Prof. Dr. YALÇIN YÜKSEL Deniz Mühendisli i Serisi - No 2 DEN Z TABANI H DROD NAM ve KIYI MORFOLOJ S (PLANLAMA ve TASARIM)
Yay n No : 2592 Teknik Dizisi : 151 2. Bask - Kas m 2011 - STANBUL ISBN 978-605 - 377-615 - 4 Copyright Bu kitab n bu bas s n n Türkiye deki yay n haklar BETA Bas m Yay m Da t m A.fi. ye aittir. Her hakk sakl d r. Hiçbir bölümü ve paragraf k smen veya tamamen ya da özet halinde, fotokopi, faksimile veya baflka herhangi bir flekilde ço alt lamaz, da t lamaz. Normal ölçüyü aflan iktibaslar yap lamaz. Normal ve kanunî iktibaslarda kaynak gösterilmesi zorunludur. Dizgi : Beta Bas m A.fi. Bask - Cilt : Kahraman Neflriyat Ofset San. Tic. Ltd. fiti. (Sertifika No: 12084) Yüzy l Mah. Matbaac lar Cad. Atahan No: 34 K: 4 Ba c lar/ stanbul (0-212) 629 00 01 Kapak Tasar m : Gülgonca Çarp k Beta Bas m Yay m Da t m A.fi. Narl bahçe Sok. Damga Binas No: 11 Ca alo lu - STANBUL Tel : (0-212) 511 54 32-519 01 77 Fax: (0-212) 511 36 50 www.betayayincilik.com
III Kitab n yaz lmas s ras nda gösterdikleri sab r ve anlay fltan dolay eflime ve çocuklar ma teflekkür ederim.
IV
V 2. Bask n n Önsözü kinci bask da birinci bask da görülen yaz m hatalar düzeltilmifltir. Ayr ca bölümlere bu konudaki yeni yay nlarda dikkate al narak ilaveler yap lm flt r, özellikle yap sal ve yap sal olmayan çözümlere alternatif çözümler bölümü eklenmifltir. Kitap deniz taban ile ilgili teorik yaklafl m n yan s ra k y yap lar n n tasar m ile ilgili konular geniflletilmifltir. Geniflletilmifl ikinci bask n n k y mühendisleri ve planc lar n gereksinimlerini karfl layaca n ümit ediyorum ve kitab n haz rlanmas na destek veren BETA yay nevi ile yaz m titizlikle yapan Say n Gülgonca Çarp k a teflekkür ederim. Sayg lar mla.
VI
VII Önsöz Bu eser k y lar m zdaki kumsallar n nas l flekillendi ini, k y larda yap lan limanlar n, boru hatlar n n, seyir kanallar n n, k y duvarlar n n, iskelelerin, r ht mlar n ve bir çok deniz yap s n n nas l kumsal hareketinden etkilenmeden hizmet verece ini anlatmaktad r. Do al plaj kumsal hareketlerinin dalga ve/veya ak nt etkisinde insanlar taraf ndan nas l engellendi i ve bunun sonuçlar n n ne tür problemler do urabilece ini, böylece bu problemlerin nas l üstesinden gelinebilece ini ö retmeye çal flmaktad r. En önemli amaçlardan biride; mümkün oldu unca dünyam z n en de erli, yaflamam z için gerekli ve pahal olan bu alanlar n gelecek kuflaklara zarar verilmeden b rak lmas d r. Dalgalar, kumsal plajlar seviyorsak bu alanlar korumal y z. Bunun içinde bilimsel yöntemler kullanmal y z. Bu kitap nflaat Mühendisli inin bir bilim dal olan k y ve liman mühendisli i ya da deniz mühendisli i kapsam ndaki konulardan biri olan Deniz Taban Dinami i ve K y Morfolojisi ne ait bilgileri içermektedir. Kitap, her ne kadar inflaat mühendislerine yönelik haz rlanm fl olsada konu di er bilim dallar n da içermesi nedeniyle k smen disiplinler aras d r ve kitab n içeri inde bulunan baz konular bu disiplinlerinde ilgisini çekecektir. Bu disiplinler; Jeoloji, Jeofizik, Çevre Mühendisleri ile Mimarl k, fiehir planc, Peyzaj, Co rafya gibi genifl bir yelpazede yer alabilirler. Kitap çok say da eserin derlenmesi ile oluflturulmufltur. Özellikle bu derlemenin yap lmas nda konu ile ilgili popüler kitaplardan daha fazla yararlan lm flt r. Bu eserler kitap içinde yeri geldi ince kaynak gösterilerek belirtilmifltir. Ancak kitab n okuyucu taraf ndan anlafl labilmesi için k y mühendisli ine ait temel bilgileri bilmesi gerekmektedir, çünkü bu