5. YER ALTI SUYU
Yer küresindeki tatlı suyun büyük bir kısmı yeraltında bulunur. Yeraltındaki su,
yeryüzünde akarsularda bulunan suyun 7500 katı kadardır. Akarsulardaki toplam akımın
yaklaşık %30’u yeraltından beslenir. Kuyularla yeraltındaki hazneden çıkarılan su insanlar
tarafından geniş ölçüde kullanılmaktadır. Yeraltından elde edilen suyun iyi bir özelliği de tabii
bir şekilde Filtrelenmiş olduğundan genellikle bakterilerden, organik maddelerden, koku ve
tatlardan arınmış, kimyasal bileşimi, ve sıcaklık derecesi fazla değişmeyen, iyi kalitede
olmasıdır.Kurak mevsimlerde insanlar su ihtiyacını kuyularla yeraltında sağlayabilirler.
Bugün yeryüzünde kullanılan suyun %40’ı kadarı yeraltından sağlanmaktadır. Hidrolojinin
yer altı suyu hidrolojisi (Jeohidroloji) denen kolu yeraltındaki suyun bulunuş şekillerini,
özelliklerini ve hareketini inceler.
5.1 Yeraltındaki Suyun Bölgeleri
Yağışlardan sonra yeryüzünden sızan su önce doymamış bölgeye gelir.Bu bölgede
zeminin boşluklarında hava ve su birlikte bulunur.Sonra aşağıya doğru hareketine devam eden
su doymuş bölgeye (yer altı suyu) erişir.yer altı suyu alt taraftan suyu geçirmeyen bir tabaka
ile sınırlanmıştır.Boşluklarda suyun hava ile birlikte bulunduğu doymamış bölgedeki suya
vadoz (askıda) su denir.
Şekil 5.1 Yeraltı Suyunun Bulunduğu Çeşitli Bölgeler
Doymamış Bölge :
Bu bölgenin derinliği çeşitli değerler alabilir. Bataklıklarda yer altı su
yüzeyi zemin yüzeyine kadar çıkar, doymamış bölge bulunmaz.çok kurak bölgelerde ise
doymamış bölgenin derinliği 300 metreye kadar çıkabilir. Doymamış bölgede bulunan su
zemin tanelerinin çevresinde moleküler ve kapiler gerilmelerle tutulmaktadır. Suyun
moleküler adezyon kuvvetleriyle taneye yapışan ve yerçekimi etkisiyle taneden ayrılmayan
kısmına Peliküler su denir. Tanelerin çapı küçüldükçe yüzey alanlarının oranı arttığından
peliküler suyun oranı da büyür. Zemindeki su miktarının ölçülmesi oldukça güçtür.
Laboratuarda zemin numunesinin tartılması ve sonra etüvde kurutulup tekrar tartılarak aradaki
farkın bulunmasıyla zemin nemi belirlenebilir.
31
Şekil 5.2 Yer Altı Suyu Kademeleri
Doymuş Bölge :
Boşlukları tamamıyla yer altı suyu ile dolmuş olan, bu suyu bir noktadan
diğerine iletebilen ve böylece boşluklarındaki suyun dışarıya çıkarılabilmesine imkan veren
formasyonlara akifer (su taşıyan tabaka) denir.Bir jeolojik formasyonun akifer niteliğinde
olabilmesi için porozitesinin yeter derecede yüksek olması ve zemindeki boşlukların da
oldukça büyük olması gerekir.
Şekil 5.3 Akifer Görünüşü
Akiferleri İki Sınıfa Ayırabiliriz:
1.Serbest yüzeyli (sınırlanmamış) akiferler: Bu gibi akiferlerde yer altı suyunun üst
sınırı yer altı su yüzeyidir, bu yüzey boyunca doymuş bölge, doymamış bölge ile temas
etmektedir.Doymamış bölgenin boşluklarında hava da bulunduğuna göre yer altı su yüzeyi
boyunca atmosfer basıncı mevcuttur.Serbest yüzeyli akiferdeki akım bir açık kanaldaki
serbest yüzeyli akıma benzer.Genellikle bu yüzey arazinin topografyasını takip eder, tepelerin
altında yükselir, çukur bölgelerde alçalır.
