TEZ ONAYI F. Ebru YILMAN tarafından hazırlanan Eldivan Sarayköy-II Göleti (Çankırı) Su Toplama Havzasında RUSLE Yöntemi İle Toprak Kayıplarının Tahmin

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ELDİVAN SARAYKÖY-II GÖLETİ (ÇANKIRI) SU TOPLAMA HAVZASINDA RUSLE YÖNTEMİ İLE TOPRAK KAYIPLARININ TAHMİN EDİLMESİ F. Ebru YILMAN TOPRAK ANABİLİM DALI ANKARA 2009 Her hakkı saklıdır

2 TEZ ONAYI F. Ebru YILMAN tarafından hazırlanan Eldivan Sarayköy-II Göleti (Çankırı) Su Toplama Havzasında RUSLE Yöntemi İle Toprak Kayıplarının Tahmin Edilmesi adlı tez çalışması 26/01/2009 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Doç. Dr. Günay ERPUL Jüri Üyeleri: Üye: Doç. Dr. Günay ERPUL Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Anabilim Dalı Üye: Doç. Dr. Orhan DENGİZ Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Anabilim Dalı Üye: Doç. Dr. Hasan S. ÖZTÜRK Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Orhan ATAKOL Enstitü Müdürü ii

3 ÖZET Yüksek Lisans Tezi ELDİVAN SARAYKÖY-II GÖLETİ (ÇANKIRI) SU TOPLAMA HAVZASINDA RUSLE YÖNTEMİ İLE TOPRAK KAYIPLARININ TAHMİN EDİLMESİ F. Ebru YILMAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Günay ERPUL Günümüzde ülkesel, bölgesel veya su toplama havzaları ölçeğinde toprak erozyonu şiddeti ve dağılımının belirlenmesi; toprak korumalı tarım sistemlerinin planlanması ve uygulanması açısından önemli bir konu olmuştur. Özellikle baraj ve gölet havzalarında, toprak erozyonuna duyarlı alanların belirlenmesi ve bir su toplama havzasının sürdürülebilirliğini tehdit edebilecek toprak erozyon oranlarının zamansal dağılımının bilinmesi, toprak erozyonunun önlenebilmesi için gerekli koruma önlemlerinin projelendirilmesine yardımcı olacaktır. Bu çalışmada, Evrensel Toprak Kaybı Eşitliği (ETKE/USLE) ve Yenilenmiş Evrensel Toprak Kaybı Eşitliği (YETKE/RUSLE) ile birlikte Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve jeoistatistiksel yöntemler kullanılarak, Eldivan Sarayköy-II Sulama Göleti su toplama havzasında toprak erozyon haritası çıkarılmıştır. Sonuç olarak, ETKE/YETKE yönteminin yağış ve yüzey akış aşındırma enerjisi, toprak erozyon duyarlılığı, eğim uzunluğu ve dikliği ve bitkisel örtü ve ürün yönetimi değişkenleri hesaplanarak, ilgili su toplama havzasına gelmesi olası ortalama toprak miktarı (ton ha -1 yıl -1 ) belirlenmiştir. Ocak 2009, 142 sayfa Anahtar Kelimeler: ETKE/YETKE (USLE/RUSLE) yöntemi, CBS, Jeoistatistik, Toprak Erozyon Haritası, Eldivan Sarayköy-II Göleti i

4 ABSTRACT Master Thesis PREDICTING SOIL LOSS IN THE CATCHMENT OF ELDİVAN SARAYKÖY-II DAM (ÇANKIRI) BY THE RUSLE METHODOLOGY F. Ebru YILMAN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Soil Science Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Günay ERPUL Determination of the severity and distribution of soil erosion by water at the national, regional or watershed scale has recently been an important issue for planning and applying agricultural systems with soil conservation measures. Particularly, in dam and lake catchments detecting the areas susceptible to the soil erosion and quantifying the temporal distribution of the soil loss rates which might risk the sustainability of the catchments will help to design the conversation practices that are necessary to prevent soil from eroding. In this study, by using the Universal Soil Loss Equation (USLE) and the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) along with Geographic Information Systems (GIS) and geo-statistical methods, a soil erosion map of Eldivan Sarayköy-II Dam was obtained. Finally, by the estimation of the rainfall-runoff erosivity factor, soil erodibility factor, slope length and steepness factor and cover management factor of USLE/RUSLE technology, the average amount of soil (ton ha -1 year -1 ) to be likely transported by water erosion into the catchment of Eldivan Sarayköy-II Dam was calculated. January 2009, 142 pages Key Words: USLE/RUSLE technology, GIS, Geostatistics, Soil Erosion Map, Eldivan Sarayköy-II Dam. ii

5 TEŞEKKÜR Çalışmalarımın başından sonuna kadar her aşamasında bilgi, öneri ve yardımlarını esirgemeyerek, akademik ortamda olduğu kadar beşeri ilişkilerde de engin fikirleriyle yetişmeme ve gelişmeme katkıda bulunan çok değerli danışman hocam Sayın Doç. Dr. Günay ERPUL a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi); tez jüri hocalarım Doç. Dr. Orhan DENGİZ e (Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi) ve Doç. Dr. Hasan S. ÖZTÜRK e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi); arazi çalışmalarının planlanmasını ve yapılmasını sağlayarak görüş ve manevi desteklerini esirgemeyen değerli hocalarım Sayın Doç. Dr. İlhami BAYRAMİN e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi), Sayın Dr. Mümtaz KİBAR a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi) ve Sayın Yrd. Doç Dr. Mustafa BAŞARAN a (Erciyes Üniversitesi Seyrani Ziraat Fakültesi); çalışmalarım sırasında önemli katkılarda bulunan, arazi çalışmalarında ve analiz sonuçlarının değerlendirilmesinde her türlü desteği veren ve dostluğunu esirgemeyen Sayın Araş. Gör. Selen DEVİREN SAYGIN a; Sayın Araş. Gör. Ali Uğur ÖZCAN a; Sayın Araş. Gör. Melda DÖLARSLAN a; Zir. Yük. Müh. Pınar KAYA ya ve Zir. Müh. Melis Özge PINAR a; çalışmalarım süresince birçok fedakarlıklar göstererek beni her anımda destekleyen canım annem Gülfer YILMAN ve canım babam Mehmet Ali YILMAN olmak üzere, tezimin her aşamasında manevi desteği ve sabrıyla yanımda olan nişanlım End. Müh. Atilla SEMİZ e, laboratuvar ortamında beni yalnız bırakmayan yakın arkadaşım Zir. Yük. Müh. Özge SAVAŞTÜRK e en derin duygularımla teşekkür ederim. F. Ebru YILMAN Ankara, Ocak 2009 iii

6 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii ŞEKİLLER DİZİNİ... v ÇİZELGELER DİZİNİ... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETİ MATERYAL ve YÖNTEM Materyal Çalışma alanı Çalışma Yöntemi Yağış erozyon oluşturma gücü (ETKE/YETKE-R) Toprak erozyon duyarlılığı (ETKE/YETKE-K) Fiziksel toprak analizleri Kimyasal toprak analizleri Eğim uzunluğu ve dikliği değişkeni (ETKE/YETKE-LS) Bitkisel örtü ve ürün yönetimi (ETKE/YETKE-C) Sediment iletim oranı (SİO) Yıllık toprak kaybı (ETKE/YETKE-A) BULGULAR ve TARTIŞMA Yağış Erozyon Oluşturma Gücü (ETKE/YETKE-R) Toprak Erozyon Duyarlılığı (ETKE/YETKE-K) Eğim Uzunluğu ve Dikliği Değişkeni (ETKE/YETKE-LS) Potansiyel Toprak Kaybı Haritası (ETKE/YETKE-RKLS) Bitkisel Örtü ve Ürün Yönetimi Haritası (ETKE/YETKE-C) Önceki arazi kullanımı alt-değişkeni (PLU) Kanopi örtüsü alt-değişkeni (CC) Yüzey örtüsü alt-değişkeni (SC) Toprak nemi alt-değişkeni (SM) Gerçek Toprak Kaybı Haritası (ETKE/YETKE-RKLSC) Sediment İletim Oranı (SİO) Ortalama Yıllık Toprak Kaybı (ETKE/YETKE-A) KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ iv

7 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 3.1 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası sınır yer belirteçleri ve topografik haritası Şekil 3.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının arazi kullanım haritası Şekil 3.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının yükseklik haritası Şekil 3.4 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yükseklik sınıflarının alansal dağılımı (%) Şekil 3.5 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim haritası Şekil 3.6 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim sınıflarının alansal dağılımı (%) Şekil 3.7 ETKE/YETKE yöntemi eşitliği bağımsız değişkenlerinin elde edileceği veri tabanları ve işlem akış şeması Şekil 3.8 Çankırı iklim istasyonuna ait eklenik ExI 30 eğrisi ( ) (Kaya, 2008) Şekil 3.9 Toprak erozyon duyarlılık abağı (Wischmeier et al. 1971) Şekil 3.10 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktaları Şekil 3.11 ETKE/YETKE yöntemi ile eğim uzunluğu ve dikliği değişkeninin (ETKE/YETKE-LS) hesaplanması abağı Şekil 3.12 Yüzey toprağında birim alanda ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığının (B ur, kg da -1 cm -1 ) ölçüldüğü bozulmamış örnek kabı Şekil 3.13 Yüzey toprağında birim alanda ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığının (B ur, kg da -1 cm -1 ) belirlenebilmesi için arazide örnek alınması Şekil 3.14 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası karaçam ve bozuk karaçam-meşe ormanlarında, 200 m 2 lik örnekleme alanları kullanılarak ağaçların boyları, çapları ve kapalılıklarının ölçülmesi Şekil 3.15 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası orman-altı örtüsü ve mera yüzeyindeki artıklar ağırlıklarının ölçülmesi Şekil 3.16 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası toprak su bütçesi Şekil 4.1 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası konumsal ETKE/YETKE-R haritası Şekil 4.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-R sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının noktasal ETKE/YETKE-K (t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 ) değerlerinin frekans dağılımı.. 88 Şekil 4.4 Deneysel yarı-variyogram için üssel (exponential) modelin çapraz olarak doğrulanması Şekil 4.5 Noktasal ETKE/YETKE-K değişken değerlerine ait GS+7 jeo-istatistik programı ile elde edilen deneysel yarı-variyogramın eğrisi Şekil 4.6 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının ETKE/YETKE-K (t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 ) konumsal deseni Şekil 4.7 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.8 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının Sayısal Yükseklik v

8 Modeli (SYM) ve Arcview 3.2 Hidrolojik Akım Birikimi hesaplama yeteneği ile elde edilen ETKE/YETKE-LS değişkeni haritası Şekil 4.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-LS sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.10 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının ETKE/YETKE-RKLS değişkeni haritası Şekil 4.11 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-RKLS sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.12 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına ait ETKE/YETKE-C nin Önceki Arazi Kullanımı Alt-değişkeni (PLU) haritası Şekil 4.13 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası kanopi örtüsünün arazi yüzeyini kaplama oranı (Fc, %) Şekil 4.14 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ağaç türlerinin boyları (H, m) Şekil 4.15 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına ait ETKE/YETKE-C nin Kanopi Örtüsü Alt-değişkeni (CC) değişkeni haritası Şekil 4.16 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına ait ETKE/YETKE-C nin Yüzey Örtüsü Alt-değişkeni (SC) haritası Şekil 4.17 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının noktasal ETKE/YETKE-C-SM değerlerinin hem gerçek hem de L n dönüşümlü veri setinin frekans dağılımları Şekil 4.18 Noktasal ETKE/YETKE-C-SM alt değişkeni değerlerine ait GS+ 7 jeo-istatistik programı ile elde edilen deneysel yarı-variyogramın eğrisi Şekil 4.19 Deneysel yarı-variyogram için e-sayılı üssel modelin çapraz olarak doğrulanması Şekil 4.20 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının ETKE/YETKE-C-SM alt değişkeni konumsal deseni Şekil 4.21 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının ETKE/YETKE-C değişkeni haritası Şekil 4.22 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-C sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.23 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının ETKE/YETKE-RKLSC değişkeni haritası Şekil 4.24 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-RKLSC sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.25 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının Sediment İletim Oranı (SİO) haritası Şekil 4.26 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-RKLS sınıflarının alansal dağılımı Şekil 4.27 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının ETKE/YETKE-RKLSC x SİO haritası Şekil 4.28 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-RKLSC x SİO sınıflarının alansal dağılımı vi

