Sunum1 için tıklayınız

YERALTISUYU SİSTEMLERİNİN
TANIMLANMASI:
Yeraltısuyunun Oluşumu ve Dağılımı
Prof. Dr. Mehmet EKMEKÇİ
Hidrojeoloji Yüksek Mühendisi
Hacettepe Üniversitesi
Hidrojeoloji Mühendisliği Programı
ve
Uluslararası Karst Su Kaynakları Araştırma Merkezi
Beytepe Ankara
[email protected]
Su Nedir ?
Özel Bir Madde .....
•Fiziksel Hal: Sıvı
•Kimyasal yapı: Kutupsal-Evrensel Çözücü
•Yoğunluk: Sıvı halde iken katı haldekinden büyük
- Sucul yaşam.....
SUYUN KÖKENİ
YERKÜREDE HİDROLOJİK DÖNGÜ
SONSUZ DÖNGÜ:YENİLENEBİLİR KAYNAK
Yenilenebilir ≠ Sonsuz !
Yenilenebilir ANCAK sonlu !!
Döngü sonsuz ancak kaynak sonludur….
Yenilenme süresi....
Konaklama süresi!!!
Giren=10 birim/zaman
Konaklama Süresi= Depolama/Çıkan
= 1000/10
= 100 zaman birimi
Çıkan=10 birim/zaman
Dikkat: Giren miktardan fazla su çekilirse depolamadaki su tüketilecektir
Beslenme
Doğal Sistemlerde Yenilenme Süresi
Dereler
Akarsular
Nehirler
Sığ Göller
Göller
Derin Göller
Rezervuarlar
Yeraltısuları
Saat
Karst
Gün
Ay
Alüvyon
Akiferler
Yıl
Sedimanter Derin
Akiferler
Akiferler
10 yıl
100 yıl
1000 yıl
YERKÜREDE NE KADAR SU VAR?
Toplam Miktar :
~ 1 400 000 000 km3
Hacim (Km3)
Deniz ve Okyanus 1337475052
Tuzlu Yeraltısuyu 12889655.94
Tuzlu Göl
970189.157
Tatlısu
34649612.75
TOPLAM
1385984510
Hacim (Km3)
Yeraltısuyu
10429533.51
Buzul ve Kalıcı Kar 23769634.52
Yüzey Suları vd. 450444.969
TOPLAM
34649613
Kar Örtüsü
Göller
Toprak Suyu
Bataklıklar
Akarsular
Biyolojik Su
Atmosfer Nemi
TOPLAM
Hacim (Km3)
329095.0944
90359.26078
15810.61841
11351.21322
2027.002361
945.9344349
945.9344349
450535.058
%
96.5
0.93
0.07
2.5
100
%
30.1
68.6
1.3
100
%
73.06
20.06
3.51
2.52
0.45
0.21
0.21
100
Kullanılabilir su
Kullanılamayan su
TOPLAM
Yeraltısuyu
Göller
Akarsular
TOPLAM
Hacim (Km3)
10623120
1375361390
1385984510
Hacim (Km3)
0.9912
0.0086
0.0002
10623120
%
0.0077
0.9923
1
%
99.1234
0.85662
0.01996
1
SORUN: DAĞILIM
Suyun Ana Kaynağı Yağış’ın Dağılımı
Yüzeysuyu-Yeraltısuyu Oluşumunu Denetleyen Jeolojik Birimlerin Dağılımı
Çözüm: Hidrolojik Çevrim Ölçeği
Havza Ölçeğinde Hidrolojik Döngü ve Bileşenleri....
SU KAYNAKLARI ÇALIŞMALARINDA TEMEL BİRİM: HAVZA
HAVZA ÖLÇEĞİNDE HİDROLOJİK ÇEVRİM
HAVZA ÖLÇEĞİNDE HİDROLOJİK ÇEVRİM
Su Kaynakları
Yüzey Suları
Akarsular
Yeraltısuları
Göller
Doğal
Taneli
Göletler
Kırıklı
Basınçlı
(Artezyen)
Soğuk
Karstik
Serbest
Sıcak-Mineralli
Yeraltısuyu Nerede ?
Ne Kadar?