32
2.Basınçlı (artezyen, sınırlanmış) akiferler: Bu tipten akiferler üst taraftan da bir
geçirimsiz tabaka ile sınırlanmışlardır, atmosfer basıncı ile temasta olan bir serbest yüzeyleri
yoktur.Bu bakımdan basınçlı akiferlerdeki akım borulardaki basınçlı akıma benzer.Bir
basınçlı akifere giren kuyular, borulara takılan piyezometrelere benzetilerek bu kuyulardaki
statik su yüzeyine piyezometre yüzeyi denir. Akım basınçlı olduğundan piyezometre yüzeyi,
akiferin yukarısındadır.
Artezyen akifere giren bir kuyuda su akiferin üst sınırının yukarısına kadar
yükseldiğine göre zemin yüzeyinin yeter derecede alçak olduğu bazı hallerde zeminden
yukarıya da fışkırabilir.Bir akiferde bulunan su yüzdesi akiferin porozitesine eşittir. Porozite
boşlukların hacminin toplam hacme oranı olarak tanımların porozitenin büyük oluşu her
zaman yeraltından fazla miktarda su elde edilebileceğini göstermez.
Yer Altı Suyunun Beslenmesi Ve Kayıpları
• Yağışlardan sonra yeryüzünden sızan suyun doymamış bölge arazi kapasitesine
eriştikten sonra daha derine sızması ile,
• Yer altı su yüzeyinden yukarda olan besleyen akarsulardan ve göllerden sızma ile,
• Sulama kanallarındaki suyun sızması ile,
• Yerin derinliklerinden faylarla yukarıya çıkan su ile,
• Havadaki su buharının zemin üzerinde yoğunlaşması ile,
5.2 Yer Altı Suyu Akımı
Akiferin taneleri arasındaki küçük, düzensiz,birbirleriyle ilişkili boşluklarda yeraltı
suyu yer çekimi etkisiyle hareket eder.Yer altı suyu akımı suyun enerjisinin yüksek olduğu
yerlere doğrudur.
KI
V
f
=
A
Q
V
f
/
=
( )
p
V
A
p
A
Q
V
f
g
g
/
.
/
=
=
=
L
h
I
L
/
=
Deney kanununda hız ile eğim arasındaki K orantı katsayısına Hidrolik İletkenlik
denir. Buna bazen geçirimlilik (Permeabilite) katsayısı da denilmektedir.Birim genişlikte bir
akifer kesitinden birim eğim altında birim zamanda geçen su miktarına zeminin iletim
kapasitesi denir.Buna göre T iletim kapasitesi için şu ifade yazılabilir.
I
B.
Q
T
=
33
6. AKIM ÖLÇÜMLERİ VE VERİLERİN ANALİZİ
Yüzeysel akış miktarının belirlenmesi hidrolojide en çok karşılaşılan
problemlerdendir.Örneğin;taşkınların kontrolü ile ilgili çalışmalarda maksimum debiyi, su
kuvveti tesislerinin projelendirilmesinde yılda belli bir süre mevcut olan debiyi bilmek
gerekir.
Hidrolojinin akım ölçmeleri ile ilgilenen koluna Hidrometri denir.Akım ölçmelerinin
amacı akarsuyun bir kesitindeki su seviyesini ve kesitten geçen debiyi (birim zamanda geçen
su hacmini ) zamana bağlı olarak belirlemektir. Ancak, bu gibi ölçmeleri sürekli yapmak çok
zor ve masraflı olacağından pratikte bir istasyonun Debi-Seviye bağıntısı (Anahtar Eğrisi) bir
kere belirlendikten sonra sadece su seviyesini ölçmek ile yetinilir, bu seviyeye karşı gelen
debi anahtar eğrisinden okunur.
Şekil 6.1 Anahtar Eğrisi Yardımıyla Seviyeden Debiye Geçilmesi
6.1 Seviye Ve Su Yüzü Eğimi Ölçümleri
Herhangi bir karşılaştırma düzlemine göre ölçülen su yüzeyi kotuna kısaca seviye
denir.Karşılaştırma düzlemi olarak genellikle ortalama deniz yüzeyi seçilir.Seviye ölçmekte
yazıcı ölçekler (Limnigraf) ve yazıcı olmayan ölçekler (Limnimetre) kullanılabilir.
