02 Ikinci Bölüm Hidrolojik Çevrim

İKİNCİBÖLÜM

HİDROLOJİK ÇEVRİM

Hidrosferde gerçekleşen buharlaşma, yağış, sızma ve akış olayları arasındaki dinamik denge hidrolojik çevrimi oluşturur. Hidrolojik çevrim çok basitleştirilmiş bir biçimde, suyun okyanus ve denizlerden buharlaşarak atmosfere geçmesi, yağışlarla yeryüzüne düşmesi ve karalar üzerinde toplanıp tekrar deniz ve okyanuslara dönmesi süreci olarak tanımlanabilir. Doğada oluşan gerçek çevrim, bu tanımla anlatılmak istenenden çok daha karmaşıktır. Bu karmaşıklığa aşağıdaki nedenler gösterilebilir:

2.1. Hidrolojik Çevrimin Elemanları

Hidrolojik çevrimi meydana getiren iki temel unsur olan yağış ve buharlaşmanın oluşması , özellikle ısı alışverişiyle bağlantılı olduğundan, hidrolojik olaylar atmosferdeki çok karmaşık termodinamik olaylar tarafından etkilenmektedir. Böylece hidrolojik çevrimin her aşamasında önceden hesaplanabilir (deterministik) unsurların yanı sıra, önemli boyutlara varan bir rasgele(stokastik) unsur da egemen olmaktadır.


a) Zaman süresince, hidrolojik çevrimde önemli değişimler gözlenebilir. Kurak dönemlerde hemen tümüyle duran çevrim, sulak dönemlerde sürekli bir hal alır.

b) Çevrimin şiddeti ve dönüş hızı, coğrafi ve iklimsel özelliklere göre değişim gösterir. Bunun en önemli nedeni, güneşten gelen enerjinin yeryüzünde enlem derecelerine ve mevsimlere göre farklı dağılımıdır.

c) Hidrolojik çevrimin çeşitli aşamalarında kısa devreler olabilir. Örneğin, yağışlar doğrudan doğruya denizlere, göllere veya akarsulara düşebilir veya yağışlar akıma geçmeden kara yüzeyinden doğrudan buharlaşabilir.


Şekil 1'de hidrolojik çevrim basitleştirilmiş bir şekilde şematik olarak gösterilmiştir.

Yerçekirdeğinden kaynaklanan az miktardaki radyoaktif enerji ve ısı transferi dışında hidrolojik çevrim için gerekli olan enerjiyi güneş sağlar. Güneşin yer yüzüne verdiği toplam güç 1.73x1017 J/s'dir. Güneşten gelen kısa dalgalı ışınım enerjisinin %30'u atmosferden yansıyarak uzaya geri döner, %47'si atmosfer veya yeryüzünde soğurularak uzun dalgalı ışınım (ısı) enerjisine dönüşür ve sonuçta bu şekliyle yerkürenin ısı kaybı olarak uzaya geri döner. Gelen toplam enerjinin %23'ü ise yeryüzündeki suları buharlaştırarak ve su buharı içeren hava kütlelerini ısıtıp harekete geçirerek hidrolojik çevrimi başlatır. Böylece yeryüzüne ulaşan net güneş enerjisinin yaklaşık üçte birinin hidrolojik çevrimde kullanıldığı görülmektedir.


Hidrolojik çevrimin incelenmesine herhangi bir noktadan başlanabilir. Burada hidrolojik çevrimin elemanları aşağıdaki sıra izlenerek incelenecektir.