SUYUN YÜZEYALTINDAKİ DAĞILIMI
Toprak Suyu
Doygun
Olmayan
Vadoz)
Zon
Doygun
(Freatik)
Zon
Hava>>Su
P<<<Patm
Film Suyu
Higroskopik Nem
Asılı Su
Hava>Su
P<<Patm
Gravite Suyu
Hava>=Su
P<Patm
Kılcal/Kapiler Saçak
Su>Hava; P~Patm
Yeraltısuyu
P=Patm
Sadece Su
P>Patm
Gözeneklilik: Boşluk Hacminin Toplam Hacime Oranı
VV
n
VT
VV
n  100 
VT
Kesir
Yüzde
Gözeneklilik ve Tane Boyu-Tane Dizilimi İlişkisi
Basit kübik dizilim
.n=1-/6=0,48
Rhombohedral dizilim
.n=1-(2/6) =0,26
Tane boyu sınıflaması
0
µm
2
Kil
Silt
çok
2 - 50
µm
50 - 100
µm
ince
Kum
ince
0.1
0.25
-
mm
orta
0.25
0.50
-
mm
iri
çok iri
0.5 -
1
mm
1-
2
mm
ince
0.6 -
1.9
cm
iri
1.9 -
7.6
cm
Çakıl
Kötü boylanma daha
düşük gözeneklilik
GÖZENEKLİLİK TÜRLERİ
İyi Boylanmış-Yüksek Gözeneklilik
Kötü Boylanmış-Düşük Gözeneklilik
İyi Boylanmış-Gözenekli Taneler
Yüksek Gözeneklilik
Çözünme-Karstik/İkincil Gözeneklilik
Kötü Boylanmış-İkincil Mineral Çökelimi Kırık-Çatlak/İkincil Gözeneklilik
Çok Düşük Gözeneklilik
Doğal Malzemelerin Gözeneklilikleri
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kum&Çakıl
- % 20 -% 50
Till
- % 10 -% 20
Silt
- % 35 -% 50
Kil
- % 33 -% 60
Kırıntılı sedimanlar,
- % 3 -% 30
tipik olarak
Kireçtaşı
-  % 1 -% 30
Bazalt
- % 1 -% 12
Tüf
- % 14 -% 40
Pomza
- % 87’e kadar
Kırıklı kristalen kayaç
- %1 -%5
Alınabilecek Su
Ne Kadar?
GÖZENEKLİLİK-ETKİN GÖZENEKLİLİK
Etkin Gözeneklilik-Moleküler Çekim Kuvvetleri
Killerde Çift Katman Yapısı
KİL
H2O
H2O
Na+
H2O
H2O
H2O
H2O
Na+
H2O
H2O
H2O
H2O
Na+
KİL
H2O
H2O
Ca
H2O
H2O
Na
+
H2O
H2O
H2O
H2O
Na
+
H2O
KİL
++
++
Ca
Ca
++
H2O
H2O
H2O
+
Na
H2O
H2O
KİL
Ca++
Ca++
GÖZENEKLİLİK-ETKİN GÖZENEKLİLİK
ÖZGÜL YÜZEY ALANI
Kenar Uzunluğu
1 cm
0.1 cm
0.01 cm
0.001 cm
1
0.1 
0.01 
1 m
Küp Sayısı
1
1000
1000000
1000000000
1000000000000
1015
1018
1021
Toplam Yüzey
6
cm2
60
cm
600
cm2
6000
cm2
6
m2
60
m2
600
m2
6000
m2
Etkin Gözeneklilik-Özgül Verim
Özgül Verim
Sy = Vw / VT
Sy = özgül verim
Vw = yerçekimi etkisi ile alınabilen
su hacmi (L3)
VT = toplam hacim (L3)
Özgül Tutma
Sr = Vr / VT
Sr = özgül tutma
Vr = kılcal kuvvetlerle gözeneklerde tutulan
su hacmi (L3)
VT = toplam hacim (L3)
Gözeneklilik-Özgül Verim-Özgül Tutulma
Tane Boyu İlişkisi
Vb Vr  V y Vr V y
n



 Sr  S y
VT
VT
VT VT
Doğal Ortamlarda
Gözeneklilik
Malzeme
Gözeneklilik (%)
İri çakıl
İnce çakıl
İri kum
İnce kum
Silt
Kil
24-36
25-38
31-46
26-53
34-61
34-60
SEDİMANTER ÇÖKEL
SEDİMANTER KAYAÇ
Kumtaşı
Silttaşı
Kireçtaşı, dolomit
Karstik kireçtaşı
Şeyl
KRİSTALEN KAYAÇLAR
Kırıklı kristalen kayaçlar
Yoğun kristalen kayaçlar
Bazalt
Ayrışmış granit
Ayrışmış gabro
5-30
21-41
0-20
5-50
0-10
0-10
0-5
3-35
34-57
42-45
Toplam Gözeneklilik (%)
Etkin Gözeneklilik (%)
Anhidrit
0.5-5
0.05-0.5
Tebeşir
5-20
0.05-0.5
Kireçtaşı, dolomit 5-15
0.1-5
Kumtaşı
5-15
0.5-10
Şeyl
1-10
0.5-5
Tuz (Halit)
0.5
0.1
Granit
Kırıklı
kristalen kayaç
0.1
0.0005
-
0.00005-0.01
Nerede ?
