Yeraltı Suyu
Yeraltı suyu önemli bir tatlı su kaynağıdır. Yerin altında her yerde farklı derinliklerde bulunabilir, ancak çıkarılabilir miktar ve kalite ile sınırlıdır.
Gözeneklilik ve Geçirgenlik
Akifer, çıkarılabilir yeraltı suyu içeren bir kaya birimidir. İyi bir akifer hem gözenekli hem de geçirgen olmalıdır. Gözeneklilik, taneler arasında su tutabilen boşluktur ve kayanın toplam hacmindeki açık alan yüzdesi olarak ifade edilir. Geçirgenlik, suyun akifer içinde hareket etmesini sağlayan boşlukların bağlantısından kaynaklanır. Gözeneklilik, volkanik kayaçlarda kum taneleri veya kesecikler arasındaki boşluk olarak birincil gözeneklilik veya kayadaki kırıklar veya çözünmüş boşluklar olarak ikincil gözeneklilik olarak ortaya çıkabilir). Sedimanların litleşmesi sırasında sıkışma ve çimentolanma gözenekliliği azaltır.
Su tutma yeri (gözeneklilik) ve suyu hareket ettirme kabiliyetinin (geçirgenlik) birleşimi iyi bir akiferi oluşturur; yeraltı suyunun çıkarılmasına izin veren bir kaya birimi veya tortu. İyi sıralanmış sedimanlar daha yüksek gözenekliliğe sahiptir çünkü daha büyük parçacıklar arasındaki boşlukları dolduran daha küçük sediman parçacıkları yoktur. Killerden oluşan şeyller genellikle yüksek gözenekliliğe sahiptir, ancak gözenekler zayıf bir şekilde bağlanmıştır, bu nedenle düşük geçirgenliğe neden olur.
Geçirgenlik, gözenekli bir malzemenin suyu iletme kabiliyetinin önemli bir ölçüsü olsa da, hidrolik iletkenlik jeologlar tarafından bir sıvının ne kadar kolay iletildiğini ölçmek için daha yaygın olarak kullanılır. Hidrolik iletkenlik hem gözenekli malzemenin geçirgenliğini hem de suyun ya da petrol veya gaz gibi iletilen sıvının özelliklerini ölçer. Hidrolik iletkenlik aynı zamanda akışkanın viskozite gibi özelliklerini de ölçtüğünden, hem petrol jeologları hem de hidrojeologlar tarafından hem petrol rezervuarlarının hem de akiferlerin üretim kapasitesini tanımlamak için kullanılır. Yüksek hidrolik iletkenlik, sıvının bir akiferden hızla geçtiğini gösterir.
Akiferler
Akiferler, suyun hem içinde tutulmasına hem de hareket etmesine izin vermek için yeterli gözeneklilik ve geçirgenliğe sahip kaya katmanlarıdır. Kaya veya tortunun bir akifer olarak kabul edilebilmesi için gözeneklerinin en azından kısmen suyla dolu olması ve suyu iletebilecek kadar geçirgen olması gerekir. İçme suyu akiferleri de içilebilir su içermelidir. Akiferler, geniş bölgeleri kapsayan birkaç formasyondan sınırlı bir alanda yerel bir formasyona kadar ölçek olarak önemli ölçüde değişebilir. Su temini için yeterli olan akiferler hem geçirgen, hem gözenekli, hem de içilebilir niteliktedir.
Yeraltı Suyu Akışı
Yüzey suyu toprağa sızdığında veya süzüldüğünde, genellikle vadoz bölge veya havalanma bölgesi olarak da adlandırılan doymamış bölgeye girer. Vadoz zon, arazi yüzeyi ile gözenek boşluklarının tamamen suyla dolu olmadığı doygunluk bölgesi arasındaki jeolojik malzeme hacmidir. Bitki kökleri üst vadoz bölgede yaşar ve gözeneklerdeki sıvı basıncı atmosferik basınçtan daha düşüktür. Vadoz bölgenin altında kılcal saçak bulunur. Kapiler saçak, vadoz zonun altında gözeneklerin tamamen suyla dolu olduğu (doygunluk), ancak sıvı basıncının atmosferik basınçtan daha az olduğu genellikle ince bölgedir. Kılcal saçaktaki gözenekler, yapışma ve kohezyonun bir kombinasyonu nedeniyle meydana gelen kılcal hareket nedeniyle dolmaktadır. Kılcal saçağın altında, gözeneklerin tamamen doymuş olduğu ve gözeneklerdeki sıvının atmosferik basınçta veya üzerinde olduğu doymuş bölge veya freatik bölge bulunur. Kapiler saçak ile doymuş bölge arasındaki ara yüzey, su tablasının yerini işaret eder.
Kuyular, akiferden su çıkarmak, ölçmek ve bazen de akifere su eklemek için akiferlere açılan ve zemine uzanan kanallardır. Kuyular genellikle jeologların ve hidrologların arazi yüzeyinden yeraltı suyuna olan derinliği ölçme ve akiferlerden su çekme yöntemidir.
