T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI HURMAN ÇAYI HAVZASINDA SEDİMANTASYONUN AMPİRİK YÖNTEMLERLE TAHMİNİ NECATİ AKSU YÜKSEK LİSANS TEZİ KAHRAMANMARAŞ Şubat 2007
T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI HURMAN ÇAYI HAVZASINDA SEDİMANTASYONUN AMPİRİK YÖNTEMLERLE TAHMİNİ NECATİ AKSU YÜKSEK LİSANS TEZİ Kod No : Bu Tez 09/02/2007 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oy Birliği/Oy Çokluğu ile Kabul Edilmiştir. Yrd.Doç.Dr. Kenan UÇAN Prof.Dr. Cafer GENÇOĞLAN Doç.Dr. Halil KIRNAK DANIŞMAN ÜYE ÜYE Yukarıdaki imzaların adı geçen öğretim üyelerine ait olduğunu onaylarım. Prof.Dr. Özden GÖRÜCÜ Enstitü Müdürü Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.
İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER Sayfa İÇİNDEKİLER...... I ÖZET... III ABSTRACT... V ÖNSÖZ.. VII ÇİZELGELER DİZİNİ VIII ŞEKİLLER DİZİNİ... X EK ÇİZELGELER DİZİNİ. XI EK ŞEKİLLER DİZİNİ... XII SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ. XIII 1. GİRİŞ. 1 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 5 3. MATERYAL VE METOT 10 3.1. Materyal... 10 3.1.1. Havzanın Yeri ve Konumu.. 10 3.1.2. Akarsu Yatağı Bilgileri 10 3.1.3. Yağış, Akım ve Sediment Gözlem İstasyonları.. 10 3.1.4. İklim.. 12 3.1.5. Toprak Özellikleri... 15 3.1.6. Arazi Kullanımı ve Bitki Örtüsü 17 3.1.7. Havza Jeolojisi.. 18 3.1.8. Havzanım Aşınımı 19 3.2. Metot.... 22 3.2.1. Havza Topoğrafik Karakteristikleri.. 22 3.2.1.1. Havza Alanı... 22 3.2.1.2. Havza Ortalama Eğimi (S H )..... 22 3.2.1.3. Havza Medyan Yüksekliği (Hm).. 22 3.2.1.4. Havzanın Şekli... 23 3.2.2. Havza Drenaj Karakteristikleri.. 24 3.2.2.1. Ana Suyolunun Eğimi (Ss)... 24 3.2.2.2. Ana Suyolu Uzunluğu (Ls)... 25 3.2.2.3. Havza Ağırlık Merkezinin Ana Suyolu İzdüşümü ile Havza Çıkış Noktası Arasındaki Suyolu Mesafesi (Lc) 25 3.2.2.4. Bifürkasyon (Dallanma veya Çatallaşma) Oranı (Rb).. 25 3.2.2.5. Akarsuyun Debisi (m 3 /sn)..... 26 3.2.2.6. Drenaj Frekansı (Df)... 26 3.2.3. İklim Tipi ve Yağış-Akış İlişkileri. 26 3.2.3.1. Birim Hidrografın Sentetik Birim Hidrograf Yöntemi ile Elde Edilmesi... 27 3.2.3.2. Farklı Tekerrürlü Taşkın Hesapları... 28 3.2.3.2.1. Sentetik Metotla, Farklı Tekerrürlü Muhtemel En Büyük Yağışlardan, Farklı Tekerrürlü En Büyük Akışların Tahmini 28 3.2.3.2.2. Ölçülen En Büyük Akış Değerlerinin Dağılımı Analiziyle, Farklı Tekerrürlü Muhtemel En Büyük Akışların Tahmini. 31 3.2.4. Sediment Verimi Hesapları. 31 3.2.4.1. EİE Gözlem Sonuçları ile Hesaplama. 31 3.2.4.2. EİE Eşitliği ile Hesaplama.... 33 I
İÇİNDEKİLER 3.2.4.3. Türkiye için Bulunan Genel Sediment Eşitliği ile Hesaplama.. 35 3.2.4.4. Brüt Erozyon Yöntemi ile Hesaplama... 36 3.2.4.5. USLE Yöntemi ile Hesaplama.. 37 3.2.4.6. Farklı Yöntemlerle Hesaplanan Sediment Verimlerinin Karşılaştırılması... 42 4. BULGULAR VE TARTIŞMA...... 43 4.1. Havza Topoğrafik Karakteristikleri. 43 4.1.1. Havza Alanı... 43 4.1.2. Havza Ortalama Eğimi (S H ).... 43 4.1.3. Havza Medyan Yüksekliği (Hm). 46 4.1.4. Havzanın Şekli... 