Buharlaşma ve terleme Atmosferdeki su Yağış Akış


a) Buharlaşma ve terleme: Deniz ve okyanuslardan bir yılda 3.51x1017 kg su buharlaşır. Buharlaşan suyun yaklaşık %90' ı okyanus ve denizlere yağışlarla doğrudan geri döner. Kalan yaklaşık %10'luk kısım atmosferdeki hareketler aracılığıyla taşınarak kara kütleleri üzerine düşer. Yeryüzünde karalardan buharlaşan suyun toplamı yılda 7.4x1016 kg kadardır. Toprak yüzeyinden buharlaşma, toprak örtüsünün cinsine ve meteorolojik koşullara bağlıdır. Bunlar arasında havanın bağıl (relatif) nemliliği, buharlaşmaya etkiyen en önemli faktörlerden biridir. Belirli ve sabit bir mutlak nemlilik altındı! Sıcaklığın düşmesi ile bağıl nemlilik artar ve buharlaşma azalır. Rüzgar buharlaşmaya etkiyen diğer, bir faktördür. Hava kütlelerinin rüzgar yardımıyla yer değiştirmesi, buharlaşarak havaya karışan suyun uzaklaştırmasına ve yerel olarak bağıl nemliliğin azalarak buharlaşmanın artmasına neden olur. Suyun içerisin de çözünmüş olarak bulunan tuzların da buharlaşmaya etkisi vardır. Diğer bütün koşullar aynı kalmak kaydıyla, %3.5 tuz içeren deniz suyundan buharlaşma, tatlı su yüzeyinden buharlaşmaya kıyasla X3.5 kadar daha yavaştır. Barometrik basıncın buharlaşma üzerine doğrudan etkisi, yok denebilecek kadar azdır.


Bitkiler ve diğer fotosentez yapan organizmalar yaşamları ve büyümeleri için gerekli olan besi maddelerini suda çözünmüş halde, topraktan alırlar. Bu sürecin devamlılığı için, bitkilerin aldığı fazla su mezofil hücreleri aracılığıyla atmosfere verilir. Böylece bitkilerin aldığı suyun %97 ile %99 arasında değişen bir kısmı buharlaşma sonucunda atmosfere döner. Bu olaya terleme (transpirasyon) denir. Terleme olayı karalardan olan buharlaşmayı önemli ölçüde arttırır. Örneğin, ormanlardan bir büyüme mevsimi süresinde terleme ile kaybolan su, 700 mm değerine kadar ulaşabilir. Terlemeye etkiyen faktörler, buharlaşma için belirlenenlerin yanı sıra, toprak cinsi ve güneş radyasyonudur.


b) Atmosferdeki su: Yerküre üzerinde lokalize olmuş tuzlu ve tatlı büyük su yüzeylerinden ve karadan gelen buharlaşma ile bitkilerin terlemesi, atmosferdeki su buharının başlıca kaynaklarıdır. Atmosferde bulunan toplam su miktarı 1.3x106 kg olup, bu su kütlesi yeryüzündeki bütün tatlı su göllerinde depolanmış olan suyun onda biri kadardır. Atmosferdeki su, iklimsel koşulları yaratan basınç farklılıklarını oluşturur. Ayrıca atmosferin içerdiği sular yeryüzünün radyasyonla soğumasını önler. Yapılan hesaplara göre, atmosferde su bulunmaması halinde, yeryüzünün bugünkü ortalama sıcaklığının 15°C azalarak yaklaşık 0°C'ye düşeceği ortaya çıkmaktadır. Nitekim havadaki nemliliğin çok düşük olduğu çöllük bölgelerde sıcaklık gündüzleri 650C dolaylarına çıkmakta, geceleri ise donma derecesinin altına düşmektedir. Normal koşullar altında ise, atmosferdeki su buharı, yeryüzü yüzey ısısının ancak %20'sinin radyasyonla doğrudan kaybına olanak vermektedir.


c) Yağış: Havadaki bağıl nemliliğin sıcaklığın azalmasıyla arttığı daha önce belirtilmişti. Sıcaklığın düşmesiyle, havanın içerdiği mutlak nemliliğe bağlı olarak belirli bir sıcaklıkta "çiğ noktası" adı verilen doygunluk noktasına ulaşılır. Çiğ noktasında veya bunun altındaki sıcaklıklarda havada bulunan su buharının sıvılaşması ve yağış olayı başlar. Hava sıcaklığının düşmesine aşağıdaki olaylar tek tek veya birlikte neden olabilirler:

Kızılaltı (infrared ) radyasyonla ısı kaybı, Büyük hava kütlelerinin atmosferde yükselmesi

sonucunda basınç azalmasının neden olduğu ısı sız (adiabatik) soğuma,

Soğuk hava kütlesiyle karışım sonucunda sıcaklık azalması.


Suyun sıvılaşması sırasında buharlaşma için alman 2.2594x106 J/kg'lık enerji açığa çıkar. Yağışların yağmur, kar, dolu veya sulu kar şeklinde oluşu atmosferdeki çeşitli karışım ve ısıl mekanizmaların ortak etkilerinin bir sonucudur. Yeryüzünde sıvılaşma veya donma sonucunda ise, çiğ ve kırağı gibi yağış türleri oluşur.