1. Yazıcı olmayan ölçekler (limnimetre):
Bunların en basiti ve en çok kullanılanı santimetre bölmeli ahşap veya metal bir
çubuktur (Eşel). Eşel köprü ayağına, akarsuyun şevindeki bir duvara, ya da başka bir yapıma
tutturulabilir.Belli aralarla eşelde suyun yükseldiği seviye okunur. Su seviyesindeki
değişmeler büyük ise çeşitli değişme bölgeleri için birden fazla eşel kullanılabilir. Daha
prezisyonlu ölçümler için bazen eşel eğik olarak da yerleştirilebilir. Eşelin sıfırı seviye
okumaları daima pozitif değer olacak şekilde belirlenmelidir.
Şekil 6.2 Su yüksekliğini Manuel Olarak Ölçen Alet
34
2. Yazıcı ölçekler (limnigraf):
Akarsuyla bir boru vasıtasıyla bağıntılı olan bir sakinleştirme kuyusundaki suyun
yüzeyindeki bir şamandıranın hareketi şamandıranın bağlı olduğu telin üzerinden geçtiği bir
makarayı döndürür.Makaranın dönmesiyle bir yazıcı uç, sürekli olarak dönmekte olan bir
kağıt şerit üzerinde hareket eder ve seviyenin zamanla değişmesi otomatik olarak kaydedilmiş
olur.Sakinleştirme kuyusu yüzgeci dış etkilerden koruyacağı gibi akarsu yüzeyindeki
salınımları kısmen sönümlendirmeye de yarar.Kuyuyu akarsuya birleştiren borunun girişine
yüzen cisimlerin girmemesini sağlamak ve salınımları söndürmek için ızgara koymak uygun
olur.Sonuçları telsiz, telefon ve telgraf vasıtasıyla uzağa iletmek, otomatik olarak bir kağıt
şeride veya kartlara delerek yada manyetik teybe kaydederek bilgisayara vermek de mümkün
olabilmektedir.Limnigraflarda su seviyesi 3 mm civarında bir hassaslıkta kaydedilebilir.
Şekil 6.3 Sakinleştirme Kuyusu ve Limnigraf
6.2 Hız Ölçümleri
Bir akarsudaki akımın bir noktasındaki hızı ölçmek için en çok kullanılan alete Muline
adı verilir. Mulinede yatay veya düşey bir eksen etrafında akımın etkisiyle dönebilen bir
pervane, mulineyi akım doğrultusunda yönelten bir kuyruk parçası ve mulinenin akım
tarafından sürüklenmesini önlemek için bir ağırlık bulunur.Pervanenin dönme hızı akımın
hızıyla bağıntılıdır.Dakikada dönme sayısı olan n ile V akım hızı arasında doğrusal bir bağıntı
vardır.
V= a + b.n n
1
2
Bu bağıntıdaki a ve b katsayıları dönme sayısının çeşitli bölgeleri için mulinenin
yapımcısı tarafından verilir.Hata %0.5’den azdır.Türkiye de daha çok Ott ve Gurley tipi yatay
eksenli mulineler kullanılır.
6.3 Kesit Ölçümleri
Akarsuyun seçilen bir noktadaki derinliği sığ sularda bölmeli bir sırıkla ölçülür.Daha
derin sularda ölçme yapmak için bir çelik şeridin ucuna 2-6 kilogramlık bir ağırlık takılır ve
ağırlık tabana indirilir.Ancak ağırlığın tabana batmamasına dikkat edilmelidir.Ayrıca hızlı
akımlarda ağırlığın sürüklenmesi ile şerit düşey durumdan ayrılacağından ölçmelerde hatalar
olur, bunların düzeltilmesi için özel tablolar kullanılır.Çok derin akarsularda derinliği ölçmek
35
için ses dalgalarının tabana çarpıp yansıması esasına göre çalışan aletler kullanılabilir.Derinlik
ölçüldüğü sırada ölçüm yapılan düşeylerin arasındaki uzaklıklarda çelik şeritle ölçülerek
akarsuyun kesiti belirlenmiş olur.
6.4. Debi Ölçümleri
Bir akarsuyun debisini ölçmek için en çok kullanılan metot akarsu kesitini dilimlere
ayırmak, bu dilimlerin her birindeki V
i
ortalama hızını A
i
kesit alanını ölçmek ve sonra debiyi
Q=
ΣV
i
.A
i
şeklinde hesaplamaktır.