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının arazi kullanım tipleri, kaplama alanları ve % değerleri Çizelge 3.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yükseklik sınıflarının alansal dağılımı (%) Çizelge 3.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim sınıflarının % dağılımları Çizelge 3.4 Çankırı iklim istasyonuna ait toplam ExI 30, ortalama aylık ExI 30, % ExI 30, eklenik ExI 30 ve en yüksek ExI 30 değerleri ( ) (Kaya, 2008) Çizelge 3.5 Çankırı iklim istasyonuna ait ortalama yarım aylık ExI 30 değerleri Çizelge 3.6 Toprak erozyon duyarlılık abağı toprak yapı sınıfları Çizelge 3.7 Toprak erozyon duyarlılık abağı toprak su geçirgenlik sınıfları Çizelge 3.8 ETKE/YETKE-K değişkenininin Toprak Erozyon Duyarlılık Abağı ile belirlenmesi için gerekli toprak özellikleri Çizelge 3.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktalarının yer-belirteçleri Çizelge 3.10 Alışılagelen bazı bitkilerin yüzey artıkları için α değerleri (Renard et al. 1997) Çizelge 3.11 Yetişme dönemi boyunca farklı ürünlerin toprak nemini tüketme oranları Çizelge 3.12 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası toprak örneklerinin tarla kapasitesinin Eş. [3.34] ile hesaplanmasında kullanılan doğrusal çoklu regresyon katsayıları (Rawls et al. 1982) Çizelge 3.13 Çankırı iklim istasyonu uzun yıllık ortalama aylık yağış ve sıcaklık verileri kullanılarak Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının toprak su bütçesinin hesaplanması Çizelge 4.1 ETKE/YETKE-R değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının bünye, yapı, toplam organik madde, hacim ağırlığı ve ETKE/YETKE-K (t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 ) değerleri Çizelge 4.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının noktasal ETKE/YETKE-K (t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 ) değerlerinin genel istatistik özellikleri Çizelge 4.4 Noktasal ETKE/YETKE-K değişken değerlerine ait ve Eş. [3.10] ile verilen deneysel yarı-variyogram modelinin parametreleri Çizelge 4.5 ETKE/YETKE-K değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.6 ETKE/YETKE-LS değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.7 ETKE/YETKE-RKLS değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.8 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yüzey topraklarında birim alanda ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığı (B u r, kg da -1 cm -1 ) ve PLU değerleri vii

10 Çizelge 4.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasında 11 noktada ölçülen F c ve H değerlerinden Eş. [3.25] ile hesaplanılan ETKE/YETKE-C-CC alt-değişken değerleri Çizelge 4.10 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yüzey topraklarında birim alanda bulunan canlı ve ölü köklerin kuru ağırlığı (Bs, kg da -1 ) ve ETKE/YETKE-C-SC alt-değişkeni değerleri Çizelge 4.11 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının tarla kapasiteleri (θ p ), (TK i /TK m ) oranları ve ETKE/YETKE-C-SM alt değişkeni değerleri Çizelge 4.12 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının noktasal ETKE/YETKE-C-SM değerlerinin genel istatistiksel özellikleri Çizelge 4.13 Noktasal ETKE/YETKE-C-SM alt değişkeni değerlerine ait ve Eş. [3.10] ile verilen deneysel yarı-variyogram modelinin parametreleri Çizelge 4.14 ETKE/YETKE-C değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.15 ETKE/YETKE-RKLSC değişkeninin Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.16 SİO nun Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı Çizelge 4.17 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelebilecek sediment miktarının SİO değeri ile birlikte elde edilmesi Çizelge 4.18 Eldivan Sarayköy-II Göleti ne ait bazı temel mühendislik bilgileri (DSİ verileri) Çizelge 4.19 ETKE/YETKE-RKLSC x SİO değişkeninin, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki oransal dağılımı viii

11 1. GİRİŞ Dünyada olduğu gibi Türkiye de de toprak erozyonu, arazi bozulma şekillerinin en önemli nedenlerinden birisidir. Toprak erozyonu özellikle yanlış ve yoğun arazi kullanımı, toprak bozulması, bitki örtüsünün tahribi ve insan işlevlerinden dolayı artmaktadır (Balcı 1996, Çepel 1996). Erozyonun yanı sıra toprak kayması, taşkın ve çığ felaketleri oluşmakta, taşınan verimli topraklar baraj göllerini doldurarak barajların ekonomik ömürlerinin kısalmasına sebep olmaktadır. Bu yüzden, toprak erozyon tehlikesi ve kayıplarının niceliksel olarak tahmin edilmesi önemli bir konudur. Su toplama havzalarımızda toprak ve su sürdürülebilirliği açısından, erozyon tehlikesinin bilinmesi ve toprak ve su koruma önlemlerinin planlanması kaçınılmaz görünmektedir. Yaşamı başlatan, insanın en temel ihtiyacı olan, sanayinin her aşamasında doğrudan veya dolaylı olarak etken olan en kıymetli madde sudur. Yeryüzündeki toplam suyun çok küçük bir miktarının kullanılabilir olması onun değerini daha da artırmaktadır. Suyun farklı alanlarda kullanılabilir hale getirilebilmesi için, suyun yönlendirilmesi, baraj, gölet ve su kanallarının yapılması gereklidir. Belirli bir kullanılabilirlik süresi içerisinde planlanan baraj ve göletlerin, hedeflenen süreden önce kullanım dışı kalmasının ve dolayısıyla ekonomik olarak kayıplara uğramasının en önemli sebeplerinden biri de, su toplama havzasından erozyon sonucu taşınan sedimentlerin su rezarvuarında birikerek su tutma kapasitesini azaltmasıdır. Su erozyonu ile toprak kayıplarının belirlenmesinde en yaygın olarak kullanılan tahmin teknolojisi, Evrensel Toprak Kayıpları Eşitliği/Yenilenmiş Evrensel Toprak Kayıpları Eşitliği dir (ETKE/YETKE). Birbirinin devamı niteliğinde olan bu iki yöntemin ingilizce açılımı sırasıyla şu şekildedir: Universal Soil Loss Equation / Revised Universal Soil Loss Equation (USLE/RUSLE) (Wishcmeier and Smith, 1965, 1978; Renard et al. 1991, 1997). ETKE/YETKE teknolojisi, su erozyonu ile meydana gelen, özellikle yüzey ve parmak erozyonu ile oluşan, yıllık toprak kayıplarını vermektedir (ton ha -1 yıl -1 ). Son 1

12 zamanlarda ülkesel, bölgesel ve havza bazında toprak kayıplarının tahmininde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Griffin et al. 1988, Dickinson and Collins, 1998; Lufafa et al. 2003, Amore et al. 2004, Erdoğan et al. 2005). ETKE/YETKE teknolojisi, yağışların erozyon oluşturma gücü (R değişkeni), toprakların erozyona karşı duyarlılığı (K değişkeni), eğim uzunluğu (L değişkeni), eğim dikliği (S değişkeni), bitkisel örtü ve ürün yönetimi (C değişkeni) ve toprak koruma yöntemleri (P değişkeni) olmak üzere altı parametrenin birleşiminden oluşmaktadır (Wishcmeier and Smith 1978, Renard et al. 1991,1997). Diğer bir deyişle, ETKE/YETKE denklemi, temelde iklim, toprak, topoğrafya ve bitki örtüsü parametrelerini kullanarak toprak erozyonunun niceliksel olarak tespit edilmesini sağlar. Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve Uzaktan Algılama (UA) teknikleri, ETKE/YETKE teknolojisinin ülkesel, bölgesel ve havza bazında uygulanmasında başarılı bir şekilde kullanılabilmektedir (Kinnell, 2000; Erdoğan, et al. 2005). CBS kullanımının doğal kaynaklar verilerinin, özellikle toprak, topografya ve bitki örtüsü ile ilgili verilerin toplanması, işlenmesi ve analiz edilmesindeki yararları Eedy (1995) ve Burrough (1986) tarafından verilmiştir. ETKE/YETKE denklemi, CBS ve UA teknikleri ile birlikte kullanılarak, büyük havzalar için doğru, ekonomik ve hızlı bir şekilde erozyon duyarlılık haritaları oluşturulmuştur (Molnar and Julien, 1998; Millward and Mersey, 1999; Mati et al. 2000, 2001; Kinnell, 2000; İrvem, 2001; Jain et al. 2001; Lufafa et al. 2003; Wang et al. 2003; Amore et al. 2004; Erdoğan et al. 2005). Toprak özelliklerinin konumsal değişimlerinin belirlenmesinde, jeoistatistiksel teknikler CBS ile birlikte çoğu araştırmacı tarafından başvurulan diğer bir değerlendirme yöntemidir (Basaran et al. 2006). Jeoistatistiksel yöntemlerle elde edilmiş variogram model ve parametreleri kullanılarak üretilen kestirim haritalarının CBS ne aktarımıyla, toprak özelliklerinin değişimi konusunda önemli bilgiler üretilmektedir. Erozyon tehlikesi veya şiddetinin değerlendirmesinde toprakların erozyona duyarlılığının (K değişkeni) konumsal değişiminin jeoistatistiksel tekniklerle belirlenmesi, CBS ile yapılacak olan erozyon şiddetinin niceliksel değerlendirmelerinde daha doğru sonuçlara ulaşılmasına yardımcı olacaktır. Bu tür teknolojilerin bir arada etkin bir şekilde kullanılması ile, gölet ve baraj su toplama havzalarında erozyonun önlenmesi ve su 2

13 yapılarının ekonomik ömürlerinin uzatılması veya en azından, planlanılan sürelerde yeterli ölçülerde kullanılması sağlanacaktır. ETKE/YETKE/CBS/UA/Jeoistatistik teknolojisi, sadece toprak kayıplarını niceliksel olarak hesaplamakla kalmaz, aynı zamanda, farklı arazi kullanım sistemleri ve toprak koruma önlemlerini planlamak amacıyla, niceliksel olarak tahmin edilen toprak kayıplarını izin verilebilir toprak kaybı oranlarıyla karşılaştırır, ki bu miktar, toprak verimliliğinin yüksek düzeylerde sürdürülebilirliğini sağlayan izin verilebilir en yüksek toprak kaybı olarak kabul edilmektedir. Özetle bu yüksek lisans araştırmasında, Eldivan Sarayköy-II Sulama Göleti su toplama havzasında bir toprak kaybı tahmin yöntemi kullanarak, sürdürülebilir toprak ve su korumalı havza sistemlerinin oluşturulmasına veri tabanı oluşturacak niceliksel toprak erozyonu tehlikesini gösterir haritalar oluşturulmuştur. Su erozyonu kaynaklı sediment miktarı ETKE/YETKE denklemi ile hesaplanmış, denklem parametrelerinin belirlenmesinde ise, CBS, UA ve jeoistatistik kullanılmıştır. Elde edilen sediment kayıplarına göre barajın ekonomik ömrü tahmin edilmiştir. 3

14 2. KAYNAK ÖZETİ Dünya da ülkesel, bölgesel ve havza bazında kullanılan farklı amaçlara yönelik birçok toprak erozyonu tahmin yöntemi bulunmaktadır. Bu erozyon modellerinin başarısı, modelin gerektirdiği fiziksel parametrelerin ölçümlere dayalı olarak elde edilmesi ve veri toplama ağının çok iyi bir şekilde planlanmasına bağlıdır. Doğal olarak fiziksel model etmenleri, su erozyonu ile toprak kaybını etkileyen süreçleri temsil etme yeteneğinde olmalıdır. Ek olarak, seçilecek tahmin yöntemi arazide işlemekte olan erozyon alt süreçlerini zamansal ve konumsal olarak da etkin bir şekilde tasvir edebilmelidir. Birçok niteliksel veya niceliksel yaklaşım, toprak erozyon tehlikesinin değerlendirilmesi ve tahmin edilmesi için kullanılabilir. Uzman bilgisine dayalı yaklaşımlar (De Ploey 1989), erozyon süreçlerinin hangi alanlarda önemli olduğunu gösterir niteliksel haritalar üretmektedir. Ancak, bu tür yaklaşımların önemli bir kısıtı, alansal sınırların hangi ölçütlere göre belirlendiğine dair açık bir tanımlama yapamamasıdır (Yassoglou et al. 1998); diğer bir deyişle, erozyon değerlendirme ölçütleri, bir uzmandan diğerine değişiklik gösterebilmektedir. Toprak erozyon tehlikesinin değerlendirilmesinde kullanılan diğer bir yaklaşım çarpansal derecelendirme veya sınıflandırma dır (Morgan 1995). Örnek olarak, Akdeniz bölgesindeki erozyon tehlikesinin CORINE yöntemi (CORINE 1992) ile değerlendirilmesi verilebilir. Bu yaklaşımda erozyon tehlikesi, toprak erozyon duyarlılığı 4 sınıf, yağışların erozyon oluşturma gücü 3 sınıf ve eğim derecesi 4 sınıfta olacak şekilde çarpansal puanlama ile değerlendirilmiştir. Sınıflara verilen sayısal değerler birbiri ile çarpılarak, potansiyel erozyon tehlikesini gösteren haritalama birimleri elde edilmiştir. Gerçek toprak erozyon tehlikesinin belirlenmesi aşamasında ise, potansiyel toprak erozyon tehlikesi sınıfları, 2 sınıf olarak verilen arazi örtüsü ile birlikte değerlendirilmiştir. 4