47 4.2. Havza Drenaj Karakteristikleri. 49 4.2.1. Ana Suyolunun Eğimi (Ss)... 50 4.2.2. Ana Suyolu Uzunluğu (Ls)... 51 4.2.3. Havza Ağırlık Merkezinin Ana Suyolu İzdüşümü ile Havza Çıkış Noktası Arasındaki Suyolu Mesafesi (Lc) 51 4.2.4. Bifürkasyon (Dallanma veya Çatallaşma) Oranı (Rb). 51 4.2.5. Akarsuyun Debisi (m 3 /sn)..... 52 4.2.6. Drenaj Frekansı (Df)... 52 4.3. İklim Tipi ve Yağış-Akış İlişkileri. 52 4.3.1. Birim Hidrografın Sentetik Birim Hidrograf Metodu ile Elde Edilmesi 57 4.3.2. Farklı Tekerrürlü Taşkın Hesapları... 59 4.3.2.1. Sentetik Metotla, Farklı Tekerrürlü Muhtemel En Büyük Yağışlardan, Farklı Tekerrürlü En Büyük Akışların Tahmini... 59 4.3.2.2. Ölçülen En Büyük Akış Değerlerinin Dağılımı Analiziyle, Farklı Tekerrürlü Muhtemel En Büyük Akışların Tahmini. 66 4.4. Sediment Verimi Hesapları 67 4.4.1. EİE Gözlem Sonuçlarının Değerlendirilmesi ile Hesaplama... 67 4.4.2. EİE Eşitliği ile Hesaplama... 74 4.4.3. Türkiye için Bulunan Genel Sediment Eşitliği ile Hesaplama. 75 4.4.4. Brüt Erozyon Yöntemi ile Hesaplama 76 4.4.5. USLE Yöntemi ile Hesaplama. 77 4.4.6. Farklı Yöntemlerle Hesaplanan Sediment Verimlerinin Karşılaştırılması 81 5. SONUÇ VE ÖNERİLER..... 85 5.1. Elde Edilen Sonuçların Değerlendirilmesi 85 5.2. Alınması Gereken Önlemler... 87 KAYNAKLAR... 89 ÖZGEÇMİŞ... 94 EK ÇİZELGELER.......... 95 EK ŞEKİLLER............ 108 II
ÖZET T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ HURMAN ÇAYI HAVZASINDA SEDİMANTASYONUN AMPİRİK YÖNTEMLERLE TAHMİNİ NECATİ AKSU Danışman: Yrd. Doç. Dr. Kenan UÇAN Yıl: 2007 Sayfa: 112 Jüri: Yrd. Doç. Dr. Kenan UÇAN Prof. Dr. Cafer GENÇOĞLAN Doç. Dr. Halil KIRNAK Bu çalışma ile Hurman Çayı Havzası nda yağış-akış ve sediment ilişkileri incelenerek ampirik yöntemlerle hesaplanan süspanse sediment verimleriyle, ölçümle bulunan sediment verimi karşılaştırılmış ve ampirik yöntemlerden havza için uygulanabilir olanı araştırılmıştır. Uzun yıllar ortalaması aylık yağış ve akış değerleri farklı tipte regresyonlara tabi tutularak havzada yağış-akış ilişkisi araştırılmıştır. Bu ilişkiyi en iyi tanımlayan eşitliğin korelasyonu 0.88 bulunmuştur. Yıllık en büyük yağışlardan dağılım analizi ile farklı tekerrürlü yağış değerleri hesaplanarak bu yağışların oluşturabileceği farklı tekerrürlü akış ve artım akış değerleri belirlenmiştir. Elde edilen birim hidrograf yardımıyla taşkın hidrografları hesaplanmıştır. Taşkın hidrografları, yıllık en büyük akışların dağılımı analizi ile de hesaplanarak birim hidrografla bulunan taşkın değerleriyle karşılaştırılmıştır. Ölçülen akımlar ve bunlara karşılık gelen sediment değerlerinden yararlanılarak havzanın sediment anahtar eğrisi çıkarılmıştır. Günlük ortalama akım değerleri kullanılarak anahtar eğrisi eşitliğinden havzanın sediment verimi 23.745 ton/yıl/km 2 olarak hesaplanmıştır. Sediment verimi; Brüt Erozyon Yöntemi ile 201.975 ton/yıl/km 2, Üniversal Toprak Kayıpları Eşitliği (USLE, Universal Soil-Loss Equation) ile 198.500 ton/yıl/km 2, EİE eşitliği ile 142.935 ton/yıl/km 2 ve Türkiye Genel III
