarsu Yatağındaki Durumları
1-Yer altı suyunun akarsuyu beslemesi: Bu durumda akiferin su tablası, akarsuyun seviyesinden daha yüksektir.Yani su tablası topografyayı akarsu yatağında keser. O halde burada akiferden daimi ıslaklık, kaynak, bataklık ve göl şeklinde bir dışa sızma gözlenir. Hidrohips eğrileri de sivri uçları vadi yukarı gelen bir V teşkil eder. Akarsu bu durumda yeraltı suyundan beslenir. Su tablasının profili akarsu yatağında hafif bir çukurluk gösterir.
2-Akarsuyun yer altı suyunu beslemesi: Su tablası, akarsuyun taban yüzeyinden alçak olduğu zaman dere yeraltı suyunu besler. Yani dereden akifere doğru bir sızma olur. Bu durumda hidrohipsler sivri uçları vadi aşağıya bir V oluşturur.
3-Akarsuyun bir kıyıda verici – bir kıyıda alıcı olması: Yeraltı suyunun akımı dikey veya dikeye yakın olarak akarsu yönündedir. Şekilde akarsu sağ sahilindeki akiferle beslenirken, sol sahilindeki akiferi beslemektedir.
4-Yeraltı ve yerüstü sularının birbiriyle ilgili olmadığı durum: Hidrohipsler akarsuları V kuralı gözetilmeksizin kat ederler. Bu durum daha çok basınç yüzeyi haritalarında ve serbest akiferlerde akarsu yatağını tamamen çimentoladığı zaman görülür.
Yeraltı Suyu Hendekleri Veya Çöküntüleri nedenleri;
1-Drenajla su seviyesinin düşürülmesi. Örneğin, bataklıkları kurutmak için açılan hendekler gibi.
2-Karstik alanlarda gözlenebilen önemli miktardaki dip kaçakları
3-Geçirimsiz temelin çukurlaşması.
4- Kuyularda yapılan pompaj sonucu oluşan düşüm konisi.