15 Yine, uzman bilgisine ve çarpansal sınıflandırmaya dayalı diğer bir yöntem, Fransa da ulusal düzeyde erozyon tehlikesinin değerlendirilmesinde kullanılmıştır (Montier et al. 1998). CORINE e benzer şekilde, bu yöntem de, sayısal değerlerin arazi örtüsü (9 sınıf), toprakların kabuk oluşumuna duyarlılığı (4 sınıf), eğim derecesi (8 sınıf) ve toprak erozyon duyarlılığı (3 sınıf) değişkenlerine dayandırılması ile işlev görmektedir. Bu şekilde, toprak, bitki örtüsü, eğim ve iklim arasındaki etkileşimler belirli oranlarda göz önünde bulundurulmaya çalışılmıştır. Puanlandırmaya dayandırılan yöntemlerin çoğunda görülen bir sorun, bu yöntemlerin, sonuçların sayısal değerlerin belirlenme şeklinden çok fazla etkileniyor olmasıdır. Buna ek olarak, kaynak verilerinin sınıflandırılması, örneğin eğim sınıfları, detay kayıplarına neden olmaktadır. Bu nedenle, sonuçların analizi, belirlenen sınıfların alt üst sınırlarına ve kullanılan sınıfların sayısına bağlı olarak değişim göstermektedir. Sonuç olarak, sayısal değişkenler yöntemleri ile niteliksel erozyon sınıfları üretildiğinden, bu sınıfların yorumlanması oldukça güç olmakta ve toprak koruma yöntemlerinin uygulanmasında sorunlar yaşanmaktadır. Uzman bilgisine dayanan ve sayısal değişkenler yöntemlerinin yanında, toprak erozyon tehlikesini değerlendirmede kullanılan birçok matematiksel model bulunmaktadır. Belirli bir modelin seçimi, ulaşılmak istenen amaca ve kullanılması mümkün veri, zaman ve parasal kaynağa büyük oranda bağlı olmaktadır. Jager (1994), Baden- Württemberg (Almanya) de, toprak erozyon tehlikesini değerlendirmek amacıyla, deneysel toprak kayıpları tahmini denklemini (ETKE) (Wischmeier and Smith, 1978) kullanmıştır. De Jong (1994), SEMMED modelinin temeli olarak Morgan, Morgan ve Finney modelini (Morgan et al. 1984) kullanmıştır. Model değişkenleri, meteoroloji verileri, toprak haritaları, farklı-zamanlı uydu görüntüleri, sayısal yükselti modeli ve sınırlı sayıdaki arazi verilerinden elde edilmiştir. Böylece, detaylı arazi etüdlerine gereksinim duyulmaksızın, büyük alanlarda toprak erozyon tehlikesinin değerlendirilmesi mümkün olmuştur. Şimdiye kadar, SEMMED modeli, Güney Fransa daki Ardeche bölgesi ve 5

16 Peyne havzasında bölgesel erozyon haritalarının üretilmesinde başarı ile kullanılmıştır (De Jong 1994, De Jong et al. 1998). Kirkby and King (1998), matematiksel modele dayalı bir yaklaşım kullanarak tüm Fransa nın toprak erozyon tehlikesi değerlendirmesini yapmışlardır. Model, herhangi bir yağış ile oluşabilecek toprak erozyonunu hesaplamayı amaçlamıştır ve toprak erozyon duyarlılığı, topoğrafya ve iklimi girdi parametreleri olarak kullanmaktadır. Toprak özellikleri ve arazi örtüsüne bağlı olarak, kritik eşik değeri üzerindeki yağışların yüzey akışları desteklediği ve erozyonun yüzey akışlarla orantılı olarak değiştiği de kabul edilmiştir. Aylık ve yıllık erozyon tahminleri, yağış düşme sıklığını gösterir dağılımlardan elde edilmiştir. Bölgesel veya daha büyük ölçeklerde niceliksel erozyon tahmin eşitlikleri uygulandığında, birçok sorun ortaya çıkabilmektedir. İlk olarak, erozyon eşitliklerinin çoğunluğu parsel ölçeğinde geliştirilmiştir; yani, toprak kayıplarının noktasal tahminlerini sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu eşitlikler büyük ve geniş alanlarda uygulandığında, eşitlik çıktılarının dikkatli bir şekilde yorumlanması gerekmektedir. Tek bir tarımsal arazideki toprak kayıplarını tahmin etmek amacıyla tasarlanan bir eşitliğin, 50 m veya daha büyük pikselli bir grid ölçeğindeki bir bölgeye uygulandığında, doğru erozyon tahminlerini üretmesi beklenilmemektedir. Hangi erozyon süreçlerinin gerçekte modellendiğinin bilinmesi gerekmektedir. Örneğin, ETKE/YETKE yöntemi sadece parmak ve parmaklar arası erozyonu tahmin etmek için geliştirilmiştir. Bu yüzden, bu modelin, oyuntu erozyonu ve toprak kayması gibi kütle hareketlerinin hakim olduğu yerlerde iyi bir şekilde kullanılması beklenilemez. Ayrıca, bölgesel veya ülkesel ölçekte, çoğunlukla model girdi parametrelerinin (toprak ve bitki parametrelerinin) doğrudan arazide net bir şekilde belirlenmesi pek mümkün değildir. Genellikle, eşitlik bağımsız değişkenleri, toprak ve bitki haritalama birimlerine sayısal değerlerin verilmesi veya bitki örtüsü ve bazı uydu kökenli spektral indisler arasındaki regresyon yardımıyla yaklaşık olarak belirlenebilmektedir. Ancak bu yaklaşım, arazi çalışmalarından elde edilen parametre değerlerinden çok daha az 6

17 güvenilir değerler üretecektir. Bütün bunlar yüzünden, matematiksel eşitlikler ile üretilen göreli toprak kaybı değerleri, mutlak toprak kaybı değerlerinden genellikle daha güvenilir olmaktadır. Model bulguları, doğru ve mutlak erozyon oranlarını sağlamaktan daha çok, göreli farklılıkların genel bir gelişim biçimi ve seyrine geniş bir bakış oluşturur. Bu yüzden, tahmin eşitliği girdi verilerinin elverişliliği, bölgesel/ülkesel ölçekte bir erozyon modeli seçileceğinde, en önemli konu olmaktadır. Eğer yeterli girdi verileri elverişli değil ise, karmaşık bir modelin kullanılması pek akılcı değildir. Veri noksanlığında modelin çalıştırılması, bazı parametrelerin tahmin veya sabit olarak kabul edilmesine neden olacağından, elde edilen bulgular, daha az veri gerektiren basit bir modelden elde edilenlerden daha az güvenilir olabilir (De Roo 1993). Bunun yanında, eşitlik girdilerindeki belirsizlikler modelin tümünde etkili olabilir; bu nedenle, girdi verileri niteliği yeterli değil ise, çok değişkenli eşitliklerin kullanılmasında dikkatli olunmalıdır. ETKE/YETKE yöntemi ülkesel, bölgesel ve havza ölçeğinde, toprak erozyon tehlikesini değerlendirmek için kullanılabilen ve matematiksel eşitliğe dayalı bir yaklaşımdır. İyi bilinen YETKE (Renard et al. 1997), şimdiye kadar geliştirilen modellerden daha yaygın bir şekilde farklı ölçeklerde uygulanabilen ve daha az veri gereksinimi olan bir eşitliktir. YETKE nin birçok eksikliği ve kısıtı olmasına karşın, göreli basitliği ve yapısal tutarlılığı yüzünden yaygın olarak kullanılmaktadır (Desmet and Govers, 1996). Bu araştırmada da ETKE/YETKE yöntemi, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelebilecek sediment miktarının belirlenmesinde kullanılacağı için, ETKE/YETKE yöntem denklemlerinin gelişme tarihçesi aşağıda kısaca verilmiştir. Cook (1936), toprak aşınımı ve koruyucu bitki örtüsü ile sıçrama ve yüzey erozyonu arasındaki karşılıklı etkileşimleri matematiksel olarak açıklamaya çalışmıştır. Öte yandan Zingg (1940), eğim derecesi ve uzunluğu ile toprak kayıpları arasındaki ilk eşitlikleri geliştirmiştir. Toprak, topoğrafya ve bitki örtüsünün toprak erozyonu üzerine bütüncül etkisini belirlemek amacıyla bir grafiksel çözüm yöntemi Smith et al. (1947) tarafından önerilmiştir. Daha sonra, Wischmeier and Smith (1965) toprak erozyon 7

18 etmenleri üzerine yapılan çalışmalardan elde edilen veri ve bilgi toplamını bir eşitlik çerçevesinde düzenlemiş ve ETKE el kitabını yayınlamışlardır yılından beri sürdürülen çalışmalarla denklemin farklı arazi kullanımı, iklim koşulları ve yönetim uygulamaları için kullanım alanları genişletilmiştir. Tarım alanları ve mühendislik ugulamalarının yapıldığı yerler için, toprak erozyon duyarlılık abağı geliştirilmiştir. Yaklaşık 70 yıl öncesine dayanan toprak kaybını belirlemeye yönelik eşitlik geliştirme çalışmaları, ETKE nin ortaya konulmasıyla yeni bir boyut almıştır. Zamanla ETKE teknolojisi geliştirilerek YETKE şekline dönüştürülmüştür ve günümüzde WEPP (Water Erosion Prediction Project = Su Erozyonu Tahmin Projesi (SETP)) teknolojisinin YETKE nin yerini alacağı düşünülmektedir (Renard et al. 1997). ETKE yönteminden YETKE ye geçişte altı adet eşitlik bağımsız değişkeni korunmasına karşın, bu değişkenlerin değerlendirilmesi değiştirilmiş ve yeni veriler eklenmiştir. Temel değişimler R ve C değişkenlerinde yapılmıştır. ETKE-R değeri logaritmik bir eşitlik (Wischmeier and Smith, 1958; Foster et al. 1981) ile hesaplanırken, YETKE-R değişkeni, Brown and Foster (1987) tarafından verilen üssel enerji-şiddet ilişkisi ile hesaplanmaktadır. Bu eşitlikler sırasıyla aşağıda Eş. [2.1] ve Eş. [2.2] ile verilmiştir. m 10 ( I ) E = log [2.1] m Burada, E m, yağış kinetik enerjisi (MJ ha -1 mm -1 ) ve I m, yağış şiddetidir (mm saat -1 ). E m max ( bi) [ 1 ae ] = E [2.2] 8

19 Burada, E max, yağış şiddetindeki artış sonsuza giderken (I ), yağış enerjisinin ulaşabileceği en yüksek değerdir. a ve b ise eşitlik katsayılarıdır. Brown and Foster (1987), sırasıyla a ve b katsayılarının 0.72 ve 0.05 olduğu Eş. [2.3] ü önermişlerdir: ( 0.05I ) [ m ] Em = e [2.3] Eş. [2.1], I m 76 mm saat -1 olduğu koşullar için geçerlidir; bu koşul konulmuştur; çünkü yağış şiddeti 76 mm saat -1 den büyük olduğunda, yağmur damlası büyüklüğü orta değeri artış göstermemektedir (Carter et al. 1974). Bu durumda, yani I m > 76 mm saat -1 olduğunda, Eş. [2.4] geçerli olmaktadır: E m = [2.4] Görüldüğü gibi, Eş. [2.3] de, Eş. [2.4] e benzer şekilde, E max = 0,293 olarak alınmıştır. Ayrıca, Eş. [2.2] nin Eş. [2.1] e oranla matematiksel olarak daha geçerli özellikleri olduğu Brown and Foster (1987) tarafından açıklanmıştır. Bunlar, 0 yağış şiddetinde (I m = 0) Eş. [2.1] de enerji sonsuza gitmekte ve belirli bir pozitif değer vermemektedir. Ayrıca, I m çok yüksek değerlere ulaştığında, Eş. [2.1] de E m değerleri de buna bağlı olarak artış göstermekte ve belirli bir asimptota ulaşmamaktadır. Bunu engellemek için, bağıntı kesintiye uğratılmış ve Eş. [2.2] nin kullanılması zorunlu olmuştur. Bu iki koşul için Eş. [2.2], sırasıyla I m = 0 olduğunda pozitif bir değer vermekte ve yüksek yağış şiddetlerinde bir asimptota ulaşmakta ve süreklilik arz etmektedir. Ayrıca, ETKE den farklı olarak YETKE de, ürün ve yönetiminin toprak kayıpları üzerine genel etkisi bir seri alt değişkenler ile ifade edilmektedir (Laflen et al. 1985, Weltz et al. 1987). Bu yaklaşımdaki önemli alt değişkenler önceki ürün ve yönetimi etkileri, bitkisel kanopi örtüsü (yüzeyden belirli yüksekliklerde bulunan bitkisel örtünün etkisi) ile toprak yüzeyinin korunması, yüzey bitkisel örtüsü ve yüzey pürüzlülüğü etkisi ile erozyondaki azalma, bazı durumlarda, düşük toprak nem içeriğinin düşük şiddetli yağışlar sonucu yüzey akışlardaki azalmalar üzerine etkisidir. YETKE de bu alt- 9

20 değişkenlerin her biri sayısal değerlere atanır ve bu sayısal değerler, Toprak Kaybı Oranı nı (TKO) elde etmek için birbirleri ile çarpılır. Aşağıda alt-değişkenler listesi ve TKO nın eşitliği verilmiştir (Eş. [2.5]). TKO = PLU CC SC SR SM [2.5] Burada; PLU, Önceki Arazi Kullanımı Alt-değişkeni; CC, Kanopi Örtüsü Alt- değişkeni; SC, Yüzey Örtüsü Alt- değişkeni; SR, Yüzey Pürüzlülüğü Alt- değişkeni; SM, Toprak Nemi Alt- değişkenidir. Bireysel TKO değeri, önemli değişkenlerin sabit kaldığının düşünüldüğü her bir zamansal dönem için hesaplanır. Daha sonra, bu TKO değerlerinin herbiri, ilgili zaman dilimlerine denk düşen yağış ve yüzey akış erozyon gücünün (YETKE-R = EI) oransal katkısı ile ağırlıklı olarak hesaplanır. Bu ağırlıklı değerler, bütüncül YETKE-C faktörünü oluşturmak üzere bir araya getirilir (Eş. [2.6]): YETKE n TKO İ i i 1 C= [2.6] EI T x EI Burada, i..n, önemli bitkisel örtü değişkenlerinin sabit kaldığı dönem sayısı; TKO i, i bitkisel örtü gelişim dönemindeki toprak kaybı oranı; EI i, i dönemindeki yağış ve yüzey akış erozyon oluşturma gücü; EI T, toplam EI değeri (Eş. [2.7]) dir. n EI T = EI i [2.7] i 10