Anahtar Eğrisi
Bir akarsu kesitinde debi ile seviye arasındaki bağıntıyı gösteren eğriye anahtar eğrisi
denir.Anahtar eğrisini belirlemek için farklı akım koşullarında seviye ve debi ölçümleri
yapılır.Bu ölçümler sonunda elde edilen ardışık noktaların seviyeleri arasındaki farkın
akarsudaki en büyük seviye değişiminin %10’undan fazla olmaması istenir.
ANAHTAR EĞRİSİ
0
1
2
3
4
5
6
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Q Debi (m3/s)
h Seviye (m)
Grafik 6.1 Debi-Seviye Anahtar Eğirisi
36
7. YÜZEYSEL AKIŞ
Bir akarsu kesitinde belirli bir zaman dilimi içerisinde geçen su parçacıklarının hareket
doğrultusunda birçok kesitten geçerek, yol alarak ilerlemesi ve bir noktaya ulaşması süresince
gerçekleşen olaya Akış adı verilir. Akış izlediği yol doğrultusunda sınıflandırılır. Burada
akışın gerçekleştiği havza karakteristiklerini bilmek gerekir. akışın başlangıç noktası yağıştır.
Fakat yağış ve akış arasıdaki periyodu yağış tipi belirlemektedir. Yağmur şeklinde düşen
yağış ile kar şeklinde düşen ağış arasında önemli farklar vardır.
7.1 Akarsu Havzalarının Özellikleri
Hidrolojide
kullanılan coğrafi birim olan akarsu havzası (Su Toplama Havzası, Drenaj
Havzası) akışını bir yüzeysel su yolu (Akarsu) üzerinden alınan bir çıkış noktasına gönderen
yüzey olarak tanımlanır.Bu şekilde tanımlanan akarsu havzasına üzerine düşen yağışı çıkış
noktasındaki akış haline dönüştüren bir sistem gözüyle bakılabilir.Bir havzayı komşu
havzalardan ayıran su ayrım çizgisinin topografik ayrım çizgileriyle çakıştığı, yani çıkış
noktasından başlayarak arazideki en yüksek noktalardan geçtiği kabul edilebilir.
Şekil 7.1 Yüzeysel Akış Havzası ile Yeraltı Akış Havzası
Havza karakteristiklerinin en önemlileri şunlardır.
• Zemin cinsi ve jeolojik yapı,
• Bitki örtüsü,
• Havzanın büyüklüğü,
• Havzanın biçimi,
• Havzanın eğimi,
• Havzanın ortalama kotu,
• Havza alanının çıkış noktasından olan uzaklığa göre dağılım.
Akarsu ağı şu özellikleriyle belirlenebilir.
• Akarsu yoğunluğu,
• Drenaj yoğunluğu,
• Akarsu profili,
• Akarsu ağının şekli,
• Akarsuyun mertebesi
• Akarsuyun en kesiti
37
7.2 Akışın Kısımlara Ayrılması
Havzaya
düşen yağıştan daha önceki bölümlerde sözü edilen kayıplar çıktıktan sonra
geriye kalan yağış fazlası yüzeysel akış haline geçer, yerçekimi etkisi ile arazinin eğimine
uyarak havzanın yüksek noktalarından alçak noktalarına doğru hareket eder.Diğer taraftan
zemine sızan suyun bir kısmı zeminin üst tabakalarında (doymamış bölgede) ilerleyerek
geçirimsiz bir tabakaya rastlayınca yüzeye çıkabilir, buna yüzey altı akışı denir.Zemine sızan
suyun bir kısmı ise daha derinlere inerek yer altı suyuna karışır ve sonunda yer altı akışı
şeklinde bir akarsuyu besleyebilir.
Şekil 7.2 Akışın Kısımlara Ayrılması
Dolaysız Akış:Yüzeysel akışla yüzey altı akışının gecikmesiz (zemine sızdıktan kısa
bir zaman sonra akarsuya ulaşan) kısmından meydana gelir.Genellikle yüzey altı akışının
büyük bir kesimi dolaysız akış içinde düşünülür.
Taban akışı:Yer altı akışı ile yüzey altı akışının gecikmeli (akarsuya uzun bir zaman
sonra ulaşan) kısmından meydana gelir.
