Yeraltı Su Seviyesi Düşürme (Dewatering) Yöntemleri

Tanım ve Temel İlkeler

Tablo 1: Tanım ve Temel İlkeler

CIRIA C750:2016 Tablo 4.1; TS EN 1997-1:2012 Madde 5.4

Saha Notu: Türkiye şantiyelerinde en yaygın uygulanan yöntemler derin kuyu ve wellpoint sistemleridir. İstanbul alüvyon zeminlerinde (Haliç, Boğaz çevresi) tipik k = 5×10⁻⁴–10⁻³ m/s, Ankara kil-marn formasyonlarında k = 10⁻⁸–10⁻⁶ m/s değerleri gözlemlenmektedir.

Dikkat: Yöntem seçimi yalnızca su düşüm derinliğine değil, zeminin granülometrik bileşimine ve kuyuya giriş hızına (filtre kriterleri) göre yapılmalıdır. Hatalı yöntem seçimi zemin sürüklenmesine (piping) ve ciddi oturmalara yol açar.

1. Yasal Çerçeve ve Türkiye Mevzuatı

1.1 Temel Mevzuat

Tablo 2: Temel Mevzuat

Saha Notu: 167 sayılı Kanun kapsamında, günlük 100 m³'ü aşan dewatering uygulamalarında DSİ'ye önceden başvuru ve yeraltı suyu kullanma belgesi alınması zorunludur. İstanbul, Ankara ve İzmir gibi büyükşehirlerde belediye imar müdürlükleri ek onay talep edebilmektedir.

Dikkat: Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (Madde 17) kapsamında, pompalanan dewatering suyu askıda katı madde (AKM) içeriyorsa çökeltme havuzu veya filtre torbalı tank aracılığıyla arıtılmadan alıcı ortama (dere, kanal, kanalizasyon) deşarj edilemez.

1.2 Deşarj Standartları

Tablo 3: Deşarj Standartları

2. Hidrolik Hesap Temelleri

2.1 Darcy Yasası

Zemin içindeki akış debisi:

$q = k \cdot i \cdot A$

Burada $k$ = hidrolik iletkenlik (m/s), $i$ = hidrolik eğim (boyutsuz), $A$ = akış kesit alanı (m²). Darcy, H. (1856), Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon.

Saha Notu: Türkiye'de zemin geçirgenlik testi için en yaygın kullanılan saha yöntemi Lefranc ve Lugeon testleridir. Laboratuvarda ise TS EN ISO 17892-11:2019 standardına göre geçirgenlik deneyi uygulanır.

Tablo 4: Darcy Yasası

2.2 Radyal Akım: Thiem — Basınçsız (Serbest Yüzeyli) Akifer

Tek kuyu dengeli (steady-state) pompalaması için Thiem denklemi:

$Q = \frac{\pi \, k \, (H^2 - h_w^2)}{\ln(R / r_w)}$

Thiem, G. (1906), Hydrologische Methoden; TS EN 1997-1:2012, Ek D.

Burada:

• $Q$ = pompalama debisi (m³/s)
• $k$ = hidrolik iletkenlik (m/s)
• $H$ = etki alanı sınırındaki su tablası yüksekliği (m, referans tabandan)
• $h_w$ = kuyu içi su seviyesi (m)
• $R$ = etki yarıçapı (radius of influence, m)
• $r_w$ = kuyu yarıçapı (m)

Etki yarıçapı tahmini — Sichardt formülü:

$R = 3000 \cdot (H - h_w) \cdot \sqrt{k}$

Sichardt, W. (1928); CIRIA C750:2016, Bölüm 6.2.

Dikkat: Sichardt formülü deneysel bir yaklaşım olup k < 10⁻⁶ m/s zeminlerde güvenilmez sonuç verir. Büyük projelerde pompa testi verilerinden R belirlenmesi zorunludur (TS EN ISO 22475-1).

2.3 Radyal Akım: Artezyen (Basınçlı) Akifer

$Q = \frac{2\pi \, k \, b \, (H - h_w)}{\ln(R / r_w)}$

Thiem, 1906; Kuo, J., Practical Design Calculations for Groundwater and Soil Remediation, CRC Press, 2014.