Yeryüzünde yıllık yağış yükseklikleri, yerel olarak 0 ile 10 m arasında değişen değerler alan bir dağılım göstermektedir. Bu değişimlerin belirleyici nedeni, büyük hava kütlelerinin hareketini yönlendiren dağlık bölgelerdir.


d) Yeryüzüne düşen yağışların bir kısmı daha yeryüzüne ulaşmadan bitkilerin yaprakları taralından tutulur. Bu olaya "tutma" denir. Bitkilerce tutulan su tekrar buharlaşarak atmosfere geri döner veya yapraklardan damlayarak toprak yüzeyine ulaşır.

Hafif şiddetlerde, zemine düşen yağışın hemen tümü toprak tarafından emilir. Bu olaya "sızma" denir. Toprağa sızan sular önce zeminin üst tabakalarındaki zemin nemliliğini arttırır. Bu bölgede toprağı oluşturan tanecikler arasındaki gözeneklerde su ve hava bulunur. Yerçekimi etkisiyle toprağa sızan sular zemin içinde aşağıya doğru hareketlerine devam ederler. Bu olaya "perkolasyon" denir. Perkolasyonla hareket eden sular nihayet yeraltısuyu tablasına ulaşır. Bu tablanın altında toprak suya doygundur ve tüm gözenekler su ile dolmuştur. Bu bölgedeki suyun hareketine "yeraltısuyu akışı" denir. Yeraltı-suyu tablasının üstündeki bölgede bulunan suya "zemin nemliliği" adı verilir.


Yeryüzüne düşen yağışların birim zamanda toprağa sızma şiddetine "infiltrasyon kapasitesi" (süzülme) denir. İnfiltrasyon kapasitesi, toprağın cinsine, eğimine ve suya olan doygunluğuna bağlıdır. Yağış şiddeti infiltrasyon kapasitesini aştığı zaman, yağışlarla zemine düşen sular önce zemin üzerinde ince bir su tabakası, daha sonra da harekete geçerek "yüzeysel akışı" oluştururlar. Böylece toprak yüzeyinde başlayan akış giderek akarsulara ve oradan da göl veya denizlere ulaşır.


Akış olayının yukarıda belirtilen elemanları birbirlerinden bağımsız olmadıkları gibi, bu elemanlardan buharlaşma söz konusu olduğu için tüm akış sistemi ile atmosferik su buharı sistemi de birbiriyle sıkı sıkıya ilişkilidir. Burada yeraltısuyu sistemi ile yüzeysel akış sistemi arasındaki bağıntıyı vurgulamakta yarar vardır. Yüzeysel akış sırasında zeminle sürekli bir su alışverişi söz konusudur. Yüzeysel sulardan sızına ile yeraltısuyu beslenebileceği gibi yeraltısuyu da yüzeysel sulara çeşitli şekillerde katkıda bulunabilir (kaynaklar, doğrudan beslenme vb.).

Hidrolojik çevrimin elemanlarının tanımlandığı bu bölümün sonunda, bu elemanların büyüklükleri hakkında bir fikir verebilmek amacıyla, okyanusların su bilançosu ile karaların su bilançosu Tablo 1 ve Tablo 2' de özetlenmektedir.


Karalar üzerindeki kayalar erozyonunun etkisiyle sürekli olarak aşınmaya uğrarlar. Erozyonda rüzgar, su ve buzullar birinci derecede etkilidir. Parçalanan kayalar, yuvarlanarak, askıda yüzerek, koloidal veya çözünmüş halde, bir önceki holümde belirtilen akış olayıyla birlikte taşınmaya başlar. Suyun dielektrik sabiti tüm sıvılar içinde en yüksek olanıdır. Bu yüzden su içindeki elektrik yüklü partiküllerin birbirlerine karşı olan çekim kuvveti zayıftır. İyonize olabilen birçok tuzlar suda çok iyi çözünürler. Buna karşın, bu tuzların birçoğunun organik sıvılardaki çözünürlüğü düşüktür. Su universal bir çözgen olup suda çözünmeyen madde yoktur denebilir, bu yüzden su doğada hiçbir zaman saf bir halde bulunamaz ve içinde daima çözünmüş halde yabancı maddeleri taşır (Tablo 3 ). Bazı endüstri süreçlerinde olduğu gibi, saf suya gereksinim duyulduğu zaman, bunun hazırlanması pahalı ve oldukça güçtür.