7.3 Rasyonel Metot
Akarsu
yapılarının projelendirilmesi en çok karşılanılan problemlerden biri akarsudaki
maksimum debinin belirlenmesidir.Söz konusu yapının cinsine ve havzanın büyüklüğüne göre
bu iş için çeşitli metotlar kullanılabilir.Bu metotlar arasında en basit olan ve en çok
kullanılanlarından biri rasyonel metot adı ile bilinir.Alanı A olan bir havzaya düşen i
şiddetinde yağışın meydana getireceği maksimum Q debisi şu formülle hesaplanır.
Q = C i A
38
Tablo 7.1 Türkiye Havzalarının Akış Katsayıları
Havzanın Adı Alanı (km
2
) Yıllık yağış
Yıllık akış
Akış katsayısı
yüksekliği yüksekliği
Meriç-Ergene
14560 640 85,9 0,13
Marmara
24100 766 316,2 0,41
Susurluk
22399 730 238,8 0,33
Kuzey Ege
10003 730 220 0,30
Gediz
18000 639 100,6 0,16
K. Menderes
6907 740 162,2 0,22
B. Menderes
24976 656 118,1 0,18
Batı Akdeniz
20953 865 370,3 0,43
Antalya
19577 910 574,1 0,63
Burdur (Göller)
6374 436 48,6 0,11
Akarçay
7605 472 59,2 0,13
Sakarya
58160 534 103,7 0,19
Batı Karadeniz
29598 803 339,2 0,42
Yeşilırmak
36114 556 153,4 0,28
Kızılırmak
78180 459 80,6 0,18
Konya (kapalı)
53850 437 62,4 0,14
Doğu Akdeniz
22048 669 556,5 0,83
Seyhan
20450 629 345,2 0,55
Asi
7796 837 153,9 0,18
Ceyhan
21982 758 328 0,43
Fırat
127304 582 248,2 0,43
Doğu Karadeniz
24077 1291 581,2 0,43
Çoruh
19872 540 327,1 0,61
Aras
27548 462 201,1 0,44
Van (kapalı)
19405 507 133,5 0,26
Dicle
57614 814 437,4 0,54
Ortalama
653
239,3
0,37
Örnek Problem 7)
Alanı 0.01 km
2
olan bir bölgenin yağmur suyu şebekesinin hesabında
dönüş aralığı 5 yıl olan yağış esas alınacaktır, bölgenin geçiş süresi 20 dakika olarak
hesaplanmıştır.Yağış şiddeti-süre-frekans bağıntılarından t
p
=20 dakika ve T=5yıl için
i=100mm/saat olarak belirlenmiştir. Bölgede yerleşme ayrık nizamda olup akış katsayısı
C=0.30 alınacaktır. Buna göre yağmur suyu kanalı hesap debisini belirleyiniz.?
Çözüm:
Rasyonel formülü kullanarak :
i=100 mm/saat = 0.1/3600 m/s
A=0.01 km
2
= 0.01
×10
6
m
2
s
m
CiA
Q
/
083
.
0
10
01
.
0
3600
1
.
0
3
.
0
3
6
=
Χ
Χ
Χ
=
=
Yağmur suyu kanalı 0.083 m
3
/s debiye göre hesaplanacaktır.
39
40
8. HİDROGRAF ANALİZİ
Taşkınların ve kurak devrelerin incelenmesinde ise akımın zaman içindeki değişimini
gösteren hidrografı bilmek gerekir.
Hidrografın Elemanları
Hidrograf bir akarsu kesitindeki akış miktarının (debinin) zamanla değişimini gösteren
grafiktir.Debi genellikle m
3
/s cinsinden ifade edilir, düşey eksende gösterilir.
1.Yükselme
Eğrisi : AB eğrisi boyunca debi zmanla artmaktadır.
2.Tepe
Noktası:Tepe noktası ile hiyetografın ağırlık merkezi arasındaki zaman
aralığına gecikme zamanı denir.
3.Çekilme (alçalma) Eğrisi: BD eğrisi Boyunca debi zamanla azalmaktadır.
Grafik 8.1 Bir Hidrografın Elemanları
Document Outline - Grafik 2.2 Hiyetograf
- Yer Altı Suyunun Beslenmesi Ve Kayıpları
- Akış katsayısı
Dostları ilə paylaş: |