KIYI EROZYONUNA KARŞI YARI GEÇİRGEN KAZIKLI MAHMUZ TASARIMI: ST. FRANCIS KÖRFEZİ, GÜNEY AFRİKA ÖRNEĞİ

Transkript

1 KIYI EROZYONUNA KARŞI YARI GEÇİRGEN KAZIKLI MAHMUZ TASARIMI: ST. FRANCIS KÖRFEZİ, GÜNEY AFRİKA ÖRNEĞİ Arzu G. SAMANCI Boğaziçi Üniversitesi İnşaat Müh. Bölümü (212) #1432 Emre N. OTAY Boğaziçi Üniversitesi İnşaat Müh. Bölümü (212) #1432 GİRİŞ: Güney Afrika Cumhuriyeti nin güneydoğusunda, Hint Okyanusuna bakan St. Francis Körfezi nde gözlemlenen kıyı erozyonunda son yıllarda önemli bir artış oluşmuştur. Turistik bir yerleşim yeri olan St. Francis Kumsalının yok olma tehdidine karşı ahşap kazıklı, yarı geçirgen bir mahmuz tasarlandı. Alışagelmiş sert yapılara oranla çevreye daha uyumlu özellikler gösteren yarı geçirgen mahmuzun Güney Afrika gibi kuvvetli dalga etkisindeki yüksek enerji kıyılarında uygulanabilirliğini incelemek üzere, Boğaziçi Üniversitesi nde Illenberger & Associates ile ortaklaşa bir proje geliştirildi. Bu bildiri, erozyona uğramakta olan, yüksek dalga enerjisine maruz bir kumsalın, hidrodinamik ve morfodinamik yapısını inceleyerek, yapımı planlanan yarı geçirgen mahmuzun tasarımı sırasında kullanılan yöntemleri, karşılaşılan zorlukları ve elde edilen bulguları özetlemektedir. Şekil 1. St. Francis Körfezi Görünüm Planı

2 YÖNTEM: Analiz ve tasarım süresince kullanılmak üzere haritalar, uçak fotoğrafları, rüzgar verileri ve fayda sağlayabilecek diğer malzemeler toparlanıp değerlendirildikten sonra tasarım için gerekli sayısal modeller oluşturuldu. Derin denizde yönü ve ortalama yüksekliği bilinen dalgalar, Kirby ve Dalrymple (1983) tarafından geliştirilmiş olan REFDIF1 ile kırılma noktasına kadar dalgaların yumuşak eğimli tabanlar üzerinde sapma ve dönmesi modellendi. Körfez içindeki dalga alanından sonra, yanal sediment taşınım teorisi temel alınarak, kıyıya paralel kum taşınımının modellenmesine geçildi. REFDIF1 den elde edilen dalga kırılma yükseklikleri ve açıları kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi ile kıyıya paralel yöndeki sediment taşınımı hesaplandı. Bu şekilde elde edilen kıyı çizgilerinin ölçümlerle kıyaslanmasının ardından tasarıma geçildi. Yarı geçirgen mahmuzlar, prensip olarak geçirimsiz mahmuzlardan farklı bir mekanizma ile çalışmakta ve farklı kıyı şekilleri oluşturmaktadırlar (Şekil 2). Geçirimsiz mahmuzlar, sediment taşınımını tamamen engelleyerek, yukarı kıyıda kum birikimi ve aşağı kıyıda erozyon olacak şekilde, antisimetrik bir kıyı oluştururlar. Yarı geçirgen mahmuzlar ise dalga transformasyonunu etkileyerek varolan yanal sediment akışına ek bir taşınım yaratırlar. Bunun sonucunda kıyıda simetrik bir birikme gözlemlenir. Bu oluşumun modellenmesi için, mahmuz planlanan kesitte bir sığlık oluşturduğu varsayıldı. Buna göre mahmuzların geçirgenliği ile inşaa edildiği alandaki değiştirilmiş derinlikler arasında bir bağıntı kuruldu. Daha az geçirgen mahmuzlar kıyının daha büyük oranlarda sığlaştırılması ile modellendi. Gelen dalga Başlangıç kıyı çizgisi Şekil 2. Geçirimsiz (a) ve yarı geçirgen mahmuzlarda gözlemlenen kıyı şekilleri

