Sahil drenajı yönteminde drenaj debisi ile erozyon miktarı ilişkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the relation between the drainage flow rate and erosion in the beach drainage method
Yazar: ŞENOL DÜNDAR
Danışman: PROF. DR. M. SEDAT KABDAŞLI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Drenaj = Drainage ; Erozyon = Erosion ; Sahil şeridi = Coast line

Özet:
Sahiller hem dalga enerjisinin kırılmasında önemli rol oynamakta hem de turistik açıdan önem arzetmektedir. Sahiller normal şartlar altında dinamik denge halindedir. Ancak gelişen sanayi, sayısı hızla artan nüfus neticesinde kıyı bölgelerine insan müdahalesi olmakta ve dinamik denge bozulmaktadır. Buna göre bazı sahillerde birikme yaşanırken bazılarında erozyon meydana gelmektedir.Sahil drenajı şimdiye dek saha, laboratuvar ve nümerik çalışmalar ile incelenegelmiş bir kıyı koruma yöntemidir. Sistemin ana felsefesi, yer altı su seviyesini düşürmek ve gelen dalga sularının sızmasını sağlamaktır. Böylece yüksek yer altı su seviyesi halinde yaşanabilecek sıvılaşma ve katı madde efektif ağırlığında düşüş yaşanmayacaktır. Ayrıca, dalga tırmanması esnasında sızan sular, hem dalga tırmanırken hem de çekilirken akım hızında düşüşe yol açacaktır. Böylece kayma gerilmelerinde azalma meydana gelecektir.Deneysel çalışmalar 22 m uzunluğunda, 1 m genişliğinde bir dalga kanalında yapılmıştır. Şev eğimi tüm deneylerde 1:5 olarak sabit tutulmuş ve düzenli dalgalar etkisinde profil ve drenaj debisi ölçümleri alınmıştır. Şevde medyan tane çapı d50=0.3 mm olan kum kullanılmıştır. Drenaj borusu olarak 50 mm çapında perfore boru, tüm kanal genişliğince yerleştirilmiştir. Borunun etrafı 8 mm çapında delikler açılarak su girişi sağlanmıştır. Drenaj borusu altı farklı konuma yerleştirilmiş ve bu konumlardan çekilen debiler ölçülmüş, oluşan profiller belirlenmiştir. Yer altı su hendeğinde suyun seviyesi tüm deneylerde sakin su seviyesi ile aynı tutulmuştur.Deney sonuçlarına göre, drenajsız durumda 4 cm'den az yüksekliğe sahip dalgaların erozyona neden olmadığı, bu değerden sonra ise erozyon alanının dalga yüksekliği ile neredeyse lineer olarak artığı gözlenmiştir. Drenajlı durumlar dikkate alındığında ise, boru konumuna bağlı olarak erozyon yaratmayan dalga yüksekliği değeri 8 cm'ye kadar çıkmıştır. Bar ağırlık merkezi boru konumu SSS ile şevin kesişim noktasına yaklaştıkça karaya doğru ilerlemektedir.Drenaj debisinin miktarı ile erozyon alanı arasında bir ilişki bulunamamıştır. Ancak drenajın hangi konumdan yapıldığı önem kazanmaktadır. Bir başka deyişle, drene edilen suların tırmanan ve çekilen dalga suları mı yoksa mevcut yer altı suyu mu olduğu önem kazanmaktadır. Drenaj borusu konumu karaya doğru ilerledikçe sahil gerisindeki yer altı suyu çekilmektedir. Deneyler sonucunda erozyon alanında en büyük azalma boru 2 konumunda iken elde edilmiştir. 1, 3, 4 ve 5 konumlarındaki veriler dikkate alınarak boyutsuz erozyon alanı parametresi tahmin edilmeye çalışılmıştır. Bulunan denklem 2 ve 6 konumlarının verileri ile kontrol edilmiştir.İki konumunda elde edilen değerler ile drenajsız durumdaki değerler karşılaştırıldığında erozyondaki azalma oranı dalga yüksekliği arttıkça azalmaktadır. Dalga yüksekliği 25 cm ve daha büyük olduğu zaman drenajın etkisi görülmemektedir.Drenaj debisi boru konumu ve dalga yüksekliği ve periyodu ile değişmektedir. Benzer şekilde boyutsuz drenaj debisi parametresi de 1, 3, 4 ve 5 konumlarından elde edilen veriler kullanılarak üretilmiştir. Üretilen denklem 2 ve 6 konumlarının verileri ile kontrol edilmiştir.Sahil drenajı ile erozyon alanında azalma yaşanmıştır. Bunun nedeni olarak yer altı su seviyesinin düşmesi ile sızma oranında artma ve buna mukabil katı madde efektif ağırlığında artış söylenebilir. Profil verileri incelendiğinde erozyon alanındaki artışın en önemli nedeni ise dalga tırmanma yüksekliğinde yaşanan azalma görülmüştür. Sızmanın artması tırmanan dalga sularının hızının ve miktarının azalmasına ve böylece tırmanma seviyesinde düşüşe yol açmaktadır. Dalga suları çekilirken ise, sızma ile çekilen su hızı azalmış açığa taşıyabileceği malzeme oranı düşmüştür.