ÖZET Denklemi ile de 72.570 ton/yıl/km 2 bulunmuştur. Birbirinden çok farklı sonuçlar veren yöntemler karşılaştırılmıştır. Gözleme dayalı hesaplamaya en yakın değeri, Türkiye Genel Denklemi, en uzak değerleri ise USLE ve Brüt Erozyon eşitlikleri vermiştir. Yıllık en büyük akış değerleri ile yıllık toplam sediment miktarları arasında 0.96 korelasyona sahip bir ilişki bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Erozyon, sediment verimi, havza, hidrograf, yağış-akış, taşkın. IV
ABSTRACT T.C. KAHRAMANMARAS SUTCU IMAM UNIVERSITY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF AGRICULTURAL STRUCTURES AND IRRIGATION MSc THESIS ABSTRACT ESTIMATION OF SEDIMENTATION WITH EMPIRICAL METHODS IN HURMAN STREAM BASIN NECATİ AKSU Supervisor : Assist. Prof. Dr. Kenan UÇAN Year : 2007 Pages : 112 Committee : Assist. Prof. Dr. Kenan UÇAN Prof. Dr. Cafer GENÇOĞLAN Assoc. Prof. Dr. Halil KIRNAK The objective of this study was to compare suspended sediment yield, calculated by empirical methods using rainfall-flow-sediment relationships, with mesured data in Hurman stream basin and the most appropriate empirical method was determined for the basin. The rainfall-flow relationships were investigated by regressing the average of long years monthly rainfall-flow data. The best correlation of this relationship was found as 0.88. Likely repetitional flow and augmentation flow values were determined by calculating likely repetitional rainfall from the mean annual highest rainfall computed from the distribution analysis. Flood hydrographs were calculated by using unit hydrograph. Flood hydrographs also calculated by the analysis of the annual highest flow distribution were copared with the flood values obtained from unit hydrographs. Sediment rating curve of the basin was obtained by using tme measured flows and corresponding sediment values. Sediment yield of the basin was calculated as 23.745 ton/year/km 2 using dailiy mean flow values and rating curve equation. V
ABSTRACT Sediment yield was found as 201.975 ton/year/km 2 for Gross Erosion Method, 198.500 ton/year/km 2 for Universal Soil Loss Equation (USLE), 142.935 ton/year/km 2 for Electrical Works Etude Administration (EIE), and 72.570 ton/year/km 2 for General Equation of Turkey. The methods producing very different results were compared. General Equation of Turkey estimated the measured data as the best whereas the USLE and Gross Erosion Method estimated the measured data as the worst. The correlation between the annual highest flow and the annual total sediment was found as 0.96. Keywords: Erosion, sediment yield, basin, hydrograph, rainfall-flow, flood. VI