21 Her bir hesaplama diliminin toplam EI içerisindeki oransal katkısı ise Eş. [2.8] ile hesaplanır. EIi %EIi = x100 [2.8] ET T Daha önceden belirtildiği gibi, YETKE ve ETKE arasındaki diğer bir önemli farklılık denklem değişkenlerinin hesaplanma aralığıdır. ETKE de aylık değişken değerlerinden hesaplanılan yıllık ortalamalar yerine, YETKE de yarım aylık veya gerektiğinde daha küçük zaman dilimleri için değişken sayısal değerleri hesaplanabilmektedir (Renard et al. 1997). Aşağıda sıcaklık ve ilgili değişkenleri için (Eş. [2.9], [2.10] ve [2.11]); yağış ve ilgili değişkenleri için (Eş. [2.12], [2.13] ve [2.14]) örnek eşitlikler verilmiştir: Sıcaklık değişkenleri için, ( M 1) ( M+ 1) ( M 1) + ( M+ 1) 0.75 T 1 = 2M [2.9] ( M 1) ( M+ 1) ( M 1) + ( M+ 1) 0.25 T 2 = 2M [2.10] Eş. [2.9] ve [2.10], iki dilime ait sıcaklıkların ortalamasının aylık ortalamaya eşit olmasını sağlayacak şekilde işlemektedir (Eş. [2.11]): T M T1 + T2 = [2.11] 2 Burada, T M, ortalama aylık sıcaklıktır; M, ilgilenilen ay için veri tabanından okunulan sıcaklık değeri; M-1, ilgilenilen aydan bir önceki ay için veri tabanından okunulan sıcaklık değeri ve M+1, ilgilenilen aydan bir sonraki ay için veri tabanından okunulan sıcaklık 11

22 değeridir ve sırasıyla T 1 ve T 2, ilgilenilen ayın ilk ve ikinci yarısı için hesaplanılan sıcaklık değerleridir. Yağış değişkenleri için; ( M 1) ( M+ 1) ( M 1) + ( M+ 1) 0.75 P 1 = M [2.12] ( M 1) ( M+ 1) ( M 1) + ( M+ 1) 0.25 P 2 = M [2.13] Eş. [2.12] ve [2.13], iki dilime ait yağışların toplamının aylık yağışa eşit olmasını sağlayacak şekilde işlemektedir (Eş. [2.14]): P = P + P M 1 2 [2.14] Burada, P M, aylık yağıştır; M, ilgilenilen ay için veri tabanından okunulan yağış değeri; M-1, ilgilenilen aydan bir önceki ay için veri tabanından okunulan yağış değeri ve M+1, ilgilenilen aydan bir sonraki ay için veri tabanından okunulan yağış değeridir ve sırasıyla P 1 ve P 2, ilgilenilen ayın ilk ve ikinci yarısı için hesaplanılan yağış değerleridir. Türkiye de ETKE ile ilgili çalışmalar ilk olarak 1965 yılında Ankara Merkez Topraksu Araştırma Enstitüsü nde bir araştırma projesi ile başlatılmıştır. Bu projenin amacı ETKE değişkenlerinin Türkiye koşullarında sayısal değerlerini belirlemek olmuştur. Daha sonra benzer çalışmalar, sırasıyla Konya, Tokat, Eskişehir ve Menemen Topraksu Araştırma Enstitüleri nde 1972, 1972, 1973 ve 1975 yıllarında başlatılmıştır. Türkiye de yağış enerjisi ve şiddetlerinin belirlenmesi üzerine ilk çalışmalar Güçer (1972) tarafından yapılmıştır. Çalışmada, yağışların toplam kinetik enerjileri ile 30 12

23 dakikalık en yüksek yağış şiddetleri birlikte değerlendirilmiştir yılları rasatlarına göre incelenilen yağış verileri, 55 iklim istasyonu için hesaplanılarak ETKE-R değişkeni belirlenmiştir. Bu araştırma sonrasında, Doğan (1987), yılları arasında 25 yıllık 60 iklim istasyonunun adet yağış zaman derinlik eğrisini inceleyerek ETKE-R değişkeni haritasını hazırlamıştır. Doğan (2002), önceki çalışmayı Türkiye deki 96 meteoroloji istasyonuna ait uzun yıllar yağış verilerini değerlendirerek genişletmiş, bahsedilen bu istasyonlarda gözlenen yağış değerlerinin erozyon oluşturma güçlerini ve ETKE-R eşitliğini (Wischmeier et al. 1958, 1978) (Eş. [2.15]) hesaplamıştır. KE = log I [2.15] Bu eşitlik yukarıda verilen Eş. [2.1] in birimsel olarak yeniden düzenlenmiş şeklidir ve KE birim kinetik enerjiyi (ton-metre ha -1 cm -1 ) ve I ise yağış şiddetini göstermektedir (cm saat -1 ). Bir yüksek lisans çalışması ile Kaya (2008), Türkiye yağışlarının enerji ve şiddetlerini YETKE nin öngördüğü şekilde hesaplamış ve değerlendirmiştir (Eş. [2.3] ve Eş. [2.4]). Bu çalışmada, 252 adet iklim istasyonu için Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİGM) nde elektronik ortamda kayıtları bulunan yılları arasında oluşan her bir yağışın enerjisi (E) ve şiddeti (I) hesaplanmıştır. Sonuçta da, ülke genelinde her bir istasyon ölçeğinde ExI 30 değerlerinin matematiksel çarpımı olarak hesaplanılan YETKE-R değişkeni belirlenmiştir. Doğan ve Güçer (1976), ETKE değişkenlerinin belirlenmesi ve yıllık ortalama toprak kayıplarının bu denklem ile hesaplanması yöntemlerini açıklamışlardır. Daha sonra Doğan ve Küçükçakar (1996), İç Anadolu Bölgesi Ankara ili koşullarında ETKE çalışmalarından elde edilen verileri ve denklem değişkenleri değerlerini vermiştir. Diğer yandan, toprak ve su koruma araştırmalarında yüzey akış ve toprak kaybı miktarlarının ETKE ile belirlenmesinin ölçüt yöntemlerini vermişlerdir. 13

24 Ozden ve Ozden (1998), Türkiye genelinde farklı bölgelerde bulunan TOPRAKSU Araştırma Enstitüleri tarafından elde edilen ETKE değişkenleri veri tabanlarını ve Renard et al. (1997) tarafından önerilen YETKE bilgisayar programı kullanarak, Türkiye Toprak Erozyon Tahmin Modeli (TURTEM) i geliştirmişlerdir. Doğan ve ark. (2000), Türkiye Toprak Haritası Büyük Toprak Grupları nı temsil eden toprak örneklerinde erozyon duyarlılık değişkenini (ETKE/YETKE-K), Wischmeier and Smith (1978) denklemi ile belirlemişlerdir. Bu denklemin metrik sistemdeki karşılığı aşağıda Eş. [2.16] ile verilmiştir. ETKE/YETKE K= 2,1x10 4 1,14 ( 12 OM) M + 3,25( s 2) + 2,5( p 3) 7,59x100 [2.16] Bu eşitlikteki M ise, Eş. [2.17] ile ifade edilmektedir: (%Silt+ %Çokincekum)( 100 %Kil) M= [2.17] Burada, OM, organik madde % si; s, toprak yapı sınıfı (Soil Survey Manual,1951); p, toprak geçirgenlik sınıfı (Soil Survey Manual, 1951) ve K nın birimi ton ha h ha -1 MJ mm -1 dir. Türkiye de de ETKE/YETKE tahmin yönteminin ülkesel, bölgesel ve havza düzeyinde uygulanması çalışmaları son yıllarda ivme kazanmıştır. Çoğunlukla bu çalışmalar, ETKE/YETKE yöntemi ile toprak kayıplarının tahmin edilmesine yöneliktir. Fıstıkoğlu and Harmancıoğlu (2002), Türkiye nin batı kıyısı boyunca Ege Denizi ne dökülen Gediz Irmağı nın havasında, su erozyonu sonucu oluşan toprak kayıplarını tahmin etmek amacıyla ETKE/CBS yöntemini kullanmışlardır. Evin et al. (2004), Bakü-Tiflis-Ceyhan ham petrol boru hattı boyunca, inşaat sonrası doğal toprak yapısı bozulan dik eğimlerde toprak koruma önlemlerini almak için ETKE yöntemini uygulamışlardır. Proje yönetmeliğinde belirtilen ve 5 ton ha -1 yıl -1 olarak verilen izin 14

25 verilebilir toprak kaybı, ETKE ile hesaplanılan toprak kaybı ile karşılaştırılarak, Şekil 2.1 de verilen akış şemasına göre ya bitkisel ya da mühendislik toprak koruma uygulamalarının yapılıp-yapılmayacağına karar verilmiştir. 15

26 ETKE/YETKE ile Tahmin Edilebilir Toprak Kaybı Gerekli Veriler Yağış Erozyon Değişkeni, R Toprak Erozyon Duyarlılık Değişkeni, K Topografik Değişken (Eğim uzunluğu ve dikliği), LS R nin düzeltilmesi Yükseklik Kar örtüsü K nın Toprak Duyarlılık Abağından Hesaplanması Toprak analizleri o Kum, Silt, Çok ince kum (%) o Organik Madde (%) o Üst toprak yapısı o Üst toprak su geçirgenliği LS nin Hesaplanması Sayısal Yükselti Modeli (SYM) Toprak Kaybı Tahmini (A, ton ha -1 yıl -1 ) Eğer A > 5 ton ha -1 yıl -1 ise; Bitkisel Örtü ve Ürün Yönetimi Değişkeni, C Bitkilendirme Bitkisel Örtüleme Bitkilendirme ve Örtüleme Eğer A < 5 ton ha -1 yıl -1 ise; Ürün Yönetimi Yok Eğer Eğer A > A 5 > ton 5 ton ha -1 ha yıl -1-1 yrise; -1 ise; Eğer A < 5 ton ha -1 yıl -1 ise; Toprak Koruma Değişkeni, P LS değişkeninin yeniden hesaplanması Toprak kaybını 5 ton ha -1 yıl -1 a indirmek için gerekli eğim uzunluğunun hesaplanması ve eğim kırıcılarının yerleştirilmesi (çevirme kanalı) Toprak Koruması Yok Şekil 2. 1 Toprak Kaybı Tahmininin Akış Şeması ve ETKE ile geliştirilmiş önlem uygulamaları (Evin et al. 2004) 16

27 İrvem et al. (2007), ETKE/CBS yöntemi ile Seyhan Havzası nın ortalama yıllık toprak kaybını 16,38 ton ha -1 yıl -1 olarak hesaplamışlardır. Havza kuzeyinde toprak kayıpları oldukça az bulunmasına karşın, güneyinde 200 ton ha -1 yıl -1 gibi çok yüksek değerler tahmin edilmiştir. Sayısal erozyon tehlike sınıflarının dağılımı ise, sırasıyla çok düşük, düşük, orta, şiddetli ve çok şiddetli sınıflar için yaklaşık olarak %61, %9, %24, %4 ve %2 şeklinde bulunmuştur. Yılmaz (2006), Çamlıdere havzasında erozyon problemini araştırmak ve risk analizi yapmak üzere ETKE yöntemini kullanmıştır. Bu çalışmada ETKE-R, K ve LS değişkenleri Wischmeier and Smith (1978) tarafından tanımlandığı şekilde belirlenirken, ETKE-C değişkeni Orman Genel Müdürlüğü Orman İdaresi ve Planlama Dairesi Başkanlığı amenajman planlarından yararlanılarak elde edilmiştir (Anonim, 2005); mescere tipleri değerlendirilerek uzman bilgisine dayalı olarak C değişkenleri belirlenmiştir. Ayrıca bu çalışmada, birim zamanda, birim alandan yüzey ve parmak erozyonu sonucu oluşan toprak kayıplarının (ton ha -1 yıl -1 ) ne kadarının Çamlıdere Baraj gölüne ulaştığını belirlemek amacıyla, farklı yöntemler ile havzanın Sediment İletim Oranları (SİO) hesaplanmıştır. Bu yöntem eşitlikleri fiziksel değişkenleri ile birlikte aşağıda verilmiştir. log ( SiO) 1,7935 0,1419log A = [2.18] 0,2382 SiO = 0,3750A [2.19] 0,125 SiO = 0,42A [2.20] 0,11 SiO = 0,5656 [2.21] Yukarıda verilen [2.18], [2.19], [2.20] ve [2.21] eşitlikleri, havza yüzey alanının (A, km 2 ) ya logaritmik ya da üssel bağıntısı olarak verilmiştir ve sırasıyla Renfro (1975), Boyce (1975), Vanoni (1975) ve USDA (1972) tarafından önerilmiştir. 17