Abstract:
Beaches play important roles in both the dissipation of wave energy and for the recreational purposes. They are generally in dynamic equilibrium. But, due to increasing industrial activities and population, human interference into the beaches occurs and the dynamic equilibrium deteriorates in which some beaches accrete, but some of them erode.Beach drainage is an erosion control method studied in-situ, in the laboratory and numerically. Main philosophy lying under this method is lowering the water table and increasing the infiltration through the sediment matrix. As the infiltration rate increases, the probability of liquefaction and effective weight reduction of sediments will be reduced. Also, water which infiltrates during the wave runup will lead to reduction in flow velocity both in runup and run-down phases. This reduction in flow velocity will lead to reduction in shear stresses.Experiments are conducted in a narrow flume with 22 m in length, 1 m in width and 80 cm in depth. Slope of beach profile is always kept constant (1:5), the profile and drainage flow rate data are measured. The median grain size of the sediment is d50=0.3 mm. The diameter of the drainage pipe is 50 mm and is laid along the whole width of the flume. The pipe is perforated in 8 mm holes to allow the water suction. Geotextile sheet is wrapped over the pipe to prevent the holes from sediment clogging. 6 drainage pipe locations are determined, beach profiles and drainage flow rates are measured at these locations. Ground water level is kept constant in all experiments same as the still water level.According to the experimental analysis, the waves which have lower height than 4 cm do not cause any erosion in the profile in no-drain case. For greater values of wave height, the area of the erosion is almost linearly increasing. In case of drainage, the wave height which does not cause erosion in the profile is observed as 8 cm, depending on the location of drainage pipe. Offshore bar center of gravity migrates landwards as the drainage pipe location approaches the intersection of beach profile and still water line.There is no direct relation between the drainage flow rate and erosion area. On the other hand, the location of the drainage pipe becomes important. The important factor is that whether the runup/rundown wave water or the existing ground water is drained. The ground water is drained as the pipe location migrates landwards. According to the experimental analysis results, the most obvious reduction in the erosion area is observed when the pipe is placed in location (2). Dimensionless erosion area parameter is derived by using the data measured at locations 1, 3, 4 and 5. Derived equation is verified by using the data measured at locations 2 and 6.When the data measured in location (2) is compared with the no-drain data, erosion area reduction rate is reduced when the wave height is increased. When the wave height is increased up to 25 cm, drainage has no advantage to reduce erosion.Drainage flow rate depends on the pipe location, wave height and period. Similarly, dimensionless drainage flow rate parameter is derived by using data measured at locations 1, 3, 4 and 5. Derived equation is verified by using data measured at locations 2 and 6.Erosion is reduced by beach drainage. The increase in the infiltration rate by lowering the water table leads to reduction in the effective weight of the sediments and decrease in the flow velocity of the runup/rundown swash flows. When the profile graphs are investigated, the main reason for the erosion reduction should be the reduction of the wave runup height. Increase in the infiltration rate leads to reduction of the runup wave flow velocity and quantity, resulting in the decrease of runup limit of water waves. In the down-rush phase, the flow velocity is also reduced and the ability to carry sediment is decreased.