3 BULGULAR: Toplanan verilerin değerlendirilmesi sonucunda, bölgenin batimetrik özellikleri, dalga iklimi, kıyının morfodinamik yapısı, sedimentolojik özellikleri ve kıyı çizgisi değişimini etkileyen çevre şartları hakkında aşağıdaki bulgulara ulaşılmıştır. Bölgede çift modlu bir rüzgar ve dalga iklimi hakimdir. Yılın yaklaşık %75 inde hakim olan rüzgar yönü güneybatıdır. Bu yönden gelen dalgalar St Francis burnunda (Şekil 1) kırınıma uğrayarak enerjilerinin yaklaşık %90 ını kaybetmektedirler. Güneybatı yönünden gelen dalgalar kıyı boyunca kuzeydoğu yönünde kum taşınımı yaratmaktadır. St Francis te gözlemlenen erozyona sebep olarak başlıca iki etken sayılabilir: Söz konusu kumsal karadan esen rüzgarın getirdiği kumlarla beslenmekteydi. Batıdaki Santareme Kumulunun 1964 yılında stabilizasyonu sonucu kıyıya yıllık ortalama m 3 olan doğal kum akışı %90 oranında azaldı. Kıyı gerilemesine diğer bir etken de, kumsalın kuzeyindeki Kromme nehrinden gelen kumun nehir üzerine yapılan barajlar tarafından tutulmasıdır. Barajlar yüzünden debisi azalan nehrin taşıdığı az miktardaki kum da kıyıya ulaşamadan nehrin ağzında birikmeye başlamıştır. Bu etkenlerin sonucu olarak, St. Francis Kumsalında son 20 yılda, yıllık ortalama 2m erozyon gözlemlenmiştir. Yapılan model çalışmaları sonucu kuzeydoğuya doğru taşınımın yıllık yaklaşık m 3 olduğu bulunmuştur. Doğudan gelen ve hiçbir engelle karşılaşmadan körfeze giren dalgaların yarattığı güneybatı yönündeki kum taşınımı ise yıllık yaklaşık m 3 olarak hesaplanmıştır. Bu rakam dalgaların senenin yaklaşık %15 inde doğudan geldiği varsayımına dayanmaktadır. Doğulu dalgalar kıyıya neredeyse dik geldikleri için güneybatıdan gelenlere oranla daha az yanal taşınıma neden olmaktadırlar (Şekil 3). Doğulu dalgalar genelde ilkbahar ve yaz mevsiminde gözlenlenmekte olup, daha çok fırtına sonucu oluşmaktadırlar. Yıllık net yanal kum taşınımı kuzeydoğu yönünde ve yaklaşık m 3 olarak hesaplanmıştır. Eldeki batimetri ile yapılan analizler sonucu, kum taşınım yönü için kritik dalga açısının N olduğu tespit edildi. 108 dereceden küçük açılardan gelen dalgalarda kum taşınımı güneybatı yönüneyken daha büyük açılarda, kum taşınımı yön değiştirerek kuzeydoğuya yönelmektedir. Ayrıca, açıdaki bir kaç derecelik küçük değişikliklerin kum taşınımı miktarında büyük değişikliklere yol açtığı hesaplanmıştır.

4 Şekil 3. Güneybatılı dalgalar için kırılma yönleri, derinlikleri ve dalga yükseklikleri Doğulu dalgalar açık denizde kuzeye derece açı yapmaktadırlar ve körfeze girene kadar çok fazla yön değiştirmemektedirler. Körfez içinde yaklaşık 2-3 m su derinliğinde, yükseklikleri yaklaşık 2 m. ye ulaştığında kırılmaktadırlar. Peryotları 7.9 sn. dir. Batılı dalgalar burunda sapma ve dönmeye uğradıktan sonra kuzeye yaklaşık 120 derecelik bir açı yaparak körfezde ilerlemektedirler. Körfez içinde yaklaşık kırılma derinliği 1-2 m, kırılma yükseklikleri yaklaşık m arasında, peryotları 12.6 saniyedir. Ön kumsalda 1:20 olan kıyı eğimi su çizgisinde 1:50 olmaktadır. Kumsal orta büyüklükte kumdan oluşmaktadır. Medyan dane çapı su çizgisinde 0.22 mm iken, 0.32 mm dir. Sınır derinlik söz konusu kumsal için 7 m olarak hesaplanmıştır. Analizler sonucu, kıyıya yapılan bir mahmuzun kum taşınımı üzerine olan etkisinin dengeye gelebilmesi için 20 senelik bir sürenin yeterli olduğu gözlemlendi. Çeşitli yarı geçirgen mahmuz tasarımları ile söz konusu kıyının 20 senelik gelişimi modellenmiştir (Şekil 4). Şekil m uzunluğunda ve % 30 geçirgen bir mahmuz modeli sonucu kıyı değişikliği

5 KAYNAKLAR: Kirby, J.T. ve R.A. Dalrymple, (1983), A parabolic equation for the combined refraction diffraction of Stokes waves by mildly varying topography, Journal of Fluid Mechanics, 136, Otay,E.N., Ö. Güngördü, O.S. Börekçi, (1997), Shoreline changes in the vicinity of a permeable groin, Coastal Engineering Workshop, Istanbul, Turkey. Burkinshaw, J., ve W. Illenberger, (2001), The Cape St. Francis headland bypass dune system from a geomorphplogical perspective, Illenberger & Associates, Port Elisabeth, South Africa.