28 Bunların dışında, ETKE yöntemi değişkenlerini kullanarak diğer bir eşitlik ise (Eş.[2.22]), Ferro et al. (2001) tarafından geliştirilmiştir. SiO L i exp β [2.22] S = i Burada, SiO, her bir hücre için belirlenmiş sediment iletim oranı; L i, hücre su yolu uzunluğu (m), S i, hücre eğimi (%); β, akım ve sediment taşınım süreçlerine bağlı olarak geliştirilen eşitlik katsayısıdır ve ETKE-R değişkeninin bir bağıntısı olarak Eş. [2.23] ile hesaplanmaktadır. 0,6689 β = 0,2802R [2.23] Araştırmacı, elde edilen R, K, LS, C ve SİO haritalama yüzeylerini, CBS ortamında bir araya getirerek Çamlıdere baraj gölüne gelebilecek sediment miktarını tahmin etmiştir. ETKE yöntemi ve CBS araçlarını başarılı bir şekilde birlikte kullanarak, havzada erozyon problemi olan alanları belirlemiş ve bu alanlarda toprak ve su korumalı arazi kullanım sistemlerinin planlanması için önerilerde bulunmuştur. Erdoğan et al. (2007), yarı-kurak iklim kuşağında bulunan Ankara-Kazan Havzası nda Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ile birlikte ETKE yöntemini kullanarak su erozyonu sonucu oluşabilecek toprak kayıplarını tahmin etmişlerdir. Havza da ETKE yöntemi etmenlerinin belirlenmesinde halihazırda elverişli olan veri tabanları kullanılmış ve gerektiğinde veriler yeniden düzenlenmiş ve CBS ye uygun hale getirilmiştir. Örneğin, ETKE-R değişkeni Türkiye yağış erozyon oluşturma gücü haritasından elde edilmiş (Doğan 2002) ve yağış miktarı üzerine havza topoğrafyasının etkisini yansıtmak amacıyla, Toy and Foster (1998) tarafından önerilen eşitliği kullanarak ETKE-R değerlerini yeniden hesaplamışlardır. Öte yandan ETKE-LS etmeni, doğrudan havzanın Sayısal Yükselti Modeli (SYM) ile CBS ortamında, Ogawa et al. (1997) tarafından 18

29 geliştirilen eğim uzunluğu ve dikliği ile yüzey akış yönü arasındaki karşılıklı etkileşmeleri göz önünde bulunduran bir eşitlik aracılığıyla belirlenmiştir. Geleneksel ETKE-LS değişkeni, CBS yüzey akış yönü ve yoğunlaşma aracı ile birlikte başarılı bir şekilde kullanılmıştır. (Moore and Bruch, 1986a,b; Lee, 2004). Araştırmacılar ETKE-K nın belirlenmesinde ise Türkiye Genel Toprak Haritası nı kullanmışlardır (KHGM, 1986). Sayısal Toprak Veritabanı ndan elde edilen toprak bünyesi bilgileri Eş. [2.24] de (Romkens et al. 1986) kullanılacak şekilde yeniden düzenlenmiştir. 2 log D g + 1,659 K = 0, ,0405 exp 0,5 [2.24] 0,7101 Burada, K, ETKE/YETKE toprak erozyon duyarlılığı (ton ha -1 ha MJ -1 saat mm -1 ); D g, birincil toprak taneciklerinin geometrik ortalama çapıdır (mm) ve Eşitlik [2.25] ile bulunmuştur. d i + di 1 D g = exp f i ln [2.25] 2 Burada, d i ve d i-1 sırasıyla tanecik çapının üst ve alt sınırını göstermektedir (mm). Eşitliklerde, kum, silt ve kil için d i ve d i-1 değerleri sırasıyla 0,05 2 mm; 0,002 0,05 mm ve < 0,002 mm olarak kullanılmıştır. f i ise her bir tanecik sınıfının ağırlık % sidir. Benzer şekilde, ETKE-C değişkeni Sayısal Toprak Veri Tabanı ile birlikte verilen Şimdiki Arazi Kullanımı (ŞAK) Veri Tabanı ndan elde edilmiştir (KHGM, 1986). Ankara-Kazan Havzası nda hiçbir toprak ve su koruma yöntemleri alınmadığı varsayılarak, araştırmacılar potansiyel toprak erozyonu haritasını (ETKE), ArcView 3.2 CBS 19

30 bilgisayar programı ile elde edilen R, K, LS ve C haritalama yüzeylerini bir araya getirerek elde etmişlerdir (Wall et al. 1997). Ozcan et al. (2008), Çankırı-İndağı dağlık bölgesinde ETKE/CBS uygulamaları ile birlikte jeoistatistiksel yöntemler kullanarak, farklı arazi kullanımlarında toprak erozyon tehlikesini değerlendirmişlerdir. ETKE-R, LS ve C değişkenleri, Erdoğan et al. (2007) de verildiği şekilde belirlenmiştir. Öte yandan, ETKE-K değişkeni Wischmeier et al. (1971) tarafından geliştirilen Toprak Erozyon Duyarlılık Nomoğrafı eşitliği ile saptanmıştır. Ek olarak, doğal orman, ikincil orman, tarım, mera ve dinlenme-eğlence alanı olarak kullanılan arazilerden rasgele alınan toprak örneklerinde belirlenen ETKE-K değerlerinin konumsal dağılımı, jeoistatistiksel yöntemler aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, ETKE/CBS teknolojisi ile jeoistatistiksel yaklaşımlar birlikte kullanılarak Çankırı-İndağı dağlık bölgesinde toprak kayıpları tahmin edilmiştir. Tarım, mera, dinlenme-eğlence, ikincil orman ve doğal orman alanları için elde edilen değerler, sırasıyla 1,99, 1,29, 1,21, 1,20 ve 0,89 ton ha -1 yıl -1 olmuştur. Araştırmacılar, Orta Anadolu iklim koşullarında (yarı-kurak) toprak oluşum hızının yavaş olacağı ve bu koşullar altında yıllık bir zaman dilimi içerisinde 1 ton ha -1 yıl -1 dan daha fazla toprak kaybının geri dönüşümü olmayan bir kayıp olabileceğinin kabulüne dayanarak, bu eko-sistemin sürdürülebilirliğinin tehlikede olduğu sonucuna varmışlardır. 20

31 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3.1. Materyal Çalışma alanı Çankırı ili Eldivan ilçesinin 3 km batısında Kale Sırtı ile Pehlivanarkası sırtı arasında, Sakatçayı Deresi üzerinde sulama amacıyla yapılan Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası, yaklaşık olarak 2.7 km 2 lik (270 ha) bir alana sahiptir. Çalışma alanının sınır yer belirteçleri ve topografik haritası Şekil 3.1 de verilmiştir. Kil çekirdekli toprak dolgu tipinde yapılan sulama barajının en yüksek su depo hacmi m 3 ve en yüksek göl alanı m 2 dir. Su toplama havzasında orman ve mera olmak üzere iki farklı arazi kullanımı görülmektedir (Şekil 3.2). Su toplama havzasının arazi kullanım tipleri, kaplama alanları ve % değerleri Çizelge 3.1 de verilmiştir. Çizelge 3.1 de görüldüğü gibi, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki arazi tipleri, Karaçam Ormanı, Bozuk Karaçam-Meşe Ormanı, Mera, Mera-E ve Mera-T, Akarsu Tabanı ve Tarım dır. Bunların kapladığı alanlar sırasıyla 79,24 ha (%29,47), 49,35 ha (%18,35), 17,21 ha (%6,40), 77,14 ha (%28,69), 41,35 ha (%15,38), 3,95 ha (%1,40) ve 0,59 ha (%0,21) dir. Baskın arazi tipleri orman (%47,82) ve mera (%50,47) olurken, tarım alanları havzada oldukça sınırlıdır ve yok denecek oranlardadır. 21

32 Şekil 3.1 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası sınır yer belirteçleri ve topografik haritası Çizelge 3.1 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının arazi kullanım tipleri, kaplama alanları ve % değerleri Arazi kullanım tipi Alanı (ha) % ha Karaçam ormanı 79,24 29,47 Bozuk karaçam-meşe ormanı 49,35 18,35 Mera 17,21 6,40 Mera-E 77,14 28,69 Mera-T 41,35 15,38 Akarsu tabanı 3,95 1,40 Tarım 0,59 0,21 Toplam 268,83 100,00 22

33 Şekil 3.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının arazi kullanım haritası Eldivan coğrafi konumu itibariyle; doğuda Çankırı İli, batıda Şabanözü İlçesi, kuzeyde Korgun İlçesi, güneyde Ankara'nın Kalecik İlçesi ile çevrili durumdadır. İlçenin güneyinde bulunan Eldivan Dağı 1854 m yüksekliğinde olup, bölgenin en önemli yaylasıdır. İç Anadolu step iklimi ile Batı Karadeniz iklimi arasındaki geçiş bölgesinde (Erinç 1962) olan çalışma alanının yıllık toplam yağışı 491,2 mm olup ortalama sıcaklığı 10,4 o C dir (Anonim 2007). Araştırma alanında, jeolojik formasyonlar Neojen ve Kretaseye ait metamorfik ve volkanik fasiyesler oluşturur. Doğu ve batısında Neojene ait maruk tabakalı kalkerler yer alır. Kuzeyde kretaseye ait kalker ve andezitler; Güney batıda ise serpantin çoğunluktadır (Anonim 1988). Araştırma alanı ülkemizin üç büyük flora alanlarından İran-Turan flora bölgesinde, Davis'in kareleme sistemine göre A4 karesi içinde yer almaktadır. Buradaki orman kuşağında, Orta Anadolu steplerinin çevresinde yaygın halde görülen Meşeler karaçam ormanlarıyla birlikte bulunmaktadır (Şekil 3.2). Orman alt florası ise daha çok İrano-Turanian 23

34 florasına ait bireylerden oluşmaktadır (Atalay 1983). Araştırma alanı bitki örtüsü Karaçam (Pinus nigra subps. Pallasiana Arnold.), Sarıçam (Pinus sylvestris L.), Meşe (Quercus sp.), Ardıçlar (Juniperus sp.), Söğüt (Salix sp.), Ihlamur (Tilia sp.), Alıç (Crateagus sp.), Titrek Kavak (Populus sp.), Akçaağaç (Acer negundo L.), Ahlat (Pyrus elaeagnifolia Palas.), Karaçalı (Paliurus spinachristi Miller.), Fındık (Corylus sp.), Kiraz (Cerasus avium L.), Elma (Malus sp.) ve yer yer Ceviz (Juglans sp.) ağaçlarından oluşmaktadır (Göl ve Dengiz 2007). Eldivan Sarayköy I ve II Göletlerinin toplam su toplama havzaları yaklaşık olarak 13.8 km 2 alana sahiptir. Sakatçayı Deresi üzerinde Sarayköy-I Göleti, 11 km 2 su toplama havzası ve m 3 su tutma kapasitesiyle 20 yıl önce yapılmıştır; fakat bu süre içerisinde gölete taşınan sediment ile ömrünü doldurmuştur. Yeni göletin yapılmasıyla, artık eski gölet, erozyonu engellemek için bir seki bendi görevini almıştır. Çalışma alanının yükseklik haritası Şekil 3.3 de verilmiştir. Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının en düşük kısmını oluşturan gölet mansap kısmının yüksekliği 980 metre olup, en yüksek kısmı 1496 metredir. Şekil 3.3 de verilen yükseklik sınıflarının alansal dağılımı ise Çizelge 3.2 de verilmiştir. Yükseklik sınıflarını incelediğimizde, metreler arası yükseklikteki alan yüzdesi %34.58 dir. Sırasıyla ; ; ; ; ve arasındaki sınıfların alansal yüzdeleri %5,34; 21,81; 28,38; 34,58; 7,45 ve 2,44 dir. Bu % alansal dağılımlar bir sütun grafiği ile Şekil 3.4 de verilmiştir. 24

35 Şekil 3.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının yükseklik haritası Çizelge 3.2 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yükseklik sınıflarının alansal dağılımı (%) Yükseklik Sınıfları Alan (ha) % ha ,85 5, ,70 21, ,96 28, ,22 34, ,72 7, ,79 2,44 Toplam 278,

36 120 Yükseklik Alanı (Hektar) (%) Alan (Hektar) Alan (%) Yükseklik Sınıfları Şekil 3.4 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası yükseklik sınıflarının alansal dağılımı (%) Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim haritası Şekil 3.5 de verilmiştir. Bu haritada eğim %0-2, 2-6, 6-12, 12-24, ve aralıklarında sınıflandırılmıştır. Şekil 3.5 den görüldüğü üzere, çalışma alandaki eğimler %0-48 arasında değişim göstermektedir. Havzada dik eğime sahip alanlar çok fazla bulunmaktadır. Özellikle %12-24, ve sınıflarında eğime sahip alanların yüzde oranları sırasıyla %39,29, 42,10 ve 7,16 dır ve toplamları ise % 88,55 dir. Diğer yandan, %0-2, 2-6 ve 6-12 eğim sınıfları ise sırasıyla %2,63, 1,68, ve 7,14 oranlarında eğime sahiptir. Bu sınıfların toplamı ise sadece %11,45 dir (Çizelge 3.3 ve Şekil 3.5). Özetlenecek olursa, yaklaşık olarak çalışma alanının %11 i düz, hafif ve orta düzeyde eğime sahip iken, %89 luk kısmı dik, çok dik ve aşırı eğim sınıflarında bulunmaktadır. Bu durumda, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının topografik olarak erozyona oldukça duyarlı olduğu açık bir şekilde görülmektedir. Sırasıyla ve arasındaki sınıfların alansal yüzdeleri %2,63; 1,68; 7,14; 39,29; 42,10 ve 7,16 dir. Bu % alansal dağılımlar bir sütun grafiği ile Şekil 3.6 da verilmiştir. 26