Ne kadar ?
Alınabilecek Miktar?
2 km2 alan
10 m kalınlık
0.2 etkin gözeneklilik
Su Hacmi:
V=2x106 m2*10m*0.2=4x106 m3
=127 l/s 1 yıl boyu
Kuyu bu suyu bu “hızda” sağlayabilecek midir?
Yoksa pompajdan kısa bir süre sonra kuyuda
su seviyesi hızla düşerek kuyu “kuruyacak” mıdır?
Neden?
Soru:
“gözenekli ortam depoladığı suyu hangi oranda veya
daha doğru bir terimle hangi debi ile verebilmektedir?”
“kuyuda ve rezervuarda yeraltısuyu seviyesindeki
belirli bir düşüme karşılık rezervuarın suyu verebileceği
debi nedir”
Debi: Birim kesit alanından birim zamanda geçen su miktarı
Akarsularda debi
Hız x Alan
(Q=V.A)
Alan ? Geometri…
Hız?
Yüzeysuyu  doğrudan
Yeraltısuyu ???
DARCY YASASI
AKIŞKANIN GÖZENEKLİ ORTAMLARDAKİ HAREKETİ: DARCY YASASI
Q a h1-h2
Q
h1-h2
q=Q/A
Q=K.İ
K: Hidrolik iletkenlik
(Geçirgenlik)
h1-h2/L
Q=Özgül debi=Darcy Hızı
h1-h2/L=i= Hidrolik Gradyan
Hidrojeolojik Birimler
Akifer: Su taşır ve su iletir
Çakıl, kum, kumtaşı, karstik kireçtaşı vbg.
Akitard: Su taşır ve suyu az iletir
Killi ince kum, Killi siltli kum, Silt vbg.
Akiklüd:
Su taşır ve suyu iletmez
Kil, Siltli Kil.
Akifüj: Suyu ne taşır ne de iletir
Granit, Şist, Diyabaz vbg.
AKİFER TÜRLERİ
Serbest akifer
Basınçlı akifer
AKİFER TÜRLERİ
Tünek akifer
Yarı-Basınçlı akifer
AKİFER TÜRLERİ
Jeoloji Bilgilerinin
Hidrojeoloji Bilgisine
Dönüştürme
JEOLOJİK YAPININ HİDROJEOLOJİYE ETKİLERİ
Stratigrafi
İstiflenme
Litoloji
Geometri
Uyumsuzluk
Farklı hidrolik iletkenliğe sahip birimlerin yanyana gelmesini saağlar
Hidrojeolojik birimlerin devamlılığı ve yayılımını
Yeraltısuyu akım yönünü denetler
Yeraltısuyu beslenimi-boşalımını denetler
Yapısal Unsurlar
Kıvrımlar
Faylar
Eklem ve Kırıklar
Jeomorfolojik Yapılar
Topografya
Toprak
Karst
Petrojenik Özellikler
Litolojik Birimlerin Hidrojeolojik Özelliklerini Etkileyen
Jeolojik Faktörler
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Litojoli Türü
Oluşum Ortamı
Derinlik
Diyajenez/metamorfizma derecesi
Yapısal Gelişim
Yaşı
Litostratigrafik konumu
Yayılım
Kalınlık
Mostra (beslenme) alanı
KAYAÇLAR
Mağmatik
İkincil Birincil
Üçüncül
Gözeneklilik
Derinlik
Yüzey
Sedimanter
Kırıntılı
Organik
Metamorfik
Kimyasal
Basınç
Sıcaklık
Oluşum Ortamı
Oluşum Ortamlarının
Hidrojeolojiye Etkileri
Yayılım
Kalınlık
Homojenlik
Denizel
Neritik-Sığ
Abisal-Derin
Batiyal-Çok Derin
Denizel Ortam-Geniş Yayılımlı-kalın-Homojen