2.2. Hidrolojik Çevrime Su Kalitesi Açısından Bakış

Hidrolojik çevrim sırasında çeşitli maddelerin suda çözünmesi ve suyun bu çevrim süresince temas ettiği katı, sıvı ve gazlarla reaksiyonları sonucunda doğal sular belirli kimyasal özellikler kazanırlar. Bu kimyasal özelliklerin değişik sular için büyük farklılıklar gösterdiği bilinmektedir. Bu farklılıkların nedeni, suyun çevresel geçmişi ve kaya-su-atmosfer içindeki kimyasal reaksiyonlar dikkate alındığı zaman, kısmen açıklanabilmektedir. Çözünmüş maddeler genellikle yerkabuğunu oluşturan bileşiklerden kaynaklanmaktadır. Su, mineral kayaçları parçalamakta ve çözündürerek bünyesine almaktadır. Bu süreçler sırasında gazlar ve uçucu bileşikler de önemli roller oynarlar. İlk yaklaşımda, deniz suyunun yerküre çapında dev bir asit-baz titrasyonu sonucunda bugünkü bileşimini kazandığı söylenebilir. Bu reaksiyonda asitler volkanik kökenlidir; bazlar ise mineral kayaçlardan (oksitler, karbonatlar, silikatlar) kaynaklanmıştır. Tatlı su bileşiminin de benzer şekilde oluştuğu söylenebilir. Söz konusu reaksiyonda asit, atmosferden kaynaklanan karbondioksit olup, bazlar yine mineral kökenlidir. Tablo 4'te okyanuslardaki deniz suyunun ve akarsuların ortalama kimyasal bileşimleri örnek olarak verilmektedir.


Doğal suların içerdikleri çeşitli iyonlar için olasılık dağılımları Şekil 2'de verilmektedir. Bu şekilden görüldüğü üzere, doğal sularda bulunan birçok türün derişimi, oldukça küçük bir aralıkla değişim göstermektedir.

Atmosferik su buharı doğadaki suyun en saf şeklidir.

Yeryüzünde bulunan akarsu havzalarının gösterdikleri büyük farklılıklar nedeniyle, her yüzeysel su için geçerli olacak bir bileşim belirlemek mümkün değildir. Bu konuda kabaca bir fikir vermek amacıyla Tablo 5'de bazı parametrelerin tipik aralıkları listelenmiştir. Ancak, olağanüstü koşullar altında bu değerlerin aşılabileceği unutulmamalıdır.


Suyun hidrolojik çevrim içinde geçirdiği kalite değişimlerini göz önüne alırken, bu çevrimin durağan bir süreç olmadığım unutmamak gerekir. Zaman içinde hidrolojik çevrimi oluşturan su kütlelerinin dönüş hızları ve miktarlar), büyük değişimler gösterir. Bu değişimler incelendiğinde, çevrimin buharlaşma, yağış ve akış gibi temel unsurlarının genellikle bir yıl içinde gösterdikleri mevsimden mevsime değişen, ancak yıldan yıla yinelenen periyodik yapının yanı sıra daha kısa sürelerdeki (gün, hafta, ay) rasgele değişimler dikkati çeker. Bu kısa süreli rasgele unsurlar söz konusu hidrolojik büyüklüklerin yıllık ortalama değerlerini de etkiler. Bunun sonucunda buharlaşma, yağış ve akış değişkenlerinin yıllık ortalamaları da rasgele zaman serileri oluştururlar.


Hidrolojik çevrimin bu kararsızlığı su kalitesini de etkiler. Sistemin tatlı su girdisini oluşturan yağışlardaki değişim, yukarıda ayrıntılı olarak anlatılan çeşitli su kalitesi süreçlerinin hızını ve bu süreçler içinde taşınan madde miktarlarını belirler. Bunun sonucu olarak hidrolojik çevrimin rasgele kararsızlığı, zorunlu olarak yüzeysel suların kalitesine de yansır.


