Yer altı suları, okyanuslar, denizler, atmosfer ve karalar arasında dönen büyük su döngüsünün temel halkalarından biridir. Atmosferden düşen yağışın bir kısmı bitkilerce kullanılır, bir kısmı yüzey akışına katılır; kalan kısmı ise uygun koşullarda zeminden süzülerek yer altına iner ve yer altı sularını besler.
Yer Altı Suyunun Nerede ve Nasıl Bulunur?
Yer altına sızan suyun bir bölümü daha derinlere ilerleyerek geçirimli kayaçların gözenek, yarık ve çatlaklarını tamamen doldurur. Altında geçirimsiz bir zonla sınırlanan bu su kütlesi, dar anlamıyla taban suyu ya da asıl yer altı suyu olarak adlandırılır. Bu ana su kütlesinin üst yüzeyi su tablasıdır.
- Suya doygun zon (satürasyon zonu): Kayaç boşluklarının tümünün suyla dolu olduğu bölgedir.
- Havalanma zonu (aerasyon zonu): Su tablasıyla yer yüzeyi arasındaki, boşlukların kısmen su, kısmen hava ile dolu olduğu bölgedir. Bu zon üç kuşaktan oluşur:
- Toprak nemi kuşağı: Suyun bir kısmı bitkilerce kullanılır, bir kısmı buharlaşır; bir bölümü de altındaki ara kuşağa sızarak asılı suyu oluşturur. Zemine moleküler çekimle sıkı bağlanmış ve bitkilerce dahi kullanılamayan suya hidrospopik nem denir.
- Ara kuşak: Her yerde oluşmayabilir; yoksa toprak nemi kuşağı doğrudan kılcal su kuşağıyla komşu olur.
- Kılcal su kuşağı: Su, kılcallık nedeniyle su tablasından yukarı doğru yükselir. Yükselme miktarı birkaç santimetreden 3–3.5 metreye kadar değişebilir ve kılcal boşluk çapı büyüdükçe yükselme azalır. Örneğin:
- Çok kaba kumda: ~20 cm ve hızlı
- Kilde: >200 cm, ancak oldukça yavaş
Su Tablası (Yer Altı Suyu Seviyesi)
Su tablası, suya doygun zonun üst yüzeyidir ve havalanma zonunu bu bölgeden ayırır. Tamamen yatay değildir; genel olarak yüzey şekillerine uyar:
- Sırt, tepe ve interflüvlerin altında yükselir.
- Vadilerin ve çanakların altında alçalır.
- Yoğun su çekilen kuyular çevresinde ters koni biçimli bir çöküntü oluşur: bu alçalma konisidir.
Su tablasının yüzey şekillerine uyumunu basitçe şöyle düşünebiliriz: Başlangıçta homojen, geçirimli bir katman üzerinde yer altına sızan yağmur suları, geçirimsiz zonun üstünde birikerek yatay bir su tablası oluşturur. Su tablası vadilere ulaştığında vadiler aracılığıyla boşalma başlar ve bu alanlarda seviye düşerken, tepe ve sırt altlarında sızma ve kılcallıkla seviye yükselir. Zamanla su tablası giderek arazinin dalgalı biçimine benzer bir şekil alır.
Su tablasının yüksekliği, beslenme ve boşalma dengesine göre değişir:
- Beslenmenin arttığı (yağışlı, buharlaşma ve terlemenin düşük olduğu) dönemlerde su tablası yükselir.
- Boşalmanın arttığı (sıcak-kurak, buharlaşma ve terlemenin yüksek olduğu, akarsu akımlarının azaldığı; ayrıca sulama ve kullanım için pompajın fazla olduğu) dönemlerde su tablası düşer.