bilgilere yer verilmemifl ve okuyucunun bunlar bildi i kabul edilmifltir. Kitapta deniz taban dinami i ve k y morfolojisinin fizi i anlat lm fl bunlara ait matematiksel ba nt lar aç k biçimde verilmeye çal fl lm flt r. Konular uygulamalar ile anlafl l r hale getirilmifltir. Ayr ca mühendislik uygulamalar aç s ndan planlama ve tasar m bilgilerine yer verilmifltir. Bilindi i gibi ulafl m, yerleflim, turzim, bal kç l k için potansiyel alanlar olan k y lar son derece nazik ve de- erli bölgelerdir. Deniz, kara ve atmosferin arakesiti olan bu nazik bölgeler çevresel etkenlere karfl çok duyarl d rlar. Bu nedenle erozyona ve kirlenmeye u ramaktad rlar. Canl yaflam aç s ndan gerekli olan bu do- a alan n n korunmas ve kullan mlar n n dostça yap lmas n gerektirmektedir. Aksi halde telafisi imkans z ya da maliyetleri çok yüksek problemlerin ortaya ç kmas na neden olunmaktad r. Bu durum do al yaflam derinden etkiliyebildi i gibi ülke ekonomilerinide ciddi biçimde etkilemektedir. K y lar n do al koflullardan daha çok insan eliyle yap lan de iflimlerden etkilendi i bilinmektedir. O halde do al olaylara daha fazla aç k olan bu alanlarda yaflayan insanlar n, bu yaflam alanlar nda emniyetle yaflayabilmeleri için yap sal ya da yap s z olarak almaya çal flt klar önlemlerde yapacaklar tasar mlar n deniz hidrodinami inin iyi anlafl lmas ile mümkündür. Deniz yap lar n n emniyetle tasar m süreleri boyunca hizmet verebilmeleri için bu yap lar n do aya dost olarak do ru tasarlanmalar ile mümkündür. nflaat mühendislerinin di er disiplinlerle birlikte çal flt klar bu özel konunun oldukça karmafl k fizi i ve matematisel ba nt lar içermesi zaman zaman uygulamac lar n bilimsel yaklafl mlar göz ard etmelerine neden olmaktad r. Ancak günümüz dünyas gerek bilimsel gerekse mühendislik hizmetleri aç s ndan bu duyars zl a izin vermemektedir. K y ya da deniz mühendisli i uygulamalar aç s ndan Türkçe kaynak eksikli ini giderece ini sand m bu kitab n konu ile ilgilenen lisans ve lisansüstü ö renciler ile mühendislere ve planlamac lara faydal olaca kan s nday m. Bu kitab n haz rlanmas nda okuyarak yard mc olan Dr. Ifl khan GÜLER, Yrd. Doç. Dr. Yeflim ÇEL KO LU na ve her zaman bu konuda desteklerini esirgemeyen say n Doç. Dr. Esin ÇEV K ve Doç. Dr. Ahmet Cevdet YAL- ÇINER e teflekkür ederim. Sayg lar mla Prof. Dr. Yalç n YÜKSEL Nisan, 2005
IX Ç NDEK LER 1. G R fi...1 1.1 Neden Deniz Taban Hidrodinami i?...1 1.2 Kat Madde Çal flmas nda zlenecek Yol...3 2. DEN Z SUYU ve TABAN MALZEMES ÖZELL KLER... 9 2.1 Deniz Suyu Özellikleri...9 2.2 Taban Malzemesi Özellikleri...10 2.3 Kum Su Kar fl m...12 2.4 Permeabilite ve S v laflma...12 2.5 Koheziv Kat Madde...21 3. AKINTI ve DALGA MEKAN...25 3.1 Ak nt Mekani i...25 3.1.1 H z Da l m...25 3.1.2 Kayma Gerilmesi Da l m...29 3.1.3 Toplam Ak nt Kayma Gerilmesi...33 3.2 Dalga Mekani i...34 3.2.1 Dalga S n r Tabakas...36 3.2.1.1 Laminer Ak m Hali...36 3.2.1.2 Türbülansl Ak m Hali...45 3.2.2 Dalga Ak nt Kombinasyonu Hali...51 3.3 K y Boyu Ak nt s...56 3.3.1 Gerilme Ak s (Radyasyon Gerilmesi)...57 3.3.2 Gel-Git Kuvvetleri...69 3.3.3 Türbülans Kuvvetleri...70 3.3.4 Taban Sürtünme Kuvvetleri...71 3.4 K y Boyu Ak nt s n n Hesaplanmas...75 3.5 Problemler...78 4. HAREKET N BAfiLANGICI...91 4.1 Dalga Etkisinde Kat Madde Hareketinin Bafllang c...91 4.2 Hareketin Bafllang c çin Ak nt H z...99 4.3 Hareketin Bafllang c çin Kayma Gerilmesi...101 4.4 Taban Hareket Mekanizmas n n Granülometrik De iflimin Oluflumu Üzerindeki Etkisi... 107 4.4.1 Dalga Yaklafl m Aç s n n Etkisi... 108 4.4.2 Bafllang ç K y E iminin Etkisi... 109 4.4.3 Tane Çap n n Etkisi... 109 4.4.4 Tane Biçiminin Etkisi... 109 4.4.5 K y Üzerindeki Tanelerin Bafllang çtaki Konumunun Etkisi... 110 4.5 Problemler...111 5. TABAN fiek LLER...113