Su kalitesindeki bu değişimlere ilk örnek olarak, akarsu içerisindeki tuz derişimlerinin, sulak ve yağışlı dönemlerde seyrelmenin artması nedeniyle düşüşü gösterilebilir. Diğer bir örnek olarak, akarsular üzerindeki bekleme haznelerindeki su kalitesinin değişimi ele alınabilir. Bu haznelerde, kurak dönemlerde oldukça uzun olan bekleme süreleri zarfında çökelme olayının daha etkili olması, bulanıklığın ve askıdaki katı maddelerin giderilmesi açısından önem taşımaktadır. Ayrıca uzun bekleme süreleri biyokimyasal reaksiyonların daha ileri düzeyde gerçekleşmesine katkıda bulunmakta ve organik madde parçalanmasını olumlu yönde etkilemektedir. Akarsularda taşkınlar sırasında aniden artan debilerin de su kalitesi açısından önemi büyüktür. Taşkın akımları sırasında akarsuların artan sürükleme gücü nedeniyle, tabana çökelmiş durumda bulunan organik ve anorganik maddeler hareket halindeki suyun bünyesine göçmekte, gerek bulanıklık ve askıda katı madde derişimi, gerekse organik madde içeriği açısından, suyun niteliğini büyük ölçüde değiştirmektedir.


Yüzeysel sularda sıcaklığın da su kalitesi açısından önemi büyüktür. Sıcaklık kimyasal ve biyokimyasal reaksiyon hızlarını doğrudan etkiler. Genel bir kural olarak, her I0°C sıcaklık artışı sonucunda reaksiyon hızlarının iki katma çıktığı bilinmektedir. Sıcaklık değişimlerinin reaksiyon hızlarına yaptığı etkilerin yanı sıra su kalitesi açısından önem taşıyan bir çok fiziksel olay da sıcaklıkla yakından ilişkilidir. Örneğin kinematik viskositenin sıcaklıkla değişimi nedeniyle suda bulunan askıdaki katı maddelerin çökelme hızı etkilenmekte, her 10°C’lik sıcaklık artışı sonucunda çökelme verimi 1/4 ile 1/3 arasında bir artış göstermektedir. Genel bir sonuç olarak, yaz mevsimlerinde yüzeysel sulardaki doğal arıtma potansiyelinin kış mevsimine kıyasla daha yüksek olduğu söylenebilir.


Yağmur damlacıklarının oluşması ve atmosferdeki hareketleri sırasında, havada bulunan oksijen, azot ve karbondioksit gibi gazlar bu damlacıklar içinde çözünürler. Bunun yanı sıra atmosferde bulunan mikroskobik büyüklükte askıdaki katı maddeler de yağmur damlacıklarının bünyelerine geçer. Hollanda'da yapılan bir araştırmaya göre, denizden oldukça uzak noktalarda alınan yağmur suyu örneklerinde 30 g/m3 çözünmüş gazlar, 25 g/m3 çözünmüş katı madde bulunduğu ve pH’nın 5.6 ile 6.4 arasında değişim gösterdiği gözlenmiştir. Deniz üzerinde alınan örneklerde ise çözünmüş tuzların çok daha yüksek derişimlerde bulunduğu saptanmıştır. Bazı endüstri bölgelerinde ise, alınan yağmur suyu örneklerinde çözünmüş ve askıda çeşitli katı maddelerle eser miktarlarda metallere (Zn, Cu, Fe, Mn) rastlanmıştır. Bu gibi bölgelerde atmosferdeki karbondioksit ve kükürt dioksit derişimlerinin yüksekliği, yağmur suyunun pH değerinin azalmasına neden olmaktadır. Bu olgu aşağıdaki reaksiyon denklemleriyle açıklanabilir:

2.3. Hidrolojk Çevrim Sırasında Su Kalitesinde Doğal ve Antropojen Değişimler

Suyun ve söz konusu gazların atmosferde taşınım süreci içindeki pH düşüşü çok geniş bölgelerde izlenebilmektedir. Şekil 3'de Avrupa üzerindeki yağmurların ortalama pH dereceleri gösterilmektedir. Görüldüğü gibi endüstrileşmiş batı ve Orta Avrupa ülkeleri üzerinde yağmur suyunun pH derecesi oldukça düşüktür ve bu bölgelerden uzaklaştıkça pH yükselmektedir. Asit yağmuru da denilen düşük pH'lı yağışların tarımsal üretim ve ormanlar açısından olumsuz etkileri bilinmektedir.