Su, sedimanlardaki ve ana kayadaki gözenek boşlukları boyunca bulunur. Su tablası, gözeneklerin su ile tamamen doygun olduğu alandır. Su tablasının en basit durumu akiferin sınırlandırılmamış olmasıdır, yani üzerinde sınırlandırıcı bir katman yoktur. Sınırlayıcı katmanlar, sınırlayıcı katmanın altında daha yüksek bir kotta yeniden şarj olan suyu hapsederek akiferleri basınçlandırabilir ve akiferin tepesinden daha yüksek ve bazen arazi yüzeyinden daha yüksek bir potansiyometrik yüzeye izin verir.
Sınırlayıcı tabaka, bir akiferin üstünde ve/veya altında bulunan ve suyun akiferin içine ve dışına hareket etmesini kısıtlayan düşük geçirgenlikli bir tabakadır. Sınırlayıcı katmanlar arasında, içlerinden su geçmeyecek kadar geçirimsiz olan akiklüdler ve suyun içlerinden geçme hızını önemli ölçüde azaltan akitardlar bulunur. Potansiyometrik yüzey, basınçlı akifer sistemine nüfuz eden bir kuyuda suyun yükseleceği yüksekliği temsil eder. Basınçlı akifer sistemindeki faylar veya kuyular gibi kırılmalar, artezyen kuyuları olarak da bilinen kaynaklara veya akan kuyulara neden olabilir.
Hidrostatik basınç, su tablasının yüzeyi boyunca atmosferik basınca eşit olduğundan, su tablası genellikle yüzey topografyasını daha hafif olsa da yansıtacaktır. Eğer su tablası yer yüzeyini keserse, sonuç olarak yüzeyde su, bir alıcı akarsu, kaynak, göl veya sulak alan şeklinde ortaya çıkacaktır. Su tablası, alıcı akarsular için geçer ve bu akarsular daha sonra su tablasından su kazanır. Kaybolan akarsuların kanalları su tablasının altında yer alır, dolayısıyla kaybolan akarsular su tablasına su kaybeder. Kaybolan akarsular kurak bir mevsimde mevsimlik olabileceği gibi, normalde kuru olabilecekleri ve sadece yağmur fırtınalarından sonra su taşıyabilecekleri kurak iklimlerde geçici de olabilir. Geçici akarsular kuru iklimlerde ciddi bir ani sel tehlikesi oluşturur.
Jeologlar kuyuları kullanarak su tablasının yüksekliğini ve potansiyometrik yüzeyi ölçerler. Zaman içinde yeraltı suyuna olan derinliğin grafikleri hidrograf olarak bilinir ve zaman içinde su tablasındaki değişiklikleri gösterir. Kuyu suyu seviyesi birçok faktör tarafından kontrol edilir ve çok sık, hatta her dakika, mevsimsel olarak ve daha uzun süreler boyunca değişebilir.
1856 yılında Fransız mühendis Henry Darcy, gözenekli bir ortamdaki deşarjın geçirgenlik, basınç ve kesit alanı tarafından nasıl kontrol edildiğini göstermek için bir hipotez geliştirdi. Bu ilişkiyi kanıtlamak için Darcy, içinden su akan paketlenmiş tortu tüpleriyle deneyler yaptı. Deneylerinin sonuçları, Darcy yasası olarak bilinen hidrolik iletkenlik ve deşarjın nicel bir ölçüsünü ampirik olarak oluşturmuştur. Darcy Yasası tarafından tanımlanan ilişkiler, ısı iletimi alanındaki Fourier yasası, elektrik şebekeleri alanındaki Ohm yasası veya difüzyon teorisindeki Fick yasası ile yakın benzerliklere sahiptir.
Q=KA(Δh/L)
- Q = akış (hacim/zaman)
- K = hidrolik iletkenlik (uzunluk/zaman)
- A = akışın kesit alanı (alan)
- Δh = basınç yüksekliğindeki değişim (basınç farkı)
- L = basınç (h) ölçümleri arasındaki mesafe (uzunluk)
- Δh/L genellikle hidrolik gradyan olarak adlandırılır
Sınırlandırılmamış bir akiferden su pompalamak su seviyesini düşürür. Kapalı bir akiferden su pompalamak, kuyu çevresindeki basıncı ve/veya potansiyometrik yüzeyi düşürür. Sınırlandırılmamış bir akiferde, kuyunun yakınındaki akiferden su çekildikçe su tablası alçalır ve bir çöküntü konisi oluşur (bkz. Şekil 11.34). Kapalı bir akiferde, bir artezyen kuyusuna pompalama yapılması kuyu çevresindeki basıncı veya potansiyometrik yüzeyi düşürür.
Bir çöküntü konisi başka bir çöküntü konisiyle veya geçirimsiz bir dağ bloğu gibi bir bariyer özelliğiyle kesiştiğinde, çöküntü yoğunlaşır. Bir çöküntü konisi bir şarj bölgesiyle kesiştiğinde, çöküntü konisi azalır.