ÖNSÖZ ÖNSÖZ Yağış, akış ve sedimantasyon; suyun doğal çevrimi, fotosentez, gök gürültüsü vb. olaylar gibi doğal olaylardır. Doğal olmayan ise, insanoğlunun müdahalesiyle bu olayların azaltılması-artırılması, hızlandırılması-yavaşlatılması veya ortadan kaldırılmasıdır. İnsan, inceleme konumuz olan akış ve sedimantasyonu doğrudan, yağışı ise dolaylı olarak etkileyebilmektedir. İşte bu etkileme ile insan, toprağın oluşumunun aşınımından daha fazla olduğu doğal erozyon sürecini, toprağın aşınımının oluşumundan daha fazla olduğu hızlandırılmış erozyon sürecine dönüştürebilmektedir. Bu durum ise yer kürede insanın orta veya uzun vadede kendi sonunu hazırlaması anlamına gelmektedir. Bu çok önemli sorunun çözülebilmesi amacıyla, yağış-akış ve sediment ilişkilerinin belirlenmesi ve ona göre tedbir alınması, yaşamın devamı için kaçınılmazdır. Dolayısıyla bu çalışma, çıkış noktası Kahramanmaraş ın Afşin İlçesi ne bağlı Tanır Kasabası olarak alınan ve Ceyhan Nehri nin kollarından biri olan Hurman Çayı Havzası nda, yağış-akış-sediment ilişkileri ile sediment hesaplamaları için en uygun ampirik yöntemin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Tez çalışmamın oluşturulmasından sonuçlandırılmasına kadar bütün aşamalarında bilgisini ve desteğini esirgemeyen, çalışmamın her safhasında destek aldığım danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Kenan UÇAN a teşekkür ederim. Ayrıca çalışmada havza jeolojisi konusunda faydalandığım Jeoloji Müh. Adem KARA ya, kaynak konusunda yardımlarını esirgemeyen Doç.Dr. Recep GÜNDOĞAN, Dr. Mehmet BALÇIN ve Ziraat Müh. Salman TORUN a, gösterdiği yakın ilgi nedeniyle bölüm başkanı Prof.Dr. Cafer GENÇOĞLAN a ve manevi desteklerinden dolayı bölümümüzdeki diğer değerli hocalarıma teşekkür ederim. Yoğun çalışmalarım esnasında bana sabır gösteren sevgili aileme teşekkür ederim. Şubat 2007 KAHRAMANMARAŞ VII
ÇİZELGELER DİZİNİ ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 3.1. Aylık toplam ortalama yağış akış değerleri (1975 1995).. 11 Çizelge 3.2. Yıllık en büyük yağışların aylık ortalamaları 11 Çizelge 3.3. Afşin meteoroloji istasyonu iklim verileri (1975 2005).. 13 Çizelge 3.4. Büyük Toprak Gurupları alan ve yüzdeleri... 15 Çizelge 3.5. Toprak derinlik sınıfı 15 Çizelge 3.6. Toprak eğim sınıfı. 15 Çizelge 3.7. Büyük Toprak Gurupları alt birim özellikleri ve kapladıkları alan miktarları ile aşınım sınıfları... 17 Çizelge 3.8. Yağış yoğunluğu-erozyon ilişkisi. 19 Çizelge 3.9. Eğim-erozyon ilişkisi. 20 Çizelge 3.10. Toprak tipi, eğim ve toprak kaybı ilişkisi... 20 Çizelge 3.11. Havzada aşınım şiddeti alan ve oranları. 21 Çizelge 3.12. Yağışların her bir cm sinin kinetik enerjileri. 34 Çizelge 3.13. Üniversal toprak kaybı eşitliği için bitki örtüsü faktörü (C) değerleri.. 42 Çizelge 4.1. Eğim eğrisi çizelgesi.. 44 Çizelge 4.2. Eş yükseltiler ve aralıkta kalan alanlardan eğimin hesaplanması.. 45 Çizelge 4.3. Havza alan-yükseklik dağılımı. 46 Çizelge 4.4. Harmonik eğim hesaplama çizelgesi 50 Çizelge 4.5. Havza yan dere uzunluk ve ortalama meyilleri.. 51 Çizelge 4.6. Havza suyolu dereceleri ve sayıları.. 52 Çizelge 4.7. Erinç yağış indis değerleri 53 Çizelge 4.8. De Martonne kuraklık indis değerleri. 53 Çizelge 4.9. Yağış akış regresyon analizleri 54 Çizelge 4.10. Birim hidrografın koordinatları.. 58 Çizelge 4.11. Yıllık en büyük yağışlardan, farklı tekerrürlü yağışların tahmini... 