Yeryüzüne düşen yağmur damlaları, bir önceki bölümde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, doğrudan akıma geçerek, yüzeyden hareketle akarsulara ulaşır veya zemine sızarak yeraltı sularını besler ve yeraltı suyu akımıyla tekrar yüzeysel sulara iletilirler. Suyun zemin üzerindeki hareketi sırasında kil, kum ve diğer anorganik maddeler, askıda veya sürüklenerek suyla taşındıkları gibi, bitki artıkları ve mikroorganizmalar da sulara karışırlar. En üst zemin tabakalarında doğal ve suni gübreler ve bunların reaksiyon ürünleri ile karbondioksit, herbisitler ve pestisitler suda çözünürler. Böylece akış sırasında sudaki askıda, koloidal ve moleküler çözünmüş maddelerin derişimleri önemli ölçüde artar. Bu arada toprakta doğal olarak mevcut bulunan kireç ile temas sonucunda suyun pH derecesi yükselir. Turbalarda bulunan hümik asitlerin etkisiyle bu gibi bölgelerde pH derecesi düşüş gösterir. Pirit içeren linyit kömürlerinin açık ocaklardan çıkarılması sonucunda bu çukurlarda toplanan suların da pH derecesi düşer. Buna neden olan reaksiyonlar aşağıda gösterilmiştir:



Sızma olayı sırasında, süzülen suyun içerdiği askıdaki katı maddeler toprağın gözeneklerinde tutsaklanır. Böylece su filtrelenmiş olur ve bulanıklılığı azalır.

Öte yandan, suyun toprağa sızması ve yeraltında hareketi sırasında çözünmüş minerallerin derişimleri hem niceliksel hem de niteliksel yönden önemli ölçüde artar. Bu artış miktarı, zemin kompozisyonuna ve yeraltı suyunun pH derecesine bağımlıdır. Sodyum, kalsiyum, klorür ve nitrat gibi bazı iyonların çözünürlülüğü pH’dan bağımsızdır. Öte yandan özellikle metal iyonlarının çözünürlüğü pH‘nın düşüşüyle artar. Suyun zemin içindeki hareketi sırasında hümik asitlerin suda çözünmesi ve özellikle organik maddelerin aerobik ve anaerobik ayrışması sonucunda pH derecesi düşer. Dağlık bölgelerdeki yeraltı sularının içerdiği mineral derişimi düşüktür. Buna karşın, alçak bölgelerde bulunan yeraltı suları yüksek mineral derişimlerine sahiptir. Yeraltı sularında en yüksek derişimlere sahip olan metal iyonları kalsiyum ve magnezyumdur. Daha düşük derişimlerde bulunan demir ve mangan kullanılma sırasında önemli sorunlar yaratırlar. Genellikle çok düşük derişimlerde bulunan arsenik selenyum, kurşun, krom gibi metal iyonları ise toksik etkileri nedeniyle su kalitesi açısından önem taşıyan unsurlardır.


Yukardaki açıklamalardan anlaşılacağı üzere, gerek yüzeysel sular, gerekse yeraltı suları için ortalama bir kimyasal kompozisyon söz konusu olmamaktadır. Hidrolojik çevrim içinde geçirdiği evreler ve özellikle zemin karakteristikleri, suyun kimyasal ve biyolojik özelliklerine büyük etki yapmaktadır. Bazı sınırlar vermek gerekirse, sudaki askıdaki katı madde derişiminin m3 su başına bir kaç gram ile 10-20 gram hatta daha yüksek olabileceği, pH‘nın 5 ila 9 arasında değerler alabileceği kabaca söylenebilir.


Su zemin üstünden ve yeraltından akış sonucunda akarsulara, göllere veya denizlere ulaşır. Yüzeysel sular bir yandan atmosferle, öte yandan da yeryüzündeki bitkisel ve hayvansal yaşamla doğrudan temas halindedir. Bu sular özellikle insan topluluklarının ürettiği sıvı ve katı haldeki atıklar için bir alıcı olarakda görev yapmaktadırlar. Böylece yüzeysel sulardaki akış süreci içinde de suların kompozisyonu değişime uğramaya devam eder. Bu değişimin nedenleri doğal veya antropojen olabilir. Yüzeysel sulardaki değişim iki yönlüdür bir yandan suyun içerdiği askıdaki ve çözünmüş maddelerin derişimi artarken, öte yandan bu sularda biyokimyasal olayların neden olduğu bir doğal arıtma olayı yer alır ve böylece özellikle organik madde derişimlerinde azalmalar ortaya çıkar.


