Bazı toprak düzenleyicilerin rüzgâr erozyonuna olan etkileri: Laboratuvar ölçekli rüzgâr tüneli çalışması
The effects of some soil conditioners on wind erosion: Laboratory scale wind tunnel study
Yazar: VİLDAN ERCİ
Danışman: PROF. DR. CEVDET ŞEKER ; PROF. DR. MUSTAFA BAŞARAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Rüzgar erozyonu = Wind erosion ; Rüzgar tüneli = Wind tunnel

Özet:
Kurak ve yarı kurak bölgelerde önemli bir çevre problemi olan erozyon, yeryüzünün oluşumu ve iklim olaylarıyla başlayan, insan-toprak ilişkileriyle hızlandırılan ve zararı geç fark edilmiş, sürekli bir olaydır. Gerekli önlemlerin alınabilmesi için erozyon ve etkilerinin iyi bilinmesi ve bu bilgiler ışığında çözümler üretilmesi gerekmektedir. Laboratuvar ölçekli rüzgâr tüneli çalışmaları ile arazi şartlarının getirmiş olduğu dezavantajlar azaltılabileceği gibi, erozyon için önemli unsurlardan birisi olan eşik hız değerinin yükseltilebilmesi için daha kısa sürede daha çok ve stabil denemeler yapılabilecektir. Bu kapsamda yapılan bu çalışmada mevcut rüzgâr erozyonu problemine yönelik fazla sayıda uygulamaların etkisini kısa sürede deneyebilmek ve çözüm önerileri getirebilmek için 0.4x0.4x5 m boyutlarında laboratuvar ölçekli bir rüzgâr tüneli tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan rüzgâr tünelinde 5, 7, 9 ve 11 m s-1 rüzgâr hızları, rüzgâr profilini ve hız dağılımını belirlemek için referans hızlar olarak belirlenmiştir. Tünelin gövde başlangıcına 0.5-1.5-2-2.5 m mesafelerinde yer alan ölçüm noktalarının (toplamda 28) her birinden, belirlenen her bir yükseklik için rüzgâr hız ölçümleri 2 adet hassas anemometre ile yapılmıştır. Bu işlem her bir referans hızı için ayrı ayrı olacak şekilde tekrarlanarak rüzgâr tüneli boyunca toplamda 2240 noktada rüzgâr hız ölçüm sonuçları elde edilmiştir ve bu sayede rüzgâr tünelinin profili ve hız dağılımı ortaya çıkarılmıştır.
Laboratuvar şartlarında, oluşturulan koşullarda yapılan uygulamaların rüzgâr erozyonuna etkilerinin belirlenmesinde Konya ovasında, Sarıcalar ve Karapınar mevkiinden, işlemeli tarım yapılmayan alanlardan sırasıyla alınan siltli killi tınlı ve kumlu tın tekstüre sahip toprak örnekleri kullanılmıştır.  Belli koşullar altında meydana gelen erozyon miktarına melas (M), çimento (Ç), melas + çimento karışımı (ÇM) ve hidrojel (H) uygulamalarının farklı dozlarının (6.66-13.33-26.66-53.33 g m-2) 0.075 m2 yüzey alanına sahip, 0.5 kg'lık toprak örneklerine ayrı ayrı uygulanarak 24 saat boyunca beklemeye bırakılmıştır. Bu sürenin sonunda rüzgâr tünelinin test odasına, uygulama yapılmış toprak örnekleri ayrı ayrı yerleştirilerek 10 dk boyunca 2 farklı rüzgâr hızına (9 ve11 m s-1) erozyona maruz bırakılmıştır. Bunun sonucunda yapılan uygulamaların erozyon ile kaybedilen toprak miktarında meydana getirdikleri azaltma, her bir tavadaki toprak miktarlarının erozyon öncesi ve sonrası ayrı ayrı tartılması ile belirlenmiştir. Sonuç olarak, her iki toprak örneği için de 9 ve 11 m s-1 rüzgâr hızlarında hidrojel uygulamalarının sırasıyla; 13.33, 26.66 g m-2 ve üzeri dozlarında oldukça etkin olduğu, çimento ve çimento + melas karışımında ise 13.33 g m-2 ve üzeri uygulamalarında yaklaşık olarak aynı etkiyi gösterdiği istatistiki olarak belirlenmiştir. Melas uygulamasının çalışmada kullanılan mevcut dozları deneme şartlarında erozyonu önlemedeki etkinliği sınırlı kalmış olup, sonraki çalışmalarda daha yüksek dozların ve farklı uygulamaların denenmesi yerinde olacaktır. Yapılan çalışma kapsamında erozyonu önlemedeki etkileri göz önüne alındığında, hidrojelin diğer toprak düzenleyicilerine kıyasla rüzgâr erozyonunu, yüzeyde oluşturduğu kabuk katmanı sebebiyle, daha iyi önlediği belirlenmiştir. Fakat, kolay ulaşabilme ve ekonomik açıdan değerlendirilecek olursa hidrojele alternatif olarak çimento veya çimento ve melas karışımının kullanılmasının daha uygun olacağı bu çalışma ile değerlendirilmiştir.