Burada $b$ = akifer kalınlığı (m).

2.4 Çoklu Kuyu (Multiple Wells) — Süperpozisyon

$n$ adet kuyudan oluşan sistemde $i$. konumdaki ilave düşüm (Theis geçici durum):

$s_i = \sum_{j=1}^{n} \frac{Q_j}{4\pi T} \cdot W\!\left(\frac{r_{ij}^2 \, S}{4 \, T \, t}\right)$

Burada $T = k \cdot b$ = iletim katsayısı (m²/s), $S$ = depolama katsayısı, $W(\cdot)$ = Theis kuyu fonksiyonu (well function). Powers et al., 2007, Bölüm 6.

Dikkat: Basınçsız akiferlerde düşüm, akifer kalınlığının %20'sini aşarsa süperpozisyon ilkesi doğrudan uygulanamaz; iteratif veya sayısal yöntemler tercih edilmelidir (CIRIA C750:2016, Bölüm 6.4).

3. Yöntem Seçimi

3.1 Derin Kuyu (Deep Well) Tasarımı

Derin kuyu sistemleri, dalgıç (submersible) pompa ile donatılmış sondaj kuyusundan oluşur. Wellpoint'tan farklı olarak emme yüksekliği kısıtlaması yoktur; bu nedenle > 6 m derinlikteki su düşümleri için standart çözümdür.

Kuyu borusu çap seçimi:

Tablo 5: Derin Kuyu (Deep Well) Tasarımı

CIRIA C750:2016 Tablo 6.3

Filtre paketi tasarımı — Terzaghi kriterleri:

$\frac{D_{15,\text{filtre}}}{D_{85,\text{zemin}}} \leq 5 \qquad \text{(geçirmezlik koşulu)}$

$\frac{D_{15,\text{filtre}}}{D_{15,\text{zemin}}} \geq 5 \qquad \text{(geçirgenlik koşulu)}$

$\frac{D_{50,\text{filtre}}}{D_{50,\text{zemin}}} \leq 25 \qquad \text{(homojenlik koşulu)}$

TS EN 1997-1:2012, Ek D; Terzaghi, K. & Peck, R.B., Soil Mechanics in Engineering Practice, 1948.

Gerekli kuyu sayısı:

$n_w = \left\lceil \frac{Q_{\text{toplam}}}{Q_{\text{tek kuyu}}} \right\rceil$

Kuyular, kazı sınırı üzerinde eşit açısal aralıklarla konumlandırılır; köşelerde çakışma olmaması için $R$ < kuyu aralığı/2 koşulu kontrol edilir.

Saha Notu: Türkiye şantiyelerinde derin kuyu filtre malzemesi olarak SiO₂ doğal çakıl (5–10 mm) yaygın kullanılmaktadır. Dere çakılı yerine yıkama elekli, uniform granüler filtre tercih edilmeli; filtre granülometrisi saha zeminine göre TS EN ISO 17892-4:2017 (Elek Analizi) standardına göre belirlenen dane dağılımına göre seçilmelidir.

3.2 Wellpoint Sistemi

Wellpoint sistemi, manifold boru hattına bağlı çok sayıda küçük çaplı (38–75 mm) pompalama noktasından oluşur. Sığ uygulamalar (< 5–6 m) için ekonomik ve hızlı kurulabilir bir çözümdür.

Wellpoint sınırlaması: Atmosfer basıncı kısıtı nedeniyle tek kademede maksimum ≈ 5 m su düşümü sağlanabilir; daha fazla düşüm için ikinci kademe wellpoint koyulur veya derin kuyu sistemine geçilir.