Yeniden Şarj Etme
Şarj alanı, yüzey suyunun infiltrasyon süreci yoluyla bir akifere girdiği yerdir. Deşarj alanları genellikle bir akiferin topografik olarak yüksek yerleridir. Akiferin içine sızmaya izin veren akarsu ve geçirgen kaya kaybı ile karakterize edilirler. Şarj alanları yeraltı suyu akış yollarının başlangıcını işaret eder.
Havza ve Sıradağlar Bölgesi'nde, vadilerin konsolide olmayan akiferleri için şarj alanları dağ etekleri boyunca uzanmaktadır. Tuz Gölü Vadisi'nin eteklerinde, akarsular eski Bonneville Gölü'nün çakıl bakımından zengin deltaik çökeltilerine su katkısında bulunur ve bazı durumlarda Tuz Gölü Vadisi'ndeki artezyen kuyularını besler.
Bir akifer yönetimi uygulaması, depolama ve geri kazanım yoluyla yeniden şarjı teşvik etmektir. Jeologlar ve hidrologlar, enjeksiyon kuyuları ve infiltrasyon galerileri veya havzaları kullanarak bir akifer sistemindeki yeniden şarj oranını artırabilirler. Enjeksiyon kuyuları suyu depolanabileceği bir akifere pompalar. Enjeksiyon kuyuları, enjekte edilen suyun akiferdeki mevcut yeraltı suyunun kalitesini veya arzını olumsuz etkilememesini sağlamak için eyalet ve federal hükümetler tarafından düzenlenir. Bazı akiferler önemli miktarlarda su depolayabilir ve bu da su yöneticilerinin akifer sistemini bir yüzey rezervuarı gibi kullanmasına olanak tanır. Su, su talebinin düşük ve su arzının yüksek olduğu dönemlerde akiferde depolanır ve daha sonra su talebinin yüksek ve su arzının düşük olduğu zamanlarda çıkarılır.
Tahliye
Deşarj alanları, su tablasının veya potansiyometrik yüzeyin arazi yüzeyiyle kesiştiği yerlerdir. Deşarj alanları yeraltı suyu akış yollarının sonunu işaret eder. Bu alanlar, Amerika Birleşik Devletleri'nin batısındaki Basin and Range Eyaleti'nin kuru vadi havzalarındaki kaynaklar, akan (artezyen) kuyular, akarsular ve playalar ile karakterize edilir.
Yeraltı Suyu Madenciliği ve Çökme
Gezegenimizdeki diğer doğal kaynaklar gibi, tatlı ve içilebilir su miktarı da sınırlıdır. Karadaki tek doğal su kaynağı, yağış şeklinde gökyüzünden gelmektedir. Birçok yerde, yeraltı suları yenilenenden daha hızlı çekilmektedir. Yeraltı suyu yeniden şarj edilenden daha hızlı çekildiğinde, yeraltı suyu seviyeleri ve potansiyometrik yüzeyler düşer ve deşarj alanları azalır veya tamamen kurur. Bölgesel pompalama kaynaklı yeraltı suyu azalması, yeraltı suyu madenciliği veya yeraltı suyu aşırı çekimi olarak bilinir. Yeraltı suyu madenciliği ciddi bir durumdur ve kuyuların kurumasına, kaynak ve dere akışının azalmasına ve çökmelere yol açabilir. Yeraltı suyu madenciliği, yağışlarla yenilenenden daha fazla suyun pompalanarak çıkarıldığı ve su tablasının sürekli olarak alçaldığı yerlerde gerçekleşmektedir. Bu durumlarda, yeraltı suyu bir cevher kütlesi olarak görülmeli ve tükenmesi halinde hayalet kasabalar üretme olasılığı göz önünde bulundurulmalıdır.
Birçok yerde su, akiferdeki taneciklere uyguladığı su basıncı sayesinde akiferin iskeletini ayakta tutmaya yardımcı olur. Bu basınca gözenek basıncı denir ve üstteki suyun ağırlığından kaynaklanır. Yeraltı suyu madenciliği nedeniyle gözenek basıncı azalırsa, akifer sıkışarak yer yüzeyinin batmasına neden olabilir. Bu etkiye özellikle duyarlı alanlar, konsolide olmayan tortulardan oluşan akiferlerdir. Birden fazla kil ve diğer ince taneli malzeme katmanlarına sahip konsolide olmamış sedimanlar daha yüksek risk altındadır çünkü su tahliye edildiğinde kil önemli ölçüde sıkışır.
Utah'ın güneybatısında, özellikle de Cedar Vadisi, Iron County, Utah'ta yeraltı suyu madenciliğinden kaynaklanan çökmeler belgelenmiştir. Cedar Vadisi'nin bazı bölgelerinde yeraltı suyu seviyeleri 100 fitten fazla düşerek toprak çatlaklarına ve ölçülebilir miktarda arazi çökmesine neden olmuştur.
Bu fotoğraf, Kaliforniya'daki Central Valley'de sulama için yeraltı suyunun pompalanmasından kaynaklanan çökme belgelerini göstermektedir. Direk, yeraltı suyunun belirli bir süre boyunca pompalanmasından kaynaklanan çökmeyi göstermektedir.
Yorumlar
Yorum Gönder