X çindekiler 5.1 Ak nt Etkisinde Kum Dalgac klar ve Eflikler... 116 5.2 Dalga Etkisinde Kum Dalgac klar... 118 5.3 fiekil Direnci...119 5.4 Problemler...121 6. ASKI HAREKET...127 6.1 Girifl...127 6.2 Ask Kriteri ve Tane Çap... 128 6.3 Çökelme H z...129 6.4 Ak nt Etkisinde Konsantrasyon... 130 6.5 Dalga Etkisinde Konsantrasyon... 137 6.6 Dalga ve Ak nt Etkisinde Konsantrasyon... 140 6.7 Problemler...141 7. SÜRÜNTÜ HAREKET... 145 7.1 Girifl...145 7.2 Ak nt Etkisinde Sürüntü Hareketi... 146 7.3 Dalga Etkisinde Sürüntü Hareketi... 149 7.4 Dalga ve Ak nt Etkisinde Sürüntü Hareketi... 149 7.5 Problemler... 151 8. TOPLAM KATI MADDE HAREKET... 153 8.1 Girifl...153 8.2 Ak nt Etkisinde Toplam Kat Madde Debisi... 154 8.3 Dalga Etkisinde Toplam Kat Madde Debisi... 160 8.4 Dalga ve Ak nt Halinde Toplam Kat Madde Debisi... 168 9. KIYIYA D K KATI MADDE TAfiINIMI... 171 9.1 Girifl...171 9.2 K y Profillerinin Genel Karakteristikleri... 179 9.3 Dalga ve Kat Madde Karakteristiklerine Ba l Olarak Profil Boyutlar... 183 9.4 K y Eroyonu ve Profil De iflimi... 192 9.5 Kum Tepeleri ve Rüzgar Etkisiyle Kat Madde Tafl n m... 194 9.6 K sa ve Uzun Dönem K y fllemleri... 197 10. KIYI BOYU KATI MADDE TAfiINIMI... 199 10.1 Girifl...199 10.2 Dalga Etkisiyle Oluflan Ak nt lar... 203 10.3 Surf Bölgesi çinde K y Boyu Kat Madde Tafl n m n n Büyüklü ü ve Da l m... 207 10.4 K y Boyu Kat Madde Tafl n m fadelerinin Uygulanmas... 222 10.5 Problemler... 223 11. KATI MADDE TAfiINIMININ MODELLENMES... 243 11.1 Kat Madde Modellerinin Tan m... 243 11.1.1 K y Profili Modeli... 243 11.1.2 K y Çizgisi De iflim Modeli... 244
çindekiler XI 11.1.3 Üç Boyutlu K y Geliflim Modeli... 244 11.2 Tek Çizgi Teorisi... 245 11.3 Çok Çizgi Teorileri ( ki Çizgi Yaklafl m )... 262 11.4 Kat Madde Bütçesi (Van Rijn, 1998)... 263 11.4.1 Girifl...263 11.4.2 Kat Madde Bütçe Modelleri... 267 11.4.2.1 Statik Denge Yaklafl m... 267 11.4.2.2 Dinamik Denge Yaklafl m... 271 12. KIYI MORFOLOJ S...279 12.1 K y lar n Plandaki Yap lanmas... 279 12.2 K y Sistemleri...285 12.2.1 Bir K y Sistemindeki Mevcut Kat Madde... 285 12.2.2 Alüviyal Kat Madde Tafl n m... 288 12.2.3 Gel-git Koylar ve Akarsu A z Morfolojisi... 288 12.3 K y Boyu Kat Maddeleri ve Karakteristikleri... 289 13. YAPISAL ve YAPISAL OLMAYAN ÇÖZÜMLER LE TASARIM KR TERLER...291 13.1 Girifl...291 13.2 Yap Seçimi... 302 13.3 Yap Tipleri... 302 13.4 K y Koruma Yap lar n n Avantaj ve Dezavantajlar... 303 13.5 Genel Tasar m Kriterleri... 305 13.6 Alternatif Çözümler...348 13.6.1. Geokonteyner (GSC)...353 13.7 Problemler... 364 14. DEN Z YAPILARINDA YEREL EROZYON... 369 14.1 Girifl...369 14.2 Silindirik Yap lar Etraf nda Yerel Taban Hareketi... 369 14.3 Düfley Yüzlü Duvarlar Önünde Yerel Taban Hareketi... 374 14.4 Dalgak ran Kafalar nda Meydana Gelen Yerel Taban Hareketleri... 376 14.5 Gemi Pervanelerinin Jetinden Kaynaklanan Erozyon... 381 15. KANAL ve HENDEKLERDE KUMLANMA... 397 15.1 Girifl...397 15.2 Bir Kanal Boyunca Ak nt Durumu... 397 15.3 Bir Kanal Üzerindeki Dalga Durumu... 401 15.4 Sürüntü ve Ask Yükü... 402 15.5 Kumlanma Hesaplamalar... 403 15.6 Kanal Batimetrisinin Belirlenmesi... 411 15.7 Problemler... 412 EKLER...419 KAYNAKLAR...437 D Z N...449