Wellpoint aralığı:

$L_{wp} = 0{,}5 \text{ – } 2{,}5 \text{ m}$

Tablo 6: Wellpoint Sistemi

CIRIA C750:2016 Tablo 5.1

Saha Notu: Türkiye'de wellpoint manifold boruları genellikle DN 100–150 mm çelik veya HDPE borulardan oluşur. Kış koşullarında Doğu Anadolu ve İç Anadolu'da don riski (Don derinliği: İç Anadolu 80–120 cm, Doğu Anadolu 120–200 cm — KGM Don Haritası, 2020) nedeniyle manifold ve bağlantı borularının ısı yalıtımlı kılıf içine alınması zorunludur.

3.3 Vakumlu Wellpoint

İnce daneli zeminlerde (fines oranı %15–40 olan kum-silt) standart wellpoint yetersiz kalır; yüksek vakum (−7 ile −8 m su kolonu) uygulaması gerekir.

Dikkat: Yüksek vakum ile pompalama ince danelerin yerinden oynamasına (zemin sürüklenmesi / piping) neden olabilir. Vakumlu wellpoint uygulamasında gözlem kuyusunda zemin danesi kontrol periyodu 1 haftaya düşürülmelidir.

3.4 Elektro-Ozmoz (Electro-osmosis)

Elektrik potansiyeli farkı oluşturulan zemin içinde su, katottan anota doğru hareket eder. Yalnızca k < 10⁻⁷ m/s olan plastik kil ve siltlerde ekonomik olarak uygulanabilir.

4. Dewatering Etkisi İzleme

Gözlem kuyusu (piezometre) ağı: TS EN ISO 22475-1:2006 kapsamında, kazı çevresi ve civar yapı temelleri üzerinde en az 3 piezometre bulundurulmalıdır.

Tablo 7: Dewatering Etkisi İzleme

Saha Notu: Türkiye'deki büyük altyapı projelerinde (metro, tünel, köprü) otomatik datalogger + uzaktan izleme sistemleri zorunlu tutulmaktadır. İstanbul Marmaray Projesi'nde Boğaz geçişi sırasında su tablası düşümünün civar tarihi yapılarda oturma yaratmaması için anlık izleme sistemi kurulmuştur (İTÜ, 2006).

5. Komşu Yapılara Etkisi — Konsolidasyon Oturması

Yeraltı suyu düşümü sonucunda civar binalarda konsolidasyon oturması oluşabilir. Efektif gerilme artışı:

$\Delta \sigma' = \gamma_w \cdot \Delta h$

Burada $\Delta h$ = su tablası düşümü (m), $\gamma_w = 9{,}81$ kN/m³.

Normalize edilmiş konsolidasyon oturması (tek boyutlu):

$S_c = \frac{C_c}{1 + e_0} \cdot H_0 \cdot \log\!\left(\frac{\sigma'_0 + \Delta\sigma'}{\sigma'_0}\right)$

Burada $C_c$ = sıkışma indeksi, $e_0$ = başlangıç boşluk oranı, $H_0$ = sıkışabilir tabakanın kalınlığı (m).

Saha Notu: Türkiye'deki Kuvaterner alüvyon zeminlerde (İstanbul, İzmir kıyı şeridindeki Holosen dolguları) tipik $C_c$ = 0,3–0,6 değerleri bildirilmektedir. Bu zeminlerde su tablası 1 m düşürülmesi 10–30 mm konsolidasyon oturmasına neden olabilir; tarihi yapılar ve zemin katta yüzen temel bulunan binalar için etki alanı analizi zorunludur.

Dikkat: TBDY 2018 Bölüm 16 kapsamında, zemin oturmasının yapı stabilitesini etkileyebileceği durumlarda zemin güçlendirme veya perdeli inşaat tedbirlerinin alınması zorunludur.

