Ünite 1: CBS’de Jeolojik ve Hidrolojik Haritalama

Giriş

Haritalama, Dünya yüzeyinde farklı özellikler gösteren yapıların, temsili olarak belli bir amaç için ölçekli olarak çizilmesi olarak tanımlanabilir.

Jeoloji Nedir?

Genel anlamı ile üzerinde yaşadığımız yaklaşık, 4.5 milyar yıl yaşında (Dalrymple, 2001) olan yerkürenin (Dünya’nın), güneş sistemi içindeki konumundan itibaren onu şekillendiren iç ve dış kuvvetlerin incelenmesi, yapısı, fiziksel ve kimyasal özellikleri ve yerküre inceleyen bilim dalıdır. Üzerindeki canlıların var oluşu ve geçirdikleri süreçler gibi konuları içeren bilim dalı jeoloji olarak tanımlanmaktadır (Ketin, 1988). Köken olarak Yunanca “Ge (yf)” yer ve “logia (Aoyia)”bilim hecelerinden oluşan “jeoloji” yer bilimi anlamına gelmektedir.

Jeoloji bilimi, matematik, fizik ve kimya gibi temel bilimlerle yakın bir ilişki içinde olmakla birlikte ilişkili olduğu diğer bilimlerle sınırlarını kesin olarak çizmek çok güçtür. Çünkü jeoloji bilimi; yerkürenin fiziksel yapısı ile jeofizik ve jeodezi, atmosferdeki su ile meteoroloji, şekil/yüzey değişimleri ile morfoloji/coğrafya, denizlerdeki su ile okyanus bilimi (oşinografi), yüzey/yeraltısuları ile hidroloji/hidrojeoloji, canlılar ile biyoloji, yerküre üzerinde yaşamış ve yaşayan toplumlar ile arkeoloji, antropoloji ve coğrafya vb. bilim dalları ile yakından ilişki içindedir. Bu ilişkiler nedeni ile jeoloji disiplinler arası (multi-disipliner) bir bilim dalı olarak tanımlanabilir. Bununla birlikte jeoloji, meteoroloji, oşinografi, inşaat, çevre, maden, vb. bilim dalları ile ilgilenen bilim insanlarının ortak çalışma alanını oluşturmaktadır.

Yerkürenin fiziksel ve dinamik özelliklerini araştıran jeoloji bilimi, kendi içinde genel jeoloji mineralojipetrografi, maden yataklan-jeokimya ve uygulamalı jeoloji olmak üzere dört alt bilim dalına ayrılabilir. Genel jeoloji bilim dalı, iç ve dış kuvvetlerin etkisinde yerkürenin genel yapısında meydana gelen değişimleri, değişimlere neden olan tektonik unsurları (fay, deprem, vb.), jeolojik zaman boyunca yerkürenin maruz kaldığı süreçleri, bu süreçlerde yaşaya gelmiş canlılara ait kalıntıları (fosiller) vb. konuları inceleyen bilim dalıdır. Yerküreyi oluşturan kayaçların ve minerallerin, oluşum süreçleri, kristallenme koşulları, volkanizma, magmatik süreçler, vb. konuları inceleyen bilim dalı ise mineraloji-petrografi olarak tanımlanmaktadır. Yerkürenin yüzeyinde ve içinde yer alan ekonomik değere sahip madenlerin miktar ve kalite açısından araştırılması ve belirlenmesi, kimyasal yapılarının incelenmesi, oluşum koşullarının irdelenmesi gibi konular ile ilgilenen bilim dalı maden yataklarıjeokimya’dır. Uygulamalı jeoloji bilim dalı ise yerkürenin jeolojik yapısına bağlı olarak meydana gelen mühendislik problemlerinin (heyelan, deprem, sıvılaşma, vb.) çözümü ile yüzey/yeraltısularının oluşum süreçleri, miktar ve kalite açısından araştırılması gibi konuları kapsamaktadır.