60 Çizelge 4.12. Farklı tekerrürlü 24 ve 8 saatlik yağış değerleri 60 Çizelge 4.13. Zaman ve yağış oranları... 60 Çizelge 4.14. Farklı tekerrürlü yağış, akış ve artım akışlar. 61 Çizelge 4.15. Hidrolojik toprak gurubu eğri numarası 62 Çizelge 4.16. 100 yıl tekerrürlü taşkın hidrografı. 62 Çizelge 4.17. Farklı tekerrürlü taşkınların pik debileri ve su hacimleri 64 Çizelge 4.18. Yıllık en büyük akışlardan, farklı tekerrürlü taşkınların tahmini... 66 Çizelge 4.19. Akım-sediment regresyon analizleri... 67 Çizelge 4.20. 1969 su yılı ortalama günlük akım değerleri.. 68 Çizelge 4.21. 1969 su yılı günlük sediment değerleri 69 Çizelge 4.22. 1969 su yılına ait aylık ve yıllık toplam sediment değerleri... 70 Çizelge 4.23. 1957 1995 arası aylık, yıllık ve toplam sediment miktarları 70 Çizelge 4.24. Sediment miktarının ortalamanın üzerinde olduğu bazı yıllara ait, yıllık yağış-akış-sedimentin, kendi ortalama değerlerine oranları... 73 VIII
ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 4.25. Brüt erozyon hesaplama çizelgesi... 77 Çizelge 4.26. Büyük toprak gurupları örnek profillerine ait toprak özellikleri ve bulunan K değerleri... 78 Çizelge 4.27. Bitki örtüsü-erozyon ilişkisi. 80 Çizelge 4.28. Bitki örtüsüne bağlı olarak yağış erozyon ilişkisi... 80 Çizelge 4.29. USLE eşitliği için bitki örtüsü faktörü 81 Çizelge 4.30. Farklı yöntemlerle hesaplanan süspanse sediment verimleri... 83 IX
ŞEKİLLER DİZİNİ ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 3.1. EİE 2015 nolu akım ve sediment gözlem istasyonunun havzadaki konumu.. 11 Şekil 3.2. Mevsim itibariyle havza alanına düşen yağış oranları. 14 Şekil 3.3. Havza iklim diyagramı 14 Şekil 3.4. Havza klimogramı... 14 Şekil 3.5. Havza toprak haritası ve Büyük Toprak Gurupları 16 Şekil 3.6. Hurman Çayı Havzası arazi kullanım durumu 18 Şekil 3.7 Havzanın jeolojik durumu.. 19 Şekil 3.8. Havza amenajman haritası (1954-2005)... 20 Şekil 3.9. EİE tarafından Türkiye Akarsuları için geliştirilen yağış alanı-yıllık ortalama süspanse sediment miktarı ilişkisi 36 Şekil 3.10. Türkiye iso-erodent haritası... 37 Şekil 3.11. Eğim uzunluk üssü (m), 0.5 ten farklı olduğu zaman, eşdeğer eğim uzunluğu.. 40 Şekil 3.12. Eğim uzunluğu 350 m yi ve eğim dikliği %20 yi aştığı zaman LS faktörü.... 41 Şekil 4.1. Havza topoğrafik haritası (250 m de bir geçirilen eşyükseltiler). 44 Şekil 4.2. Havza eğim eğrisi...... 45 Şekil 4.3. Havza alan-yükselti eğrisi... 47 Şekil 4.4. Havza dikdörtgen eşdeğeri...... 49 Şekil 4.5. Ana su yolu profili.... 50 Şekil 4.6. Havza bifürkasyon grafiği...... 51 Şekil 4.7. Ölçülen yağışların eğilim analizi.... 54 Şekil 4.8. Aylık ortalama yağış-akış... 56 Şekil 4.9. Yağış-akış ilişkisi.. 56 Şekil 4.10. Birim hidrograf grafiği... 59 Şekil 4.11. 2, 5, 10, 25, 50 ve 100 yıl tekerrürlü taşkın debileri ve su hacmi ilişkisi 64 Şekil 4.12. Farklı tekerrürlü taşkın hidrografları... 65 Şekil 4.13. Akım-sediment ilişkisi. 67 Şekil 4.14. Gözlem verileri ile hesaplanan süspanse sediment miktarının yıllara göre değişimi 72 Şekil 4.15. Yıllık en büyük akış-yıllık toplam sediment ilişkisi.. 73 Şekil 4.16. Farklı yöntemlerle hesaplanan süspanse sediment verimleri.. 84 Şekil 4.17. Ölçülen yıllık sediment verimleri ile, farklı yöntemlerle hesaplanan yıllık sediment verimlerinin karşılaştırılması... 84 X