6. Formüller Özeti

Tablo 8: Formüller Özeti

7. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Konu: Serbest yüzeyli akiferde tek kuyu debisi hesabı

Veriler:

• Akifer tipi: Serbest yüzeyli (basınçsız)
• Zemin: Orta kum; k = 5 × 10⁻⁴ m/s
• Doğal su tablası: H = 8,0 m (geçirimsiz tabandan itibaren)
• Kuyu içi su seviyesi (hedeflenen): h_w = 1,5 m
• Kuyu yarıçapı: r_w = 0,15 m

İstenen: Tek kuyu maksimum pompalama debisi Q (L/s)

Çözüm:

Adım 1: Etki yarıçapı (Sichardt formülü):

$R = 3000 \times (H - h_w) \times \sqrt{k} = 3000 \times (8{,}0 - 1{,}5) \times \sqrt{5\times10^{-4}}$

$R = 3000 \times 6{,}5 \times 0{,}02236 = 436 \text{ m}$

Adım 2: Thiem (basınçsız akifer):

$Q = \frac{\pi k (H^2 - h_w^2)}{\ln(R/r_w)} = \frac{\pi \times 5\times10^{-4} \times (8^2 - 1{,}5^2)}{\ln(436/0{,}15)}$

$Q = \frac{\pi \times 5\times10^{-4} \times (64 - 2{,}25)}{\ln(2907)} = \frac{\pi \times 5\times10^{-4} \times 61{,}75}{7{,}975}$

$Q = \frac{9{,}702 \times 10^{-2}}{7{,}975} = 1{,}217 \times 10^{-2} \text{ m}^3/\text{s} \approx 12{,}2 \text{ L/s}$

Sonuç: Q ≈ 12,2 L/s (yaklaşık 43,9 m³/sa)

Kontrol: Güvenlik marjı için pompanın en az %50 yedek kapasiteli seçilmesi gerekir → pompa kapasitesi ≥ 18 L/s. Tipik DN 200 mm kuyu için bu değer gerçekçidir (CIRIA C750:2016 Tablo 6.3).

Problem 2 — Orta

Konu: Basınçlı (artezyen) akiferde dewatering için kuyu sayısı belirlenmesi

Verilen:

• Akifer tipi: Basınçlı (artezyen)
• Zemin: Kum; k = 3,5 × 10⁻⁴ m/s
• Akifer kalınlığı: b = 8 m
• Başlangıç piezometrik seviye: H = 12 m (tavan kotundan)
• Hedeflenen kuyu içi basma yüksekliği: h_w = 2 m
• Kuyu yarıçapı: r_w = 0,10 m
• Kazı alanı: 40 m × 40 m kare; toplam gerekli düşüm = 10 m

İstenen: (1) Tek kuyu debisi, (2) Gereken kuyu sayısı

Çözüm:

Adım 1: Etki yarıçapı:

$R = 3000 \times (H - h_w) \times \sqrt{k} = 3000 \times 10 \times \sqrt{3{,}5\times10^{-4}} = 3000 \times 10 \times 0{,}01871 = 561 \text{ m}$

Adım 2: Tek kuyu debisi (basınçlı akifer, Thiem):

$Q = \frac{2\pi k b (H - h_w)}{\ln(R/r_w)} = \frac{2\pi \times 3{,}5\times10^{-4} \times 8 \times 10}{\ln(561/0{,}10)}$

$Q = \frac{2\pi \times 3{,}5\times10^{-4} \times 80}{\ln(5610)} = \frac{1{,}759\times10^{-1}}{8{,}633} = 2{,}04\times10^{-2} \text{ m}^3/\text{s} = 20{,}4 \text{ L/s}$

Adım 3: Toplam gerekli debi (eşdeğer dairesel alan yaklaşımı, CIRIA C750:2016 Bölüm 6.3):

Kazı alanı A = 40 × 40 = 1600 m²; eşdeğer yarıçap $r_{eq} = \sqrt{A/\pi} = \sqrt{1600/\pi} = 22{,}6$ m

$Q_{top} = \frac{2\pi k b (H - h_w)}{\ln(R/r_{eq})} = \frac{1{,}759\times10^{-1}}{\ln(561/22{,}6)} = \frac{1{,}759\times10^{-1}}{3{,}212} = 5{,}48\times10^{-2} \text{ m}^3/\text{s} = 54{,}8 \text{ L/s}$

Adım 4: Gerekli kuyu sayısı:

$n_w = \left\lceil \frac{Q_{top}}{Q_{tek}} \right\rceil = \left\lceil \frac{54{,}8}{20{,}4} \right\rceil = \lceil 2{,}69 \rceil = 3 \text{ adet}$

Yedek (%50): En az 3 × 1,5 ≈ 4–5 kuyu tasarlanmalıdır.