37 Şekil 3.5 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim haritası Çizelge 3.3 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim sınıflarının alansal dağılımı (%) Eğim Sınıfları Alan (ha) % ha 0-2 7,32 2, ,67 1, ,87 7, ,32 39, ,13 42, ,93 7,16 Toplam 278,24 100,00 27

38 300 Eğim Alanı (Hektar) (%) Alan (Hektar) Alan (%) Toplam Eğim Sınıfları Şekil 3.6 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası eğim sınıflarının alansal dağılımı (%) 3.2 Çalışma Yöntemi Çalışma yöntemi olarak ETKE/YETKE erozyon tahmin teknolojisi kullanılmıştır. (Wishcmeier and Smith 1978, Renard et al. 1997); eşitliği ve eşitlik parametrelerinin hangi veri tabanlarından elde edileceğini gösterir İşlem Akış Şeması aşağıda sırasıyla Eş. [3.1] ve Şekil 3.7 de verilmiştir. A = R K L S C P [3.1] Burada, A, Yıllık toprak kaybı (t ha -1 yıl -1 ); R, Yağış erozyon oluşturma gücünü gösterir sayısal değişken (MJ mm ha -1 saat -1 yıl -1 ); K, Toprakların erozyona olan duyarlılığını gösterir sayısal değişken (t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 ); L, Eğim uzunluğu değişkeni; S, Eğim dikliği değişkeni; C, Bitkisel örtü ve ürün yönetim sayısal değişkeni ve P, Toprak koruma yöntemleri sayısal değişkenidir. 28

39 Eş. [3.1] de, sadece R ve K değişkenleri birimleştirilmiştir ve diğer değişkenler birimsizdirler. Ayrıca, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasında Eş. [3.1] ile toprak kayıplarının belirlenmesinde, toprak-su koruma mühendislik önlemleri alınmadığı kabulüne dayanılarak, P = 1 koşulu esas alınmıştır. 29

40 Türkiye Yağış İstasyonu Veri Tabanı Türkiye YETKE-R hesapları (Kaya, 2008) R K-Abağı (Jeoistatistik) Sayısal Yükselti Modeli Kum, Silt, Kil Yüzdesi, O.M., Toprak Yapısı, Su Geçirgenliği Eğim Dikliği ve Uzunluğu K LS A=RKLSC ETKE/YETKE Erozyon Haritası Sediment İletim Oranı Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelecek sediment miktarı YETKE-C Alt-Değişken Ölçümleri Arazi Kullanımı ve Arazi Örtüsü C Şekil 3.7 ETKE/YETKE yöntemi eşitliği bağımsız değişkenlerinin elde edileceği veri tabanları ve işlem akış şeması 30

41 Aşağıda, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelebilecek toprak miktarının (A, t ha -1 yıl -1 ) tahmin edilmesinde kullanılan ETKE/YETKE bağımsız değişkenlerinin elde edilmesi yöntemleri sırasıyla verilmiştir Yağış erozyon oluşturma gücü (ETKE/YETKE-R) Çalışma havzasının konumsal ETKE/YETKE-R yüzeyinin hazırlamasında, çalışma alanının Sayısal Yükselti Modeli kullanılmıştır (Foster et al. 1981). Havzada yüksekliğe bağlı yağış değişimleri Eş. [3.2] göz önünde bulundurularak hesaplanmıştır (Toy and Foster 1998): R y 1,75 Py R r P = [3.2] r Burada, R y, R değişkeni bilinmeyen konum için düzeltilmiş R değeri; R r, R değişkeni bilinen referans istasyonun R değeri; P y, R değişkeni bilinmeyen konumun ortalama yıllık yağışı (mm) ve P r, R değişkeni bilinen referans istasyonun ortalama yıllık yağışıdır (mm). Eş. [3.2], her 300 m lik yükseklik artışının 50 mm lik bir yağış artışına neden olacağı varsayımı ile çözülmüştür. Ayrıca, Kaya (2008) tarafından güncellenen Türkiye YETKE-R haritası Çankırı iklim istasyonu YETKE-R değeri referans R değeri (R r, MJ mm ha -1 saat -1 y -1 ) olarak alınmış ve hesaplamalarda kullanılmıştır. Kaya (2008), uzun dönem düzenli yağış ölçümlerinin yapıldığı 252 adet meteoroloji istasyonunun günlük yağış verilerini kullanarak, yılları arasında oluşan her bir yağışın enerjisi ve şiddeti hesaplanmıştır ve ülke ölçeğinde yağış enerji ve şiddetlerinden YETKE-R değişkeni belirlenmiştir. Daha önce Kaynak Özeti bölümünde detaylı bir şekilde belirtildiği gibi, güncel YETKE-R değerleri Eş. [2.2], [2.3] ve [2.4] ile hesaplanmıştır yılları arasındaki günlük yağış verilerinden 31

42 hesaplanılan Çankırı iklim istasyonuna ait toplam ExI 30, ortalama aylık ExI 30, % ExI 30, eklenik ExI 30 ve en yüksek ExI 30 değerleri Çizelge 3.4 de verilmiştir. Çizelge 3.4 deki her bir YETKE-R indislerinin hesaplanması aşağıda verilmiştir. İncelenilen yağışın birim alandaki toplam enerjisi (E T, MJ ha -1 ) Eş. [3.3] ile hesaplanmıştır: n E = [3.3] T E i i= 1 Burada, n incelenilen yağıştaki değişim aralığının sayısıdır. Bunun yanında YETKE-R, yağış toplam enerjisi (E T, MJ ha -1 ) ile o yağışın 30 dakikalık en yüksek yağış şiddetinin çarpımına eşittir (I 30, mm saat -1 ) (Eş. [3.4]): R = E xi [3.4] i T 30 Yağış şiddetinin hesaplanılması Eş. [3.5] ile yapılmıştır: d pr i r = [3.5] d t r Burada, d pr, yağışın derinliği (mm); d tr, yağışın süresi (sa) ve i r, yağışın şiddeti (mm sa -1 ) dir. 32

43 Çizelge 3.4 Çankırı iklim istasyonuna ait toplam ExI 30, ortalama aylık ExI 30, % ExI 30, eklenik ExI 30 ve en yüksek ExI 30 değerleri ( ) (Kaya, 2008) Aylar Yıl Sayısı YILLIK Toplam ExI Ort. Aylık ExI % ExI Eklenik ExI En Yüksek ExI

44 YETKE-R, bir yıl içerisinde oluşan her bir erozyona neden olabilecek yağışın R değerinin toplamından oluşur (Eş. [3.6]): R y = m i= 1 R i = m ( ET xi 30) i i= 1 [3.6] Burada, m yıl içerisinde oluşan ve hesaplama koşullarını sağlayan yağış sayısıdır. Böylece R y ın birimi MJ ha -1 mm saat -1 yıl -1 dır. Aynı şekilde, aylık toplamlar göz önünde bulundurularak aylık YETKE-R değerleri elde edilmiştir. Uzun yıllar ortalaması olarak YETKE-R değerleri ise Eş. [3.7] ile hesaplanmıştır: N m 1 R = ( ) j= 1 E xi T 30 [3.7] i N i= 1 Ek olarak, yılları arasındaki günlük yağış verilerinden hesaplanılan Çankırı iklim istasyonuna ait eklenik ExI 30 eğrisi (eklenik YETKE-R) Şekil 3.8 de verilmiştir (Kaya 2008). ÇANKIRI YETKE-R YETKE-R Aylar Şekil 3.8 Çankırı iklim istasyonuna ait eklenik ExI 30 eğrisi ( ) (Kaya 2008) 34

45 Çizelge 3.4 de açık bir şekilde görüleceği üzere, Çankırı iklim istasyonunda yıl içerisinde erozyon oluşturan yağışların yaklaşık olarak %46 sı Nisan ve Mayıs aylarında, %26 sı Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında ve %27 si Eylül ve Ekim aylarında düşmektedir. Diğer yandan, Kasım, Aralık, Ocak, Şubat ve Mart aylarında ise, erozyon oluşturan yağışlara rastlanmamaktadır. Çizelge 3.4 de verilen ortalama aylık ExI 30 değerlerinden yarım aylık ExI 30 değerleri Eş. [3.8] ve Eş. [3.9] ile hesaplanmıştır (Çizelge 3.5). ( EI 1) ( EI+ 1) ( EI 1) + ( EI+ 1) 0.75 EI 1 = EI [3.8] ( EI 1) ( EI+ 1) ( EI 1) + ( EI+ 1) 0.25 EI 2 = EI [3.9] Burada, EI, ilgilenilen ay için Çizelge 3.4 den okunulan EI değeri; EI-1, ilgilenilen aydan bir önceki ay için Çizelge 3.4 den okunulan EI değeri; EI+1, ilgilenilen aydan bir sonraki ay için Çizelge 3.4 den okunulan EI değeri; EI 1 ve EI 2, ilgilenilen ayın ilk ve ikinci yarısı için hesaplanılan EI değerleridir. 35

46 Çizelge 3.5 Çankırı iklim istasyonuna ait ortalama yarım aylık ExI 30 değerleri Aylar Yıllık M , ,605 71,769 70,282 89, , , ,911 EI 1 değerleri 0 49, , , , , , , ,28656 EI 2 değerleri 0 149, , , , , , , ,62444 EI 1 +EI , ,605 71,769 70,282 89, , , ,911 36

47 3.2.2 Toprak erozyon duyarlılığı (ETKE/YETKE-K) Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası topraklarının erozyona göstermiş olduğu duyarlılık, Wischmeier et al. (1971) tarafından geliştirilen toprak erozyon duyarlılık eşitliği (Eş. [2.16] ve [2.17]) veya abağı kullanılarak belirlenmiştir (Şekil 3.9). Bu eşitlikler ile ETKE/YETKE-K değişkeni t ha saat ha -1 MJ -1 mm -1 birimlerinde hesaplanmıştır. Yüzde olarak belirlenen kum, çok ince kum, silt, kil ve organik madde ile toprak yapı sınıfları ve toprak su geçirgenlik sınıfları, bu eşitliklerin bağımsız değişkenlerini oluşturmaktadır. Çizelge 3.6 ve 3.7 da ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak yapı ve su geçirgenlik sınıfları (Wischmeier and Smith 1978, USDA 1983) gösterilmiştir. Çizelge 3.8 de de ETKE/YETKE-K değişkeninin Toprak Erozyon Duyarlılık Abağı ile belirlenmesi için gerekli toprak özellikleri verilmiştir. Çizelge 3.6 Toprak erozyon duyarlılık abağı toprak yapı sınıfları Toprak Yapısı (s) Sınıfı Çok ince granüler 1 İnce granüler 2 Orta veya kaba granüler 3 Blok, levhalı veya masif 4 Çizelge 3.7 Toprak erozyon duyarlılık abağı toprak su geçirgenlik sınıfları Su Geçirgenliği (p) Doygun Hidrolik Geçirgenlik (cm saat -1 ) Sınıfı Çok Yavaş < 0, Yavaş 0,1016 0, Yavaş tan Orta ya 0,2032 0, Orta 0,5080 2, Orta dan Hızlı ya 2,0320 6, Hızlı > 6,

48 Şekil 3.9 Toprak erozyon duyarlılık abağı (Wischmeier et al. 1971) 38

49 Araştırmada yüzey toprağının yapısı arazide belirlenirken, hacim ağırlığı, bünye, organik madde ve hidrolik geçirgenlik analizleri laboratuvarda yapılmıştır Fiziksel toprak analizleri Hacim Ağırlığı: Bozulmuş örnekler üzerinde tık tık yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Bünye (Tekstür): Hidrometre yöntemine göre topraktaki kum, kil ve silt fraksiyonlarının % si hesaplanmıştır (Bouyoucous 1951). Hidrolik Geçirgenlik: Sabit su seviyeli hidrolik geçirgenlik setleri kullanılarak belirlenmiştir (Klute and Dirksen 1986) Kimyasal toprak analizleri Organik Madde: Walkley-Black yönteminin Jackson tarafından modifiye edilmiş şekli ile yapılmıştır (Jackson 1958). 39

50 Çizelge 3.8 ETKE/YETKE-K değişkenininin Toprak Erozyon Duyarlılık Abağı ile belirlenmesi için gerekli toprak özellikleri Örnek No p s K Örnek No p s K Örnek No p s K Örnek No p s K , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , * 1 2 0, , , , ** 2 2 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

51 Çizelge 3.8 ETKE/YETKE-K değişkenininin Toprak Erozyon Duyarlılık Abağı ile belirlenmesi için gerekli toprak özellikleri (devam) Örnek No p s K Örnek No p s K Örnek No p s K Örnek No p s K , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

52 Çizelge 3.8 ETKE/YETKE-K değişkenininin Toprak Erozyon Duyarlılık Abağı ile belirlenmesi için gerekli toprak özellikleri (devam) Örnek No p s K Örnek No p s K Örnek No p s K , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

53 Çizelge 3.8 de Toprak yapısı (s) için hep 2 değeri alınmıştır. Toprak su geçirgenliği (p) sınıfları Çizelge 3.7 ye göre belirlenmiştir. Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için noktasal yüzey toprak örnekleme (0 20 cm) noktaları Şekil 3.10 da verilmiştir. Bu örneklerin yer belirteçleri ise Çizelge 3.9 da verilmiştir. Şekil 3.10 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktaları 43