Kayaç, bir veya birden çok mineralin doğal yollarla bir arada bulunduğu katı kütle olarak tanımlanmaktadır. Örneğin Dünya yüzeyinde yaygın olarak gözlenen ve birçok alanda (binalarda kaplama taşı, mutfak tezgâhları, vb.) kullanılan granit, magmatik kayaçlardan biri olup, kuvars, feldispat ve biyotit minerallerinden oluşmuştur. Bir yapı malzemesinin mineral olabilmesi için, doğal olarak oluşması, inorganik olması, katı olması, belirli bir kristallenme sistemine sahip olması ve tanımlanabilen bir kimyasal bileşime sahip olması gerekmektedir. Yaşadığımız yerkürenin katı olan dış yüzeyi, farklı kristallenme sistemlerine ve kimyasal yapılarına sahip minerallerden oluşan kayaçlardan oluşmaktadır. Jeoloji biliminde kayaçlar; magmatik, sedimanter (tortul) ve metamorfik olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır.

Magmatik, sedimanter ve metamorfik kayaçlar olmak üzere üç temel kayaç grubu, Dünyanın oluşumundan itibaren hüküm süren levha (kıta) hareketlerine bağlı olarak bir çevrim içinde yer almakta olup bu durum kayaç döngüsü/çevrimi olarak adlandırılmaktadır. Kayaç döngüsü dinamik bir süreç olup jeolojik zaman içinde süreklilik taşımaktadır. Yeraltında kısmi ergime sonucu eriyik hâlde bulunan magmanın, yoğunluk farkından dolayı yeryüzünü yükselirken yeraltında veya yüzünde soğuyarak katılaşması sonucu meydana gelen kayaçlara magmatik kayaç denilmektedir. Derinlerde soğuyan ve kristallenen magmanın oluşturduğu kayaçlar derinlik (plütonik) kayaç olarak tanımlanırken, magmanın yeryüzüne volkanlar aracılığı ile çıkması sonucu oluşan kayaçlara ise yüzey (volkanik) kayaç denilmektedir. Derinlik kayaçlarına granit, gabro, vb. kayaçlar örnek oluştururken, yüzey kayaçlarına ise andezit, bazalt, tüf, vb. kayaçlar örnek gösterilebilir. Ülkemizde bu tür kayaçlar yaygın olarak yarı aktif ve sönmüş volkanların (Süphan, Nemrut, Ağrı, Kula, Erciyes, vb.) çevresinde gözlenebilir.

Magmatik aktiviteye bağlı oluşan yüzey ve derinlik kayaçlarının, yeryüzünde atmosferik (yağış, rüzgar, sıcaklık değişimi, vb.) süreçlere maruz kalması sonucu, bu kayaçlarda bozunma ve ayrışma gözlenmektedir (Şekil 1.2). Bozunan ve ayrışan kayaç parçalarına sediman (sediment) denmektedir. Sedimanlar bulundukları alanda hüküm süren erozyon ve taşınım süreçleri(akarsular, gelgit, buzul, rüzgar) ile depolanabilecekleri farklı alanlara (çökelme ortamı) taşınmakta ve jeolojik zaman içinde bu alanlarda depolanmaktadır. Sedimanter (tortul) kayaçların çökelme ortamı genellikle okyanuslar ve denizler olmakla birlikte, akarsu yatakları, çöller, bataklıklar ve düşük eğimli alanlardır (Ocakoğlu, 2013). Sedimanter kayaçlar, çökelme ortamında depolanan sedimanların zaman içinde birikmesi ve sıkışması sonucunda oluşmaktadır. Bu kayaçlar kırıntılı (alüvyon, çakıltaşı, kumtaşı, vb.), kimyasal (traverten, kireçtaşı, vb.) ve organik (kömür, tebeşir, kaya tuzu, vb.) olmak üzere üç şekilde oluşabilmektedir. Toros Dağları (kireçtaşları), Konya Kapalı Havzası (kırıntılı), Batı Anadolu Graben Sistemi (kırıntılı) ile Hafik-Sivas, Tuzluca-Iğdır ve Zonguldak dolayları (kimyasal) ülkemizde yüzeylenen önemli sedimanter kayaçlara örnek gösterilebilir. Başkalaşım kayaçları olarak da bilinen metamorfik kayaçlar, yerin derinlerine doğru gömülen magmatik ve sedimanter kayaçların farklı sıcaklık ve basınç koşulları altında değişmeleri veya yeniden kristallenme süreçlerine maruz kalmaları ile oluşmaktadır. Magmatik ve sedimanter kayaçların sıcaklık ve basınç altında yeniden oluşum süreci metamorfizma olarak tanımlanmaktadır. Metamorfizma, magmatik ve sedimanter kayaçların yeraltında diyajenetik değişimlerin meydana geldiği düşük sıcaklık (200 °C)/düşük basınç (1-2 kbar) bölgesi ile başlamakta ve kayaçlarda ilk erimelerin başladığı yüksek sıcaklık (700-1000 °C)/yüksek basınç (>10 kbar) bölgesi ile sonlanmaktadır. Yerin derinlerinde, çok yüksek sıcaklık ve basınç koşullarının hakim olduğu alanlardaki metamorfik kayaçlar eriyerek magmayı oluşturmakta ve kayaç döngüsüne süreklilik sağlamaktadır.