Sonuç: Kazı çevresine 4 köşede birer adet olmak üzere 4 derin kuyu yeterlidir. Her kuyu kapasitesi ≥ 20 L/s olacak şekilde dalgıç pompa seçilmelidir.

Kontrol: Kuyu aralığı ≈ 40 m > R/2 = 280 m koşulundan bağımsız olarak süperpozisyon etkisi aktif; toplam düşüm yeterli.

Problem 3 — Zor

Konu: Yeraltı suyu düşümüne bağlı komşu yapı konsolidasyon oturması tahmini

Verilen:

• Komşu yapı: Kil tabakası üzerinde oturan 5 katlı konut; temel kotu −1,5 m
• Kil tabakası kalınlığı: H₀ = 4,0 m; çift drenajlı
• Mevcut su tablası: Doğal zemin yüzeyinden 1,0 m derinlikte
• Hedeflenen su tablası düşümü: Δh = 3,0 m
• Başlangıç efektif gerilme (kil tabakası ortası): σ'₀ = 40 kPa
• Kil parametreleri: Cc = 0,45; e₀ = 1,20; γ_w = 9,81 kN/m³
• Kil doygun birim hacim ağırlığı: γ_sat = 17,5 kN/m³

İstenen: (1) Efektif gerilme artışı, (2) Konsolidasyon oturması tahmini, (3) 1 yıl sonraki oturma

Çözüm:

Adım 1: Su tablası düşümünün neden olduğu efektif gerilme artışı:

$\Delta\sigma' = \gamma_w \cdot \Delta h = 9{,}81 \times 3{,}0 = 29{,}4 \text{ kPa}$

Adım 2: Toplam konsolidasyon oturması:

$S_c = \frac{C_c}{1 + e_0} \cdot H_0 \cdot \log\!\left(\frac{\sigma'_0 + \Delta\sigma'}{\sigma'_0}\right)$

$S_c = \frac{0{,}45}{1 + 1{,}20} \times 4{,}0 \times \log\!\left(\frac{40 + 29{,}4}{40}\right)$

$S_c = 0{,}2045 \times 4{,}0 \times \log(1{,}735) = 0{,}2045 \times 4{,}0 \times 0{,}2392 = 0{,}1959 \text{ m} \approx 196 \text{ mm}$

Adım 3: 1 yıl sonraki oturma (Terzaghi birincil konsolidasyon teorisi):

Konsolidasyon katsayısı (tipik yumuşak kil): $c_v = 0{,}5 \text{ m}^2/\text{yıl}$

Çift drenajlı tabaka; $H_{dr} = H_0/2 = 2{,}0$ m; t = 1 yıl

$T_v = \frac{c_v \cdot t}{H_{dr}^2} = \frac{0{,}5 \times 1}{2{,}0^2} = 0{,}125$

$T_v = 0,125 < 0,6$ → U% yaklaşımı:

$U = \sqrt{\frac{4 \, T_v}{\pi}} = \sqrt{\frac{4 \times 0{,}125}{\pi}} = \sqrt{0{,}1592} = 0{,}399 \approx 40\%$

1 yıl sonraki oturma:

$S_t = U \times S_c = 0{,}40 \times 196 = 78 \text{ mm}$

Sonuç:

• Toplam konsolidasyon oturması: $S_c \approx$ 196 mm (tam konsolidasyon)
• 1 yıl sonraki oturma: $S_t \approx$ 78 mm (≈ %40 konsolidasyon)

Kontrol: 78 mm > izin verilen 25 mm (TS EN 1997-1:2012 Tablo C.2 sınır değeri); bu nedenle mühendislik tedbiri zorunludur:

• Dewatering alanı ile komşu yapı arasına geçirimsiz perde (sheet pile) uygulanmalı, veya
• Su düşümü kademelendirilerek hız yavaşlatılmalı (günde maksimum 0,5 m), veya
• Komşu yapı temellerinin kompanzasyon enjeksiyonu ile güçlendirilmesi değerlendirilmelidir.