Yer Altı Suyu Bilançosu: Beslenme ve Boşalma
Serbest akiferler için yer altı suyu gelir-gider unsurları özetle şöyledir:
- Beslenme (Gelir)
- Yağıştan sızma
- Akıştan (akarsu) sızma
- Kar ve buzul erimeleri
- Göl tabanlarından sızma
- Yapay beslenme
- Boşalma (Gider)
- Buharlaşma
- Terleme
- Kaynaklar yoluyla boşalma
- Kuyulardan su çekimi
- Akarsu tabanlarına kaçaklar
- Göl tabanlarına kaçaklar
Su Tablası Haritaları ve Hidrolik Eğim
Su tablasındaki seviye değişimlerini görmek için eş yer altı suyu seviyesi eğrilerini içeren su tablası haritaları hazırlanır. Bu haritalardan:
- Akış yönü, yüksek değerli eş eğrilerden düşük değerlilere doğrudur.
- Hidrolik eğim ii, akış doğrultusunda birim yatay mesafedeki seviye düşümüdür:
i=hli=lh
Burada hh, su tablası üzerindeki iki nokta arasındaki seviye farkı; ll ise bu noktalar arasındaki yatay mesafedir.
- Eş eğrilerin sıklaştığı yerler, genellikle hidrolik eğimin yüksek ve geçirgenliğin düşük olduğu kesimlerdir (ör. geçirimsiz mercekler, kil seviyeleri, kırık-fay zonları, ya da alttaki geçirimsiz tabanın engebeliliği).
- Daire biçimli kapalı eğriler, su tablasının tepe (merkeze doğru değer artar) ya da çanak (merkezden çevreye doğru değer azalır) yaptığı alanları gösterir.
Yer altı suyu seviyeleri, sahadaki kuyularda ölçülür ve genellikle ortalama deniz seviyesi (0 m) referans alınarak belirlenir. İşlem sırası:
- Kuyu ağzının deniz seviyesine göre yüksekliği ölçülür.
- Kuyudaki su derinliği belirlenir.
- İkisinin farkı, o kuyudaki yer altı suyu seviyesini verir.
Yer Altı Sularının Kaynakları
Yer altı suları üç ana kökenden beslenir:
a) Meteorik Sular (Meteoric Water, Vadoz Sular)
Atmosferden yağışla (yağmur, kar) gelen sulardır. Doğrudan zeminden sızarak veya dolaylı biçimde akarsu, göl ve baraj tabanlarından yer altına geçerek akiferleri beslerler. Yüzeyden yer altına geçişe sızma (infiltrasyon) denir. Birim zamanda zeminin alabileceği en yüksek su miktarı sızma kapasitesidir. Bu değer:
- Saha düzeyinde, yağıştan; yüzeysel akış, buharlaşma, terleme, bitki örtüsü tarafından tutulma, göllenme ve kullanım gibi kayıplar çıkarılarak yaklaşık hesaplanabilir.
- Laboratuvarda, lizimetre ve infiltrometre gibi düzeneklerle ölçülebilir.
Sızmayı belirleyen başlıca etmenler:
- Yerçekimi ve kılcallık
- Gözeneklilik ve geçirimlilik (boşluk oranı ve boşluk boyutu/bağlılığı)
- Yağışın miktarı ve şiddet-süresi (sürekli, düşük şiddetli yağış sızmayı artırır)
- Yüzey eğimi (düşük eğim, daha uzun bekleme süresi ve daha fazla sızma)
- Zeminin başlangıç nemi (önceden ıslak/doygun zemin sızmayı azaltır)
- Donmuş zemin (sızmayı azaltır)
- Şehirleşme (asfalt-beton yüzeyler sızmayı düşürür)
- Bitki örtüsü (yüzey akışını azaltır, toprağı darbeye karşı korur, gözenekliliği destekler; buna karşın bir kısmını ara yüzeyde tutar)
b) Jüvenil Sular (Juvenile Water)
Kökeni yerin iç kesimlerindedir. Magmanın kabuk içinde soğuyup katılaşması sırasında içerdiği su buharının yoğunlaşmasıyla oluşan sulardır.
c) Rejenere Sular (Connate Fluids)
Metamorfizma süreçleriyle ilişkilidir. İki yolla açığa çıkarlar:
- Metamorfizmaya uğrayan tortul kayaçların gözeneklerinin çok azalmasıyla (yaklaşık %1’e kadar) boşluklardan dışlanan sular.
- Sulu silikat minerallerinin kuru silikat minerallerine dönüşmesi sırasında kristal yapıdan ayrılan sular.