Yağış kaynaklı erozyon ve katı madde hareketinin laboratuvar modeli

Erozyon zemin parçacıklarının yağış, akış ve rüzgar etkisiyle yerinden aşınması ve taşınmasıdır. Zemin parçacıklarının yağış ve akış tarafından parçalanarak taşınması olarak tanımlanan su erozyonu ise, süreci en karmaşık ve zararı en çok olan erozyon biçimidir. Akış ile birlikte katı madde ve kirleticiler deniz ve göllere taşınır; suyun kalitesini bozar. Bu nedenle, çevrenin korunması açısından erozyon miktarının tahmin edilmesi önemlidir. Erozyon bir akarsu havzasında yamaçlarda veya akarsu yatağında meydana gelebilir. Yamaç ölçeğinde birçok erozyon modeli bulunmaktadır. Yamaçlarda meydana gelen erozyon sürecini tanımlamak için fiziksel tabanlı yağış-akış modellerinin kullanılması esastır. Fakat, bu modeller için bazı parametrelerin önceden kalibre edilmesi gerekmektedir. Literatürde yapılan birçok çalışma havza yamaçlarını düzlemsel kabul edip, erozyonu sadece boyuna doğrultudaki eğimin etkisi altında incelemiştir. Öte yandan doğada yamaçlar enine doğrultuda da eğime sahiptirler. Yamaçlarda meydana gelen akışı ve katı madde hareketini hassas ve güvenilir bir şekilde modelleyebilmek için 2 -boyutlu modeller geliştirilmiş; fakat bu modellerin laboratuvar ve arazi verileriyle kalibre edilmesi mümkün olmamıştır. Geliştirilen bu modellerin performansının belirlenmesi ve kalibrasyonunun yapılabilmesi için laboratuvar çalışmaları gerekmektedir. Bu amaçla İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda, enine ve boyuna doğrultuda eğimi ayarlanabilen bir laboratuvar kanalında, erozyon deneyleri yapılmıştır. Ayrıca çalışmada kullanılmak üzere, doğadaki yağışın fiziksel özelliklerine benzer yağış elde etmek ve farklı çevre koşullarının erozyon üzerindeki etkisini belirleyebilmek için bir yağış simülatörü geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında 650 cm uzunluk, 136 cm genişlik ve 17 cm derinliğindeki bir erozyon kanalında, medyan çapı (D50)=0, 45 mm olarak belirlenen ve bitki örtüsü korumasına sahip olmayan üniform kumda, iki farklı yağış şiddetinde (85 ve 105 mm/sa) ve belirli enine-boyuna eğimlerde 20 farklı erozyon deneyi yapılmıştır. Yağış simülatöründe 85 ve 105 mm/sa'lik yağış için sırasıyla VeeJet 8060 ve VeeJet 8070 olmak üzere beşer adet püskürtücü kullanılmıştır. Püskürtücüler yatay bir çubuk üzerine yerleştirilmiştir. Püskürtücü çubuğu ile yatay kanal tabanı arasındaki mesafe 2,60 m olarak ayarlanmıştır. Literatürde bu mesafedeki VeeJet püskürtücülerden yayılan yağmur damlalarının doğadaki yağmur damlalarının eşdeğeri limit hıza ulaştığı belirtilmiştir. Kanal alanı üzerinde üniform yağış dağılımı elde etmek için üniformluk deneyleri yapılmış ve püskürtücüler arasındaki mesafe 125 cm iken Christiansen Üniformluk Katsayısı VeeJet 8070 için % 87,3, VeeJet 8060 için ise % 83,0 olarak belirlenmiştir. Erozyon deneyleri sırasında veri kümesini elde etmek için kanaldan ilk yüzeysel akışın çıkışa ulaşması ile beraber 15 saniye ile 1 dakika arasında değişen zaman aralıklarında akış verileri toplanmıştır. Bu tez çalışmasında yapılan deneyler sonucunda, enine ve boyuna eğimin artmasıyla erozyonun arttığı, yağış şiddetinin artmasıyla da erozyonun arttığı ancak hacimsel katı madde konsantrasyonunun etkilenmediği gözlenmiştir. Katı madde yükü ile akış debisi ve eğim arasında; ayrıca eğim ile erozyon arasında farklı ilişkiler kurulmuştur. Çalışmanın sonucunda elde edilen bilgiler, kumlu zeminlerin yağış sonucu meydana gelen erozyon karşısında davranışı hakkında bilgi verirken, 2 -boyutlu erozyon modellerini kontrol ve kalibre etmek amacıyla da kullanılabilir.