Haritanın temel işlevi, bölgenin topografyası ya da ilişkili diğer konularda, jeolojisi, jeomorfolojisi, iklimi, trafiği, yeraltı kaynakları, değişik bakış açılarından ekonomisi vb. hakkında bilgi vermektir. Bu hâliyle harita, insandan (haritayı üreten kartograf) insana (harita kullanıcısı) mekânsal referanslı bilgi aktaran, genel olarak basılı bir iletişim aracıdır. Günümüzde, yaşadığımız doğayı daha iyi anlayabilmemiz ve uyumlu bir şekilde yaşayabilmemiz için farklı disiplinlere hitap eden farklı harita türleri mevcuttur. Bunlardan bazıları; topoğrafik, coğrafik (fiziki, siyasi, nüfus, sanayi, vb.), jeolojik, hidrolojik, hidrojeolojik, morfoloji, maden, deprem, imar planı, vb. olarak sıralanabilir. Burada bahsedilen haritaların temelini topoğrafik haritalar oluşturmaktadır. Yeryüzündeki detaylar, harita üzerinde sembollerle gösterilmektedir. Bu sembollerin ne anlama geldiği her haritanın kenarında yer almaktadır. Sembollerin ve açıklamaların bulunduğu bu kısma “lejant (simge)” denir. Lejant, haritanın okunmasını sağlamaktadır.

Jeoloji haritalarının ölçeği çalışmanın amacına göre değişmektedir. Yol, tünel, baraj gibi mühendislik yapılarının oturacağı alanlar ile köy yerleşim yerleri ve imar planları için 1/1000 veya 1/5000 ölçekli jeoloji haritalarına gereksinim duyulmaktadır. Bölgesel ölçekli jeolojik çalışmalar, çevre düzeni planları, nazım imar planları için oluşturulacak jeoloji haritaları ise 1/25000- 1/100000 ölçekli olabilmektedir. Bölgesel ölçekli jeoloji haritalarının oluşturulması kapsamında yapılan saha çalışmalarında ilgili bölgenin 1/25000 ölçekli topografik haritaları altlık olarak kullanılmaktadır. Haritası çizilecek bölgenin büyüklüğüne göre bir veya birden fazla kişinin farklı alanlar için çizdikleri haritalar, CBS ortamında bütünleştirilerek sonuç jeoloji haritası elde edilmektedir.

Yerkürenin yaşı (oluşumundan itibaren geçen zaman), kayaçların içerdikleri fosil, varv, polen vb. canlıların varlığı ve en önemlisi radyometrik yaşlandırma teknikleri ile belirlenebilmektedir. Jeolojide yaş göreceli bir anlam taşımakla birlikte 20. Yüzyılın başlarında radyometrik yaşlandırma tekniklerinin gelişmesi ile birlikte yerküre üzerinde yüzeylenen kayaçların yaşları daha hassas bir şekilde belirlenebilmektedir. Jeolojik Zaman Çizelgesi, jeolog ve diğer yer bilimciler tarafından yerkürenin oluşumundan itibaren günümüze kadar meydana gelen olaylar arasındaki ilişkiyi ve zamanlamayı tanımlamak için kullanılan bir kronolojik ölçüm sistemidir. Jeolojik haritalama ve raporlama aşamasında en çok kullanılan bu çizelgenin terminolojisi, tarihi ve standart renk kodları Uluslararası Stratigrafi Komisyonu (ICS) tarafından belirlenmiştir (Cohen vd., 2013).