Erozyon sonucunda sulara karışan anorganik maddeler, karada yaşayan bitki ve hayvanların yaşamsal atıkları ile bu canlılar öldükten sonra ortaya çıkan kalıntıları yüzey üstü akımla akarsu, göl ve denizlere taşınır. Bu katkılara ek olarak, söz konusu su ortamlarında büyüyen algler, su bitkileri, mikroorganizmalar ve hayvanların gerek yaşamsal atıkları, gerekse ölümleri durumunda ortaya çıkan kalıntıların tümü doğal su kirliliğini oluşturur. Antropojen kirlenme ise, evsel ve endüstriyel atık suların, yüzeysel sulara karışımı sonucu ortaya çıkar. Nüfus yoğunluğunun düşük olduğu bölgelerde doğal kirlenmenin, endüstrileşmiş yüksek nüfus yoğunluğuna sahip bölgelerde ise antropojen kirlenmenin ağırlık taşıdığı söylenebilir.


Yüzeysel sulardaki doğal arıtmanın çeşitli yönleri vardır. Atmosferle temas sonucunda oksijen derişimi artar, karbondioksit derişimi azalır ve pH yükselir. Göller veya baraj haznelerine kavuşan akarsularda akış hızının düşmesi sonucunda askıdaki katı maddeler ve koloidal maddelerin bir kısmı çökelir. Bunun sonucunda suyun bulanıklığı azalır. Bu tip haznelerdeki uzun bekleme süreleri içinde, sudaki organizmalarla patojen bakteri ve virüsler yok olurlar. Bu süreç, suyun hijyenik kalitesinin yükselmesine neden olur. Termik santrallarda kullanılan soğutma sularının içerdiği atık ısı, akım süreci boyunca atmosfere verilir. Suların içerdiği radyoaktivite, radyoaktif bozunma sonucunda azalır.

Öte yandan, suların içerdiği bozunmayan (konservatif) unsurlar, örneğin anorganik birçok tuzlar, değişime uğramazlar. Ancak çeşitli yüzeysel suların birbirleriyle karışımları sonucunda bunların derişiminde azalmalar ortaya çıkabilir.


Doğal arıtmanın en önemli yönü, organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından biyokimyasal olarak oksitlenerek karbondioksit, su ve çeşitli metallerin sülfatları, nitratları ve fosfatları gibi bileşenlere dönüştürülmesidir. Yüksek akış hızına sahip sığ yüzeysel sularda, bu reaksiyonlarda tüketilen oksijen kolaylıkla ve hızlı bir şekilde atmosferden geri kazanılabilir ve reaksiyon sonucunda ortaya çıkan karbondioksit atmosfere verilir. Sudaki organik madde derişiminin yüksek, akım hızının düşük ve derinliğin fazla olduğu akarsularda atmosferden oksijen kazanımı, sudaki biyokimyasal reaksiyonlar sırasındaki oksijen tüketiminden daha yavaş olabilir. Sonuç olarak, suda çözünmüş halde oksijen kalmaz. Bu durumda suda bulunan ve yaşamlarını oksijenli ortamda sürdüren aerobik mikroorganizmalar yok olur. Ancak bu yok oluş sudaki biyolojik yaşamın tamamen ortadan kalkması anlamına gelmez. Aerobik mikroorganizmaların yerine oksijensiz ortamlarda yaşamlarını sürdürebilen anaerobik mikroorganizmalar da sudaki organik maddeleri tüketir. Ancak bunların yaşamsal reaksiyonları sonucunda pis kokulu metan (CH4), hidrojen sülfür (H2S) ve amonyak (NH3) gibi gazlar ortaya çıkar. Demir sülfür (FeS2) oluşumu suyun rengini siyaha dönüştürür. Anaerobik ortamlarda balık yaşamı sona erer. Anaerobik duruma germiş olan akarsularda, yeterli akım süreleri sonucunda, atmosferden oksijen kazanımı tekrar önemli boyutlara ulaşabilir ve yukarıda sayılan anaerobik çürüme ürünleri oksidasyona uğrayabilir. Böylece akarsu tekrar doğal aerobik haline dönüşür.