EK ÇİZELGELER DİZİNİ EK ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa EK ÇİZELGE 1. EİE 2015 nolu AGİ de ölçülen akım ve sediment değerleri... 96 EK ÇİZELGE 2. Aylık ortalama akımlar. 99 EK ÇİZELGE 3. Yıllık toplam yağış, yıllık en büyük yağış ve yıllık en büyük akış değerleri...... 101 EK ÇİZELGE 4. Havzada yer alan büyük toprak gurupları ve özellikleri... 102 EK ÇİZELGE 5. Havzada yer alan toprak alt sınıf özellikleri... 103 EK ÇİZELGE 6. Havzada yer alan arazilerin kullanım kabiliyet sınıf ve alt sınıflarının özellikleri.... 104 EK ÇİZELGE 7. Havzanın jeolojik yapısı.... 106 XI
EK ŞEKİLLER DİZİNİ EK ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa EK ŞEKİL 1. Aşınıma duyarlılık katsayısı (K) nomogramı... 109 EK ŞEKİL 2. Hurman Çayı Havzası uydu görüntüsü 110 EK ŞEKİL 3. Hurman Çayı Havzası su yolları haritası.. 111 EK ŞEKİL 4. Hurman Çayı Havzası topoğrafya haritası... 112 XII
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ BTG : Büyük Toprak Gurubu DSİ : Devlet Su İşleri DMİ : Devlet Meteoroloji İşleri EİE : Elektrik İşleri Etüt İdaresi kg : Kilogram l : Litre mm : Milimetre cm : Santimetre m : Metre km : Kilometre m 2 : Metrekare km 2 : Kilometrekare da : Dekar ha : Hektar cm 3 : Santimetreküp m 3 : Metreküp sn : Saniye h : Saat min : Dakika % : Yüzde log : Logaritma e : Doğal Logaritma Tabanı = 2.71828183 exp : Doğal Logaritma Parametresi e'nin Üstel Değeri Σ : Toplam ppm : Milyonda Bir 10 6 : Milyon R 2 : Korelasyon Değeri Top : Toplam Ort : Ortalama Mak : Maksimum Min : Minimum vd. : Ve Diğerleri Ark. : Arkadaşları USLE : Üniversal Toprak Kaybı Denklemi o C : Derece Santigrat S : Güney SE : Güneydoğu SW : Güneybatı NW : Kuzeybatı SSE : Güney-Güneydoğu ESE : Doğu-Güneydoğu WNW : Batı-Kuzeybatı NNW : Kuzey-Kuzeybatı SSW : Güney-Güneybatı XIII
GİRİŞ 1. GİRİŞ Günümüzde hızla artan dünya nüfusuna karşılık, doğal kaynaklar artmamakta aksine çeşitli nedenlerle azalmakta veya kalitesi bozulmaktadır. Örneğin drenaj sorunu ve çoraklaşma nedeniyle her yıl dünyada yaklaşık 200 000 ha tarım arazisi kaybedilmektedir. Su ve toprak, sonlu kaynaklar olduğundan bunlara olan talebin artması, yerel ve uluslararası boyutta sorunlara neden olabilmektedir (Öztürk, 2002). Su kaynaklarının yönetiminde en önemli problem, su verimine etkili olan faktörlerin başında gelen yağışların düzensizliğidir. Akarsu veriminin arttığı dönemlerde yapılacak uygun miktarda depolama ile suya olan ihtiyacın arttığı dönemlerde ihtiyacın karşılanması yoluna gidilir. Su depolama yapılarının depolama kapasitesini doğru olarak belirlemek, depolama yapısının hizmet süresi boyunca görevini tam olarak yerine getirmesini sağlayacaktır. Aksi durumda su isteğinin karşılanamadığı