54 Çizelge 3.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktalarının yer-belirteçleri Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci

55 Çizelge 3.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktalarının yer-belirteçleri (devam) Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci

56 Çizelge 3.9 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası ETKE/YETKE-K değişkeni için toprak örnekleme noktalarının yer-belirteçleri (devam) Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer Örnek X yer Y yer No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci No belirteci belirteci

57 Noktasal olarak belirlenen ETKE/YETKE-K değişkenleri, SPSS 2000 istatistik paket programında genel istatistik özellikleri açısından değerlendirilmiş ve Kolmogorov- Smirnov testi ile dağılımın normalliği test edilmiştir. Daha sonra bu veriler kullanılarak, GS+7 jeo-istatistik programı ile deneysel yarı-variyogramları üretilmiş ve ETKE/YETKE-K nin Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasındaki konumsal dağılımı en uygun teorik model ile temsil edilmiştir. Jeo-istatistiksel yaklaşımlar ile variyogram eşitlik ve değişkenleri belirlenmiştir. Deneysel yarı-variyogram aşağıdaki eşitlik ile Journel and Huijbregts (1978) ve Trangmar et al. (1987) a göre hesaplanmıştır: i= 1 )[ ] 2 N ( h 1 γ * ( h) = z( xi ) z( xi + h) [3.10] 2N( h) Burada, z ( x i ), örnek değerini ve N ( h), örnekler arasındaki mesafeyi göstermektedir. Belirlenen eşitlik değişkenleri ve örnekleme noktalarının yer-belirteçleri ile ETKE/YETKE-K verileri ArcView 8.3 e aktarılarak, ETKE/YETKE-K değişkenine ait kestirim haritası oluşturulmuştur Eğim uzunluğu ve dikliği değişkeni (ETKE/YETKE-LS) ETKE/YETKE yönteminde, diğer bağımsız değişkenler sabit tutulduğunda (R, K, ve C), eğim uzunluğu ve dikliğindeki artışlar ile birim alanda oluşacak toprak kayıplarının (A, t ha -1 ) artacağı kabul edilmiştir. Niceliksel olarak eğim uzunluğu (l, m) ve eğim dikliği (s, %) değişkenleri, ETKE/YETKE de sırasıyla birimsiz L ve S değişkenleri ile temsil edilmektedir. L değişkeni birimsiz olarak Eş. [3.11] ile hesaplanmaktadır (Wischmeier and Smith (1965, 1978)). 47

58 l L= 22,13 m [3.11] Burada, l, metre olarak eğim uzunluğunu ifade eder ve m üs değeri ise, arazi eğimine (s) bağlı olarak farklı değerler almaktadır; öyle ki, s %3 olduğunda, m = 0,3; s = %4 olduğunda, m = 0,4 ve s %5 ise, m = 0,5 dir. Aynı şekilde, birimsiz olarak eğim dikliği değişkeni (S) ya Eş. [3.12] ya da Eş. [3.13] ile hesaplanmaktadır (Wischmeier and Smith (1965, 1978)). 0,43+ 0,30s+ 0,043s S + 6, = = 0, ,0454s 0,0065s [3.12] 2 S= 65,4sin θ+ 4,56sinθ+ 0,065 [3.13] Burada, Eğim dikliği (s) birimi % iken, Eş. [3.13] de eğim dikliği (θ) birimi Radyan dır. Ek olarak, ETKE/YETKE-L ve ETKE/YETKE-S değişkenlerinin bileşkesi, Şekil 3.11 de verilen ETKE/YETKE-LS abağı kullanılarak da kolaylıkla hesaplanmaktadır. 48

59 Şekil 3.11 ETKE/YETKE yöntemi ile eğim uzunluğu ve dikliği değişkeninin (ETKE/YETKE-LS) hesaplanması abağı 49

60 ETKE/YETKE yönteminde eğim uzunluğu, yüzey akışın oluştuğu noktadan itibaren, eğimin azaldığı ve toprak birikmesinin başladığı veya yüzey akışın bir çevirme kanalına boşaldığı noktaya kadar olan yatay mesafe olarak tanımlanır (Wischmeier and Smith 1978, Renard et al. 1997). Gerçekte ETKE/YETKE-LS değişkeni, diğer koşulların aynı olduğu düşünüldüğünde, herhangi bir uzunluğa ve eğime sahip bir alandan oluşan toprak kayıplarının, 22,13 m uzunluğunda ve % 9 eğimi olan bir parseldeki toprak kaybına oranını ifade etmektedir. 22,13 m uzunluğunda ve % 9 eğimli parselin ETKE/YETKE-LS değeri 1' dir (Wischmeier and Smith 1978) (Şekil 3.11). ETKE/YETKE yöntemi ile Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelebilecek sediment miktarının tahmin edilmesinde, ETKE/YETKE-LS değişkeni, ETKE/YETKE-R ile ETKE/YETKE-LS arasındaki etkileşimleri göz önünde bulundurarak ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) teknikleri kullanılarak elde edilmiştir. Burada, ETKE/YETKE-LS değişkeni, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasının Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) ve Arcview 3.2 Hidrolojik Akım Birikimi hesaplama yeteneği aracılığıyla elde edilmiştir. ETKE/YETKE-LS değişkeni, eşitlikler [3.11], [3.12] ve [3.13] in CBS uyarlaması olan Eş. [3.14] ile belirlenmiştir (Moore and Burch 1986a, b): ETKE/YETKE - LS 0,4 1,3 χη sinθ = [3.14] 22,13 0,0896 Burada, χ, yüzey akış yoğunlaşma sayısını; η, hesaplama yapılan hücrelerin büyüklüğü ve θ, eğim dikliğini ( o ) vermektedir. Bu şekilde ETKE/YETKE-LS, sadece eğim uzunluğu ve dikliğine göre değil, aynı zamanda toprak yüzeyinde meydana gelmesi beklenen akışı da dikkate alarak elde edilmiştir. Çalışma alanının yüzde eğimi SYM kullanılarak hesaplanmış ve eğim uzunluğu her bir piksel için sabit değer olarak 15 m alınmıştır. (Ogawa et al. 1997). 50

61 3.2.6 Bitkisel örtü ve ürün yönetimi (ETKE/YETKE-C) Hem ETKE hem de YETKE de C değişkeni, ürün yetiştirme ve yönetim uygulamalarının erozyon üzerine etkilerini yansıtmak için kullanılmaktadır ve yönetim seçeneklerinin toprak koruma planlarına olan göreli etkilerini karşılaştırmak amacıyla kullanılan bir etmendir. ETKE/YETKE-C değişkeni, koruma planlarının ortalama yıllık toprak kayıplarını nasıl etkilediğini ve toprak kaybı potansiyelinin inşaat işlevleri, ürün münavebeleri veya diğer yönetim uygulamaları veya tasarımları esnasında zamansal olarak nasıl dağılım gösterdiğini belirlemeye çalışır. ETKE/YETKE deki diğer değişkenlerin çoğunda olduğu gibi, C değişkeni, bir ölçekten sapma kavramına dayandırılmıştır. Bu durumda kabul edilen ölçek, anızsız devamlı nadas koşulları altındaki bir parseldir. Bu şu anlama gelir: arazi yüzeyi tamamıyla temizlenmiş ve üzerinde hiçbir artık ve örtünün bulunmadığı devamlı nadas koşulları geçerlidir. Öyle ise, Toprak Kaybı Oranı (TKO = SLR = Soil Loss Ratio) gerçek koşullar altındaki toprak kayıplarının temel alınan ölçek koşullarda meydana gelen toprak kayıplarına oranının bir hesabıdır (Eş. [3.15]). A A C TKO= [3.15] N Burada, A C, herhangi bir bitkisel örtü yönetimi altında oluşan toprak kaybı (ton ha -1 yıl -1 ) ve A N, anızsız devamlı nadas koşulları altında oluşan toprak kaybı (ton ha -1 yıl -1 ) dır. Wishmeier (1975) ve Mutchler et al. (1982) tarafından yapılan çalışmalar, ürün ve yönetiminin toprak kayıpları üzerindeki genel etkisinin bir seri alt değişkenler ile ifade edilebileceğini göstermiştir. YETKE de bu yöntem, Laflen et al. (1985) ve Weltz et al. (1987) tarafından değiştirilen şekli ile kullanılır. Bu yaklaşımdaki önemli değişkenler, önceki ürün ve yönetimi etkileri, bitkisel kanopi örtüsü ile toprak yüzeyinin korunması, yüzey bitkisel örtüsü ve yüzey pürüzlülüğü etkisi ile erozyondaki azalma ve bazı 51

62 durumlarda, düşük toprak nem içeriğinin düşük şiddetli yağışlar sonucu yüzey akışlardaki azalmalar üzerine etkisidir. YETKE de bu değişkenlerin her biri altdeğişken olarak sayısal değerlere tahsis edilir ve bu sayısal değerler, TKO i elde etmek için birbirleri ile çarpılır. ETKE/YETKE yöntemi ile Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasına gelebilecek sediment miktarının tahmin edilmesi çalışmasında kullanılan ETKE/YETKE-C değişkeni eşitliği, Eş. [2.5] ile daha önceden Kaynak Özeti kısmında verilmiştir. Göreli olarak bir dengeye ulaşmış doğal mera, otlak ve ormanlık gibi bitki örtüsüne sahip arazi kullanımları için, TKO değerlerini hesaplamada kullanılan fiziksel değişkenler zamanla çok yavaş bir şekilde değişebilir; bu yüzden, hesaplanılan TKO değerleri de çok az değişir. Bu durumlarda, tüm yılı temsil eden tek bir ortalama TKO değerine dayalı bir C değişkeni hesaplamanın yeterli olduğu düşünülmüştür. ETKE/YETKE de bu yaklaşım hesaplamaları kolaylaştırmak amacıyla tercih edilmiştir; fakat ortalama yıllık TKO değerleri, yıl boyunca iklimin erozyon oluşturma potansiyelindeki değişimleri artık yansıtmadığı durumlarda dikkatle kullanılmalıdır; iklimde oluşabilecek değişimler dikkate alınmalıdır (Eş. [2.6], [2.7] ve [2.8]). Bu çalışmada her bir alt değişkenin nasıl belirlendiği Bölüm de detaylı bir şekilde açıklanmıştır Önceki arazi kullanımı alt-değişkeni (PLU) Önceki arazi kullanımı alt-değişkeni, önceden yetiştirilen bitkilerin hem toprak erozyonu hem de toprak sıkışması üzerine olan etkilerini açıklamayı amaçlar. Bu etkiler aşağıdaki Eş. [3.16] ile ifade edilir: f b [( c B ) + ( c B C )] c uf PLU= C C exp [3.16] ur ur us us f 52

63 Burada, PLU, önceki arazi kullanımı alt-değişkeni (0 ile 1 arasında değişiklik gösterir); C f, toprak yüzeyi sıkışma etmeni; C b, toprak-altı bitkisel artıklarının toprak sıkışmasındaki göreli etkinliği; B ur, toprağın üst birkaç cm derinliğinde bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığıdır (M L -2 L -1 ) (= lb acre -1 in -1 ) (birim derinlikte ve birim alandaki canlı ve ölü köklerin ağırlığı); B us, toprağın üst katmanlarına karıştırılan artıkların ağırlığı (M L -2 L -1 ) ve C uf, yüzeye karıştırılan artıkların etkinliği üzerine toprak sıkışmasının etkisini temsil eder. c ur ve c us ise yüzey altı artıklarının etkilerini gösteren sabitelerdir. Yukarıda belirtildiği üzere Eş. [3.16], artık yönetimi ile toprak sıkışması arasındaki karşılıklı etkileşimleri açıklayan bir eşitliktir. Doğal olarak artık yönetimi ile hem erozyona neden olan süreçlerin, parçalanma-sıçrama erozyonu, yüzey erozyonu ve parmak erozyonunun önlenmesi hem de toprak fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Öyle ki, artık yönetimi ve toprak sıkışmasının erozyon üzerine etkileri sadece su geçirgenliği üzerine değil, toprakların erozyona olan duyarlılıkları üzerine de olmaktadır. Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasında sadece mera ve orman alanları bulunduğu (Şekil 3.2) ve bir önceki bitkinin yüzey artıkları üst toprak ile karıştırılmadığı için, ki bu durumda B us = 0 olacağından, Eş. [3.16] aşağıdaki şekilde ifade edilerek (Eş. [3.17]) PLU hesaplamalarında kullanılmıştır. f b [(- c B )] PLU= C C exp [3.17] ur ur Böylece bir önceki bitkinin yüzey üstü artıklarının etkisi değil, yalnızca arta kalan toprak-altı canlı ve ölü köklerinin etkisi göz önünde bulundurulmuştur. Sırasıyla her bir değişkenin fiziksel anlamları ifade edildiğinde, C f değişkeni, toprak işleme kaynaklı yüzey toprağı hacim ağırlığındaki değişimlerinin toprak erozyonu üzerine etkisini açıklar. Toprak işleme, toprak kümelerinin dağılmasına neden olur ve toprak erozyon duyarlılığını yükseltir. Bu, bozulmamış topraklara sahip mera ve otlaklardaki veya 0-toprak işlemeli tarımsal yönetimlerdeki çok daha düşük toprak kaybı ile açıkça gözlenmiştir. Dissmeyer and Foster (1981) in çalışmalarına 53