Hidroloji

Genel anlamda hidroloji, yerkürede (yeraltında, yeryüzünde ve atmosferde) suyun çevrimini, dağılımını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, çevreyle ve canlılarla karşılıklı ilişkilerini inceleyen temel ve uygulamalı bir bilim dalıdır. Köken olarak Yunanca “Hydro ” su ve “logos” bilim hecelerinden oluşan “Hidroloji” su bilimi anlamına gelmektedir. Disiplinler arası bir bilim özelliği taşıyan hidrolojinin, diğer bilim dalları ile sınırlarını kesin olarak çizmek çok güçtür. Atmosferdeki su ile meteoroloji, denizlerdeki su ile oşinografi, canlılarla biyoloji, su ve zemin ilişkileri ise hidrojeoloji/jeoloji ile yakından ilişki içindedir. Hidroloji bilim dalı, hidrojeoloji, jeoloji, meteoroloji, oşinografi, inşaat, çevre, biyoloji vb. bilim dalları ile ilgilenen bilim insanlarının ortak çalışma alanını oluşturmaktadır. Hidroloji bilimi, suyun yetersiz olduğu yerde suyun kullanımını, suyun fazla olduğu yerlerde ise suyun kontrolünü ve kirlenme tehlikesi olan bölgelerde ise suyun kirlenmesini önlemek için çözümler üretmek yani eldeki suyun en uygun (optimum) kullanımını ve kontrolünü kapsamaktadır.

Hidrolojik çevrim, yeryüzünde, yeraltında ve atmosferde suyun varlığını ve hareketlerini tanımlayan sürekli bir döngüdür. Hidrolojik çevrimde ki su, daima hareket halindedir, katı halden sıvı hale, sıvı halden gaz haline ve gaz halinden tekrar sıvı ve/veya katı hale dönen suyun bu hareketi kendi içinde süreklilik taşımaktadır. Genel olarak suyun, yerkürenin çeşitli katmanları (litosfer, hidrosfer ve atmosfer) arasında katı, sıvı ve gaz şeklinde farklı yollar izleyerek sürekli bir hareket halinde olmasına “Hidrolojik Çevrim/Su Döngüsü” adı verilmektedir. Hidrolojik çevrim, genel olarak okyanus, deniz, göl, akarsu vb. su kütlelerinde bulunan suyun güneş ısısından dolayı buharlaşması yani gaz haline geçmesi süreci ile başlatılmaktadır. Buharlaşan su kütlesi, atmosfere yükselmekte ve atmosferin ilk katmanı olan troposferde küçük parçacıklar (aerosol) etrafında yoğunlaşarak bulutları oluşturmaktadır. Bulutları oluşturan gaz halinde ki su kütlesi, karalar üzerine hareket ederken atmosferdeki süreçler sonucunda yer çekiminin etkisi ile yağmur, kar, dolu vb. gibi farklı yağış formlarında yeryüzüne ulaşmaktadır. Yağış şeklinde yeryüzüne düşen su kütlesinin bir kısmı yeryüzüne düşmeden sürtünme, atmosferik ısı vb. sebeplerden dolayı tekrardan buharlaşarak atmosfere yükselmektedir. Fakat bulutlardaki su kütlesinin, önemli bir kısmı yağış olarak yeryüzüne ulaşmaktadır. Bu suların bir kısmı hidrolik eğim (gradyan) yönünde yüzeysel akışa geçmekte (akarsular), bir kısmı yağışın meydana geldiği bölgenin jeolojik ve hidrojeolojik özelliklerinden dolayı yeraltına süzülmekte (yeraltısuları) ve bir kısmı ise bu süreçte tekrardan buharlaşmaterlemeye maruz kalmaktadır. Yüzeysel akışa geçen sular mevsimsel ve/veya sürekli akarsuları oluşturmakta ve toplanan bu sular bölgesel hidrolik eğim yönünde akarsular aracılığı ile deniz, göl, baraj, sazlık-bataklık alan, vb. su kütlelerine ulaşmaktadır. Sonuç olarak yüzeysuları ve yeraltısuları, son olarak okyanus, deniz, göl, baraj, vb. su kütlelerine ulaşmakta ve su döngüsü tamamlanmış olmaktadır.