8. Sık Yapılan Hatalar

1. Filtre paketi boyutsuz seçilmesi: Terzaghi filtre kriteri uygulanmadan rassal granülometride filtre kullanılması zemin sürüklenmesine (piping) yol açar.
2. Yedek pompa kapasitesi öngörülmemesi: Kritik kazılarda minimum %50 yedek kapasite sağlanmalıdır (CIRIA C750:2016, Bölüm 6.5). Pompa arızasında kazı tabanı su altında kalır; kazı göçüğü riski ortaya çıkar.
3. Piezometre okuma sıklığının düşük tutulması: Yeraltı suyu seviyesindeki ani değişim komşu yapı oturmasının erken tespitini engeller; izleme sıklığı günlük ya da 12 saatlik olmalıdır.
4. R formülüne körce güvenmek: Sichardt formülü büyük ölçekli projelerde gerçek R'dan sapabilir; pompa testi ile doğrulama yapılmalıdır.
5. Deşarj iznini ihmal etmek: Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği kapsamında gerekli izni almadan deşarj yapılması idari para cezasına yol açar.
6. Artezyen basıncını hesaba katmamak: Basınçlı akiferde kapak kaldırma (heave) riski göz ardı edilmemeli; taban stabilitesi hesabı yapılmalıdır.
7. Kış donma koşullarını ihmal etmek: Türkiye'nin İç ve Doğu Anadolu illerinde wellpoint manifoldlarının donması pompa verimini sıfıra düşürür; yalıtım zorunludur.
8. Türkiye zemin özelliklerini genelleştirmek: Ankara'da yaygın kil-marn ve Kapadokya tüf formasyonları ile İstanbul alüvyon zeminleri arasında geçirgenlik birkaç büyüklük mertebesi fark edebilir; sahaya özgü zemin etüdü (TS 3234:2004) yapılmadan hesap yapılmamalıdır.

Kaynaklar

1. TS EN 1997-1:2012 (Eurocode 7), Geoteknik Tasarım — Genel Kurallar, Türk Standartları Enstitüsü, Ek D: Filtre Tasarımı, Madde 5.4: Drenaj ve Dewatering.
2. CIRIA C750:2016, Preene, M., Roberts, T.O.L. ve Powrie, W., Groundwater Control — Design and Practice, 2. baskı, CIRIA, Londra.
3. Thiem, G. (1906), Hydrologische Methoden, Gebhardt, Leipzig.
4. Sichardt, W. (1928), Drainage Capacity of Wellpoints, Proceedings.
5. Powers, J.P., Corwin, A.B. & Schmall, P.C. (2007), Construction Dewatering and Groundwater Control, 3. baskı, Wiley.
6. Terzaghi, K. & Peck, R.B. (1948), Soil Mechanics in Engineering Practice, 1. baskı, Wiley.
7. Kuo, J. (2014), Practical Design Calculations for Groundwater and Soil Remediation, 2. baskı, CRC Press.
8. Mokwa, R.L. & Fridleifsson, S.V. (2007), A Case Study on Construction Dewatering-Induced Settlement, David Publisher.
9. Loáiciga, H.A. (2013), Consolidation Settlement in Aquifers Caused by Pumping, ASCE Journal of Geotechnical Engineering.
10. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (RG: 31.12.2004 / 25687), Çevre ve Şehircilik Bakanlığı.
11. 167 sayılı Yeraltı Suları Hakkında Kanun, DSİ Genel Müdürlüğü.
12. TS 3234:2004, Zemin araştırması ve sondaj — Terimler ve tarifler, TSE.
13. TS EN ISO 22475-1:2006, Zemin araştırması ve deneyleri — Numune alma yöntemleri.
14. TS EN ISO 17892-11:2019, Zemin araştırması — Zemin laboratuvar deneyleri — Geçirgenlik deneyi.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Şev Stabilitesi Hesaplama
• İstinat Duvarı Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.