Suların anaerobik duruma geçmesi söz konusu olmasa bile, organik madde derişiminin yüksekliği, su kalitesi açısından her zaman için olumsuz bir göstergedir. Organik maddelerin biyokimyasal parçalanması sonucunda ortaya çıkan nitrat ve fosfat derişimlerinin yüksekliği, yüzeysel sularda fotosentez ve alg üremesinin hızını doğrudan etkilemektedir. " Ötrofikasyon" adı verilen bu aşırı üretim, sucul ekolojik sistemlerdeki dengeyi bozmakta, üretim sonucunda ortamda çoğalan organik madde su kirliliğini arttırmaktadır. Buna "ikincil kirlenme" adı veriImektedir.


Yüzeysel suların kirlenmesi ve doğal arıtma, insanlar tarafından alınacak önlemlerle kontrol edilebilir. Sularda erozyonun neden olduğu bulanıklık, ağaçlandırma, teraslama, vahşi derelerin ıslahı gibi önlemlerle azaltılır. Tuzlanma yüksek tuz içerikli suların akarsulara ve göllere verilmesi önlenerek engellenir. Organik madde derişimi, özellikle evsel ve endüstriyel atık suların yüzeysel sulara deşarj edilmeden önce arıtılmalarıyla, önemli ölçüde düşürülür. Bu arıtma işlemleri, atık suların neden olduğu bulanıklığın azalmasında da önemli rol oynar. Ancak sadece askıdaki katı maddelerin ve çözünmüş haldeki karbonlu organik maddenin atık sulardan uzaklaştırılmasını gerçekleştiren klasik arıtma yöntemleri, bu sulardaki azot ve fosfor derişimlerinin düşürülmesinde etkili olamadıklarından, akarsularda arıtmaya rağmen ötrofikasyon ve ikincil kirlenmenin ortaya çıkması söz konusu olabilir. Azot ve fosfor giderimi için ileri derecede arıtma yöntemleri uygulanmaktadır.


Yüzeysel suların antropojen etkilerle kirlenmesi, yönetimsel ve örgütsel önlemlerle de bir ölçüde kontrol altına alınabilir. Kullanılmış madeni yağların kanalizasyonlara verilmeyerek ayrıca toplanması, tarımsal ürünlerin işlendiği endüstrilerle gıda endüstrilerinin atık sularının içerdiği organik maddeleri değerlendirme olanaklarının araştırılması endüstrilerde kullanılan suların kapalı devre sistemlerle tekrar geri döndürülerek yüzeysel sulara verilmesinin önlenmesi, kentsel ve endüstriyel katı altıkların düzenli bir şeklide depolanarak bunların yüzeysel suları ve yeraltısularını kirletmesinin engellenmesi, bu çerçeve içinde alınacak önlemlere örnek olarak verilebilir.


Yüzeysel sulatın kirlenmesi, akarsulardaki bazı yapısal değişikliklerle de kontrol altına alınabilir. Örneğin, akarsular üzerinde oluşturulacak yapay bekletme hazneleri su kalitesinin yükselmesinde olumlu etkiler gösterir. Havalandırmayı sağlayan düşü yatakları atmosferle yoğun bir temas sağlayarak suyun oksijen derişiminin artmasına, karbondioksit derişiminin ise azalmasına neden olur. Daha az kirlenmiş suları komşu havzalardan, kirli akarsuyun bulunduğu havzaya çevirerek seyrelme sağlamak ve dolayısıyla su kalitesi açısından olumlu sonuçlar elde etmek mümkündür. Akarsu havzalarının memba kesimlerinde oluşturularak biriktirme haznelerinde sulak dönemlerde toplanacak sularla, kirlenme açısından kritik olan, sıcak ve doğal debilerin düşük olduğu kurak dönemlerde, benzer şekilde bir seyrelme sağlanabilir. Ancak, akarsular üzerinde alınabilecek tüm bu önlemler, çok geniş kapsamlı ve yüksek yatırım giderleri gerektiren pahalı girişimlerdir.


02 Ikinci Bölüm Hidrolojik Çevrim

Documents

Transcript of 02 Ikinci Bölüm Hidrolojik Çevrim