Karasal
Geçiş
Gölsel
Fluviyal
Kaynak ürünü
Lagün
Delta
Derinlik
Sıkışma
Tanelerarası boşluk azalması
Yeniden kristallenme
Tanelerarası-kırık dolgusu
Athy (1930) n=n0e-az
Diyajenez/Metamorfizma Derecesi
Diyajenez
Sıkılaşma
Taşlaşma
Metamorfizma
Sıcaklık
Basınç
Yapısal Gelişim
Uyumsuzluk
Farklı hidrolik iletkenliğe sahip birimlerin
yanyana gelmesini sağlar
Hidrojeolojik birimlerin devamlılığı ve yayılımını
Yeraltısuyu akım yönünü denetler
Yeraltısuyu beslenimi-boşalımını denetler
UYUMSUZLUK VE HİDROSTRATİGRAFİ
UYUMSUZLUK VE HİDROSTRATİGRAFİ
UYUMSUZLUK VE HİDROSTRATİGRAFİ
Yapısal Gelişim
Tektonik
Kıvrımlar
Faylar
Eklem ve Kırıklar
KIVRIMLANMA
FAY DENETİMLİ YAPILAR
Yaş
Derinlik
Metamorfizma
Tektonizma
Litostratigrafik Konum
Kalınlık-Yayılım
İstiflenme
Ardalanma
Mostra Alanı
Yüzeyde Yayılım
Beslenme Alanı
Akiferin Göreceliği?
AKİFER KAVRAMININ GÖRECELİĞİ
Karstik Boşluk
Fasiyes Değişimi
Fay
Antiklinal Ekseni
İntrüzyon
Yapı ve Fasiyes
Gömülü Topoğrafya
Resif
Kırık Zonu
Gömülü Bazalt Akıntısı
EK-1. Pınargözü Karacahisar Kaynağı ve Yakın Dolayının Jeoloji Haritası
Koçular Trke
Katipköy
Mehmetkırı T.
L
Ky
Trda
Jkkar
TrJü
Trk
Tpp
L
Akkaya T.
Jkka
Jkd
Qay
L
Trkt
Trky
Trkg
L
Kk
Karacahisar
Trag
Ke
Öbektaş (Mah.)
L
DİPPOYRAZ
DEDEGÖL
Köyü
KbaKba
Pınargözü kaynağı
Eldere (Mah)
Trk
Küçükdağ T.
Cka
Qm
TrJü
Co
Trkku
Cka
TrmTrl
Qym
Trbd
0
Trbd
Menteşe (Mah.)
Co
Belence
Eos
EcEz
Cg
Trd
Trmu
Musluyayla
(Mvk.)
Trmu
Co
Gökovataşı T.
Trkg
Trba Kocaosman (Mah.)
Trh
Cka
Trh
Ez
Peb
Qm
Gök T.
Trba
Pes
Güneyce (Mah)
Qym
Cg
Es
Eos
Eos
Cg
Trko
Yukarıyaylabel
Trkkl
Peb
Trk
Karapınar
(Mah)
Trmu
Trka
Cg
Trm
Cg
KUYUCAK DAĞI
Trkd
Trk
Trkb
K
Cg
Trky
Ayvapınar (Mah.)
L
Ke
Tma
Tma
Aşağıyaylabel
Kırkkavak fayı
Jkba
Ky
DAĞI
DAĞI
Ky
Jkt
Tra
Traç
TpçKtos
Akçal T.
Jkk
(Şenel, 1997’den alınmıştır)
Ölçek: 1/100 000
5 km
YERALTISUYU DAĞILIMI: HİDROLİK YÜK DAĞILIMI
HİDROLİK YÜK DAĞILIMI
HİDROLİK YÜK DAĞILIMI
Gözenekli Ortamlarda Hidrolik Yükün Ölçülmesi
Doygun Ortam-Piyezometre
H=f=h+z
Gözenekli Ortamlarda Hidrolik Yükün Ölçülmesi
Kuyu mu? Piyezometre mi?
H=f=h+z
AKIŞ HALİNDE YÜK KAYBI
fA=hA+zA
fB=hB+zB
fA=20+395 =415 m
fB=16+395 =411 m
Gradyan=i= Df/Dx
i(f1-f2)/L= ((h1+z)-(h2+z))/L=(h1-h2)/L
i=(415-411)/500=(20-16)/500=0.008
hA + zA =hB + zB + hL
AKIŞ HALİNDE YÜK KAYBI
Düşey Yönde Akım
Akım yönü
Akım yönü
hA + zA =hB + zB + hL
ARA