Düzenli bir şekilde birbirleriyle ilişkili olan ve çevresinde belirli sınırlar ile ayrılan bileşenler takımı olarak tanımlanan sistem kavramı (Bayazıt, 2011), hidrolojik çalışmalarda büyük önem taşımaktadır. Çünkü sistemin sınırları içinde, hidrolojik olaylarda meydana gelen herhangi bir değişikliğin etkisi, sistem içinde ve/veya çıkışında gözlenebilecektir. Bu durum, bir hidrolojik sistemdeki canlıların varlığını ve sürekliliğini de etkileyecektir. Dolayısı ile hidrolojik sistemin, herhangi bir noktasında yapılacak baraj, gölet, drenaj kanalı, vb. yapay faaliyetin, sistemde meydana getireceği olumlu veya olumsuz etki, yapılması planlanan projenin fizibilite aşamasında göz önünde bulundurulmalıdır. Bir sistemin sınırı/sınırları, ilgilenilen alanın ve/veya problemin özelliklerine bağlı olarak değişebilmektedir. Sistemin sınırı, bir akarsu koluna ait alt drenaj alanı olabileceği gibi, bir havzanın tamamı da olabilir. Göl, baraj, vb. su kütleleri ile ilgili çalışmalarda ise söz konusu su kütlesinin serbest (açık) su yüzeyi, sistemin sınırını oluşturabilir.

Hidrolojik çalışmalarda, öncelikle yapılması gereken işlem, hidrolojik sistemin sınır koşullarının çalışılan alanın fiziksel yapısı ile uyumlu bir şekilde belirlenmesidir. Çünkü sistem içinde hüküm süren hidrolojik süreçler ve bu süreçlere bağlı yaşam formları, bu sınırlar içinde meydana gelen hidrolojik olayların sonucunda var olmakta ve/veya varlıklarını devam ettirmektedir. Bir hidrolojik sistemin sınırını; drenaj (havza) alanı, alt drenaj alanı, serbest su yüzeyi ve sazlık-bataklık alan sınırı gibi sınırlar oluşturmaktadır. Dağ ve/veya tepe gibi doğal yapılarla çevrelenmiş, tüm yüzeysularını ve yeryüzüne çıkan yeraltısularını toplayarak daha düşük kotlara ileten, doğal sınırlardan oluşan ve hidrolojik sistemi kontrol eden yeryüzü (kara) parçasına "havza veya drenaj" sınırı denir.

Birbirine komşu iki havzanın drenaj alanlarını ayıran sınır, su ayrım çizgisi veya su bölüm hattı olarak tanımlanmaktadır. İki komşu havza arasındaki sınır çoğunlukla dağları, tepeleri ve sırtları takip etmektedir. Bir drenaj alanının veya havzanın akış yukarısı memba, beslenme alanı veya yukarı havza olarak adlandırılırken, akış aşağısı ise mansap, boşalım bölgesi veya aşağı havza olarak adlandırılmaktadır. Drenaj alanı bilgisi; yağış, sıcaklık, buharlaşma, vb. hidrolojik parametrelerin hesaplanmasında, hidrolojik bütçe (su bütçesi) çalışmalarında, akım gözlemleri istatistiği gibi hidrolojik hesaplamaların gerçekleştirilmesinde, beslenme alanlarının belirlenmesinde, su kalitesi çalışmalarında, drenaj şebekelerinin projelendirilmesinde, baraj, gölet, regülatör ve benzeri su yapılarına gelecek akımların hesaplanmasında vb. çalışmalarda kullanılmaktadır. Topladığı suları denizlere ileten akarsuların bulunduğu havzalar açık havza olarak tanımlanırken, denizlere iletmeyen başka bir ifade ile havza içinde suyun gidebileceği en düşük kotu oluşturan göl, sazlık-bataklık, vb. alanlara ileten akarsuların bulunduğu havzalar ise kapalı havza olarak tanımlanmaktadır. Ancak havza büyük ölçekte bir hidrolojik sistemi sınırlayan ve tüm yüzeysuların toplandığı geniş bir alanı temsil etmektedir.

Bir akarsu havzasında meydana gelen yağış, yüzeysel akış, vb. hidrolojik süreçleri etkileyen parametreler, havza karakteristikleri (Bayazıt, 2011) olarak tanımlanmaktadır. Bu parametreler; jeolojik ve hidrojeolojik yapı, havzadaki bitki örtüsü, havza büyüklüğü, havzanın ortalama kotu, havzanın eğimi, havzanın alanı ve şekil parametreleri ile havza alanının, çıkış noktasına olan uzaklığa göre dağılımı şeklinde sıralanmaktadır.