Abstract:
Erosion, which is an important environmental problem in semi-arid and arid, has started with the formation of earth and climate events. Erosion is a continuous event that accelerates with human-soil relations and its damages have been realized late. In order to take necessary precautions, erosion and its effects should be well known, and solutions should be produced accordingly. Thanks to the studies based on the laboratory wind tunnel, the disadvantages of the field conditions can be eliminated, and more stable tests can be performed in a shorter time in order to increase the threshold speed value which is an important factor for erosion. In this thesis, a laboratory-scale wind tunnel with a dimension of 0.4x0.4x5 m was designed in order to test the effect of many applications towards the existing wind erosion problem in a short time and to propose solutions to this problem. The wind speeds of 5, 7, 9 and 11 m s-1 in the designed wind tunnel were determined as reference speeds to determine the wind profile and speed distribution.  Wind speed measurements were made with 2 precision anemometers for each determined height from each of the measuring points (28 in total) located at 0.5-1.5-2-2.5 m from the beginning of the tunnel body. This process was repeated for each reference speed separately to obtain wind speed measurement results at a total of 2240 points along the wind tunnel, thereby revealing the profile and speed distribution of the wind tunnel. 
Soil samples with loamy sand and silty clay loam textures taken from untreated agricultural areas in Sarıcalar and Karapınar locality in Konya plain were used to determine the effects of some application to the wind erosion under the conditions created in the laboratory. Molasses, cement, molasses + cement mixture, and hydrogel in different doses (6.66-13.33-26.66-53.33g m-2) were applied to 0.5 kg soil samples with 0.075 m2 surface area, exposed to erosion under certain conditions, and allowed to incubate for 24 hours. At the end of this period, treated soil samples placed separately in the test room of the wind tunnel were exposed to 2 different wind speeds (9 and 11 m s-1) for 10 minutes. Consequently, the reduction in the amount of soil loss by erosion was determined by weighing the soil amounts in each pan before and after erosion. As a result, hydrogel applications for both soil samples at wind speeds of 9 and 11 m s-1 were highly effective at doses of 13.33, 26.66 g m-2 and above, respectively. In addition, the application of the 13.33 g m-2 and above in cement and cement molasses mixture were found to have approximately the same effect statistically. The current doses of molasses used in the study have been limited in effectiveness in preventing erosion under experimental conditions and it might be appropriate to try higher doses and different applications in subsequent studies. Considering effects of the applications used in this study on erosion prevention, we found that hydrogel prevents wind erosion better than other soil conditioners because of the formation of the crust layer on the surface. However, as a result, it has been concluded that using cement or a mixture of cement and molasses as an alternative to hydrogel might be more convenient because it is easily accessible and cost effective.