64 dayandırılarak, yeni işlenmiş toprak koşullarında C f değeri 1 dir. Buradaki varsayım, işlemeden sonra toprak, erozyona karşı en duyarlı halde bulunmaktadır. Eğer toprak bozulmadan bırakılırsa, bu değer üssel olarak 7 yıl içerisinde veya kullanıcı tarafından belirlenen diğer bir zaman dilimi içerisinde 0,45 değerini alır. Bu şu anlama gelir: PLU ile ilgili olarak, toprak bozumları en fazla olduğunda C f = 1, toprak işleme hiç olmadığında ise C f = 0,45 olacaktır. Daha önce belirtildiği gibi, Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasında tarımsal işlevlerden dolayı toprak işlemeler veya toprak bozmaları olmadığından, Eş. [3.17] ile PLU hesaplamalarında C f = 0,45 olarak alınmıştır. C b, ve c ur, katsayıları yüzey-altı biokütlesinin erozyonu düşürmedeki göreli etkinliğini tanımlamaktadırlar. Bu değerler, Van Liew and Saxton (1983) bilgileri, Tarım El Kitabı 537 (Wischmeier and Smith 1978) ndaki değerleri ve toprak-işlemesiz tarım denemelerinin geniş bir serisinden toplanan çok sayıdaki veri-setinin bilgileri kullanılarak elde edilmişlerdir. Bu analizler, C b = ve c ur = acre in lb -1 olduğunu göstermiştir. Dikkat edilirse, yukarıdaki eşitlikler (Eş. [3.16] ve [3.17] Amerikan Birim Sistemi nde (U.S. Customary System) verilmiştir. Bu birimleri Uluslararası Birim Sistemi ne (International System of Units = SI) çevirmek için aşağıdaki eşitlikler kullanılmıştır: in cm = 1 2,54 = 6 2,54x6 = 6 15,24 [3.18] acre 1 2 = [3.19] m da 1 2 = [3.20] m 1000 acre da = 1 401,280 [3.21] 54

65 lb 1 = [3.22] kg 0,4536 Yukarıdaki eşitliklerin sadeleştirilmiş şekli ise Eş. [3.23] de verilmiştir. ( MS) αb ( AS) Bur = ur [3.23] Burada, B u (MS) metrik sistemde B u değeri (kg da -1 cm -1 ) ve B u (AS) Amerikan birim sistemindeki B u değeridir (lb acre -1 in -1 ) ve α değeri ise 4,45 x 10-4 dür. Havzada, toprağın üst birkaç cm derinliğinde bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığı, B ur, (M L -2 L -1 = kg da -1 cm -1 ) (Eş. [3.17]) aşağıda Şekil 3.12 de boyutları verilen örnekleme kabı ile ölçülmüştür. Ek olarak, arazideki örnekleme anı Şekil 3.13 de gösterilmiştir. 9,1 cm 6,4 cm Şekil 3.12 Yüzey toprağında birim alanda ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığının (B ur, kg da -1 cm -1 ) ölçüldüğü bozulmamış örnek kabı 55

66 Bozulmamış örnek alma kabı Şekil 3.13 Yüzey toprağında birim alanda ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığının (B ur, kg da -1 cm -1 ) belirlenebilmesi için arazide örnek alınması Şekil 3.12 de belirtildiği şekilde, birim alanda ( 260 cm 2 = 0,026 m 2 ) ve birim derinlikte bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığı 6,4 cm lik bir derinlik için ölçülmüştür. Halbuki ETKE/YETKE-C yöntemi, PLU değerlerinin üst 20 cm lik toprak derinliği için belirlenmesini gerekli kılar. Alınan ölçümün ilk 10 cm lik derinliği temsil ettiği düşünülürse, 10 cm derinlikten daha derin toprakta bulunan canlı ve ölü köklerin ağırlığı, 0 10 cm derinlikteki kök ağırlığının % 80 ni alarak hesaplanır (Eş. [3.24]) (Renard et al. 1997). B ur (10 20) = 0,80 B ur (10 20) [3.24] Burada, B ur (10 20), 10 ile 20 cm arası toprak derinliğindeki B ur değeri ve B ur (0 10), 0 ile 10 cm arası toprak derinliğindeki B ur değeridir. 56

67 Kanopi örtüsü alt-değişkeni (CC) Kanopi örtüsü, toprak yüzeyinden belirli yüksekliklerdeki bitkilerin oluşturduğu örtü anlamına gelmektedir. Diğer bir deyişle, toprağa değmeyen ve doğrudan toprak yüzeyinde olmayan bir örtüdür. Öyle ki, böyle bir örtü altında, özellikle yağmur damlaları doğrudan toprak yüzeyine çarpmadan önce kanopi tarafından tutulur; toprak yüzeyine aktarılacak yağış enerjisi önemli ölçülerde kanopi tarafından azaltılabilir. Bir kanopi örtüsünün toprak yüzeyine aktarılacak yağış enerjisinde yapacağı azalma, o örtünün veya bitkisel kanopinin etkinliğini açıklar. Açıktır ki, sonuçta örtü tarafından tutulan yağmur damlalarının çoğunluğu toprak yüzeyine ulaşacaktır, ama önemli oranlarda hızı kesilen yağmur damlalarının yüzeye çarpma enerjisi, herhangi bir bitki örtüsü ile engellenilmeyen koşullardaki enerjisinden çok daha az olacaktır. Örtü ile tutulan yağmur damlaları daha az enerjiye sahip daha küçük su zerreciklerine ayrışarak, ya yaprak kenarlarından ya da bitki gövdesinden düşük enerjiler ile toprak yüzeyine çarparlar. ETKE/YETKE-C de kanopi örtüsü etkinliği Eş. [3.25] ile verilir: ( 0.1 H) CC= 1 Fc exp [3.25] Burada, CC, kanopi örtüsü alt-değişkeni 0 < CC 1; F c, kanopinin arazi yüzeyini kaplama oranı (%) ve H, yağmur damlalarının kanopiye çarptıktan sonra sahip oldukları düşme (düşü) yüksekliğidir (ft) (Eş. [3.26]). feet metre 1 foot = [3.26] Eş. [3.25], bir kanopinin kapladığı alan oranında yağışı kesintiye uğratacağı ve terminal hızı ile değişik çaplarda düşen damlaların örtü ile tutulduktan sonra, 0,1 in (=2,54 cm) lik bir tekdüze çap ile H yüksekliğindeki örtüyü terk-ettiği kabulüne dayandırılmıştır (Wischmeier and Smith, 1978). Quinn and Laflen (1983), bitki gövdesinden düşen 57

68 damla büyüklüklerinin Wischmeier and Smith (1978) tarafından farz edilen büyüklüklerden önemli ölçülerde farklı olduğunu bulmalarına karşın, Eş. [3.25] de verilen ilişkinin mısır için tatmin edici olduğunu belirtmişlerdir. Diğer araştırıcılar ise, farklı bitkilerin farklı etkileri olduğunu belirtmişlerdir (Armstrong and Mitchell 1987, 1988, Finney 1984, Haynes 1940). Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası Karaçam ve bozuk Karaçam-Meşe ormanlarında, kanopinin arazi yüzeyini kaplama oranı (F c, %) ve ağaç boyları arazide doğrudan ölçülerek (Şekil 3.14), ETKE/YETKE-C kanopi örtüsü alt-değişkeni (CC) Eş. [3.25] ve [3.26] ile hesaplanmıştır. Şekil Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası karaçam ve bozuk karaçammeşe ormanlarında, 200 m 2 lik örnekleme alanları kullanılarak ağaçların boyları, çapları ve kapalılıklarının ölçülmesi 58

69 Yüzey örtüsü alt-değişkeni (SC) Kanopi örtüsü ile karşılaştırıldığında, bitkisel yüzey örtüleri doğrudan yüzeyde toprak ile temas halinde olan örtülerdir. Yüzey örtüleri, yüzey akışların taşıma kapasitesini önemli bir biçimde düşürür (Foster 1982, Laflen 1983) ve yağmur damlasının doğrudan etkisine maruz kalacak yüzey alanını azaltır. Belki de, tek başına TKO değerlerini belirleyen en önemli etmendir. Özet olarak yüzey örtüsü, toprak yüzeyi ile doğrudan temasta bulunan bitki artığı, kaya parçaları ve diğer erozyona dirençli materyalleri içerir (Simanton et al. 1984, Box 1981, Meyer et al. 1972). ETKE/YETKE de toprak erozyonu üzerine yüzey örtüsünün etkisi Eş. [3.27] ile verilir: ,24 SC = exp - b S p [3.27] R u Burada, SC, yüzey örtüsü alt-değişkeni; b, bir deneysel katsayı; S p, yüzey örtüsü ile kaplı alanın yüzdesi ve R u, yüzey pürüzlülüğü (in) dür. b değeri, toprak erozyonunu düşürmede yüzey örtüsünün etkinliğini gösterir. Laflen et al. (1980) ve Laflen and Colvin (1981), sıra bitkileri için b değerlerinin 0,030 ile 0,070 arasında değiştiğini belirtmişlerdir. Dickey et al. (1983), küçük taneli tahıllar üzerinde gerçekleştirdikleri yapay yağmurlama çalışmalarında b değerlerinin 0,024 ile 0,032 arasında değiştiğini bulmuşlardır. Ancak, küçük taneli hububatlar için b değerleri 0,050 olarak kullanılmaktadır. Simanton et al. (1984), 0,039 luk bir b değerini yüzey altı biyokütlesinin hemen hemen değişmez olduğu mera ve otlak koşulları için önermişlerdir. Eş. [3.27] de S p değerleri %sayı olarak kullanılmaktadır; yani S p değerleri [sayı/100] olarak kullanılmamaktadır. 0,24 in (0,6096 mm) ise herhangi bir arazide görülebilecek en küçük pürüzlülük değerini vermektedir. R u üzerinde, yüzey pürüzlülüğü alt- 59

70 değişkeni (SR) konusu işlendiğinde ayrıntılı olarak durulacağından, bu bölümde fazla bilgi verilmemiştir. Yüzey örtüsü ile kaplı alanın yüzdesi (S p ) ile yüzeydeki ürün artığının kuru ağırlığı (B s lb acre -1 ) (kg da -1 ) arasındaki bağıntı Gregory (1982) tarafından verilmiştir (Eş. [3.28]): S p [ 1 exp( α B )] 100 = [3.28] s Burada, S p, yüzde artık örtüsü; α, bir artık parçası tarafından yüzeyde kaplanılan alanın bu artık ağırlığına oranıdır (acre lb -1 ) (da kg -1 ) ve B s, yüzeydeki ürün artığının kuru ağırlığıdır (lb acre -1 ) (kg da -1 ). Çizelge 3.10 da, alışıla-gelen bazı bitkilerin artık parçaları yüzey kaplama alanlarının, bunların artık ağırlığına oranları (acre lb -1 ) (da kg -1 ) verilmiştir. Bu çalışmada, ormanaltı örtüleri ve mera örtüsü için 0,00055 acre lb -1 (= 0,49 kg da -1 ) değeri kullanılmıştır. Çizelge 3.8 deki değerler, Alberts et al. (1989), Ghidey et al. (1985), Gregory (1982), Gregory et al. (1985), Larson et al. (1978) ve National Research Council (1975), U.S. Department of Agriculture (1990), and U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service (1991) den alınmıştır. Çizelge 3.10 Alışılagelen bazı bitkilerin yüzey artıkları için α değerleri (Renard et al. 1997) Bitki α (acre lb -1 ) Bitki α (acre lb -1 ) Yonca kaba yonca 0,00055 Sorgum 0,00036 Bromotu 0,00055 Soya fasulyesi 0,00059 Mısır 0,00038 Ayçiçeği 0,00024 Pamuk 0,00022 Tütün 0,00036 Yulaf 0,00059 Buğday (yazlık) 0,00059 Yer fıstığı 0,00030 Buğday (kışlık) 0,00059 Çavdar 0,

71 Eğer herhangi bir arazide birden fazla çeşitte artık var ise, elde edilecek yüzde toplam yüzey örtüsü Eş. [3.29] ile hesap edilir: S p N = 1 exp i= 1 ( α B ) 100 i si [3.29] Eş. [3.29] da; N, artık çeşit sayısı ve α i, karşılaşılan her bir artık çeşidinin kapladığı alanın ilgili artığın ağırlığına oranıdır. Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzasında, orman-altı örtüsü ve mera yüzeyindeki artıkların ağırlığı (B s, kg da -1 ), 40x40 cm büyüklüğünde ve tel örgülü çerçeveler ile ölçülmüştür (Şekil 3.15). Örneklenen artıklar laboratuar koşullarında kurutulmuş ve B s değerleri elde edilmiştir. Sonuçta, Eş. [3.27] ve [3.28] yardımıyla ETKE/YETKE-C-SC alt-değişkeni hesaplanmıştır. Şekil 3.15 Eldivan Sarayköy-II Göleti su toplama havzası orman-altı örtüsü ve mera yüzeyindeki artıklar ağırlıklarının ölçülmesi Yüzey pürüzlülüğü alt-değişkeni (SR) ETKE/YETKE de gelişi-güzel pürüzlülük, arazi eğimi ve tesadüfi olmayan toprak işleme izlerinden (karıklar, tarım aletleri ve pulluk izleri) kaynaklanan yüzey değişimleri göz önüne alınmaksızın, yüzey yükseltilerinin standart sapması olarak 61