zamanlarda öngörülen işlev yerine getirilemeyeceği için projeden beklenen yarar sağlanamayacaktır. Su depolama yapılarının depolama hacminin azalmasına sebep olan etkenlerin başında havzadan su ile taşınan sediment miktarı gelir. Akarsulara değişik kaynaklardan sediment ulaşır. Doğal ve yapay sediment kaynakları olmak üzere iki grup altında toplanabilecek kaynaklar arasında; yüzey, parmak, oyuntu erozyonları, akarsu yatağı ve kıyı erozyonu, toprak kaymaları, tarımsal işlemler, çeşitli amaçlar için yapılan inşaatlar, akarsu yatağı ıslah çalışmaları, maden ve taş ocağı kalıntıları, akarsu yatağından kum-çakıl alınması vb. faaliyetler sayılabilir. Bu kaynaklar arasında özellikle erozyon ve sedimantasyon birçok ülkede olduğu gibi ülkemizde de önemli sorunlardan birisini oluşturmaktadır (Öztürk, 2002). Ülkemizde su kaynaklarının kirlenmesi sorunu son yıllarda önemli boyutlara ulaşmıştır. Sulamada zorunlu olarak kirli suların kullanılmasıyla topraklarda fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik yönden olumsuz etkilenmenin meydana gelmesinin yanında yetiştirilen bitkiler de bu kirlenmeden etkilenmektedir. Su ve sudaki sedimentle birlikte taşınan zehirli maddeler, mikroorganizmalar ve parazit yumurtaları; toprağı, bitkiyi, hayvanları ve insanları çeşitli şekillerde etkileyerek sağlık yönünden önemli sorunlara yol açabilmektedir. Çeşitli kaynaklardan gelen ve akarsularla taşınarak çökelen sedimentin ortaya çıkardığı olumsuz etkiler şunlardır. 1. Su depolama yapılarında kapasiteyi azaltmak 2. Verimli arazilerde birikerek arazinin değerini azaltma, 3. Toprağın infiltrasyon hızını azaltma, 4. Akarsuların akış düzenini bozma, 5. Akarsu yatağını yükselterek taşkın riskini ve zararını artırma, 6. Su alma yapılarının girişini tıkama, 7. Sulama ve drenaj kanallarının kapasitesini azaltma ve bakım giderlerini artırma, 8. Sudaki çözünmüş oksijen miktarını azaltma ve sudaki yaşamı kısıtlama, 9. Balık yumurtalarını örterek balıkların çoğalmasını engelleme, 10. İçme ve kullanma suyunun arıtma giderlerini artırma, 1
GİRİŞ 11. Tarım, sanayi ve diğer kesimlerden kaynaklanan çeşitli kirleticileri taşıyarak çevreyi kirletme, 12. Yerleşim alanları ve ulaşım ağlarının sık sık zarar görmesi, 13. Doğal ve yapay göllerin rekreasyon özelliğini azaltma ve çevre estetiğini bozması gibi olumsuz etkilerdir. Ayrıca su toplama havzasından gelen sediment miktarı, uygulanacak havza koruma önlemlerinin seçilmesi ve bu önlemlerin öncelikle uygulanacağı alanların saptanmasında önemli bir değişken olarak görülmektedir (Öztürk, 2002). Erozyonun şiddetinin bilinmesi açısından da önemli olan sediment miktarının belirlenmesi ile ilgili çalışmaların artarak sürdürülmesi, birçok açıdan ülkemizi ve ülkemiz insanlarını zarara uğratan erozyonu azaltacak önlemlerin alınması için gereklidir. Yüzölçümünün %45.9 unun 1000 2000 m. yükseklikte dağlık olması, %80.2 sinin eğiminin %15 ten fazla olması (Korucu ve ark. 1998), topoğrafyanın engebeli olması, bölgeler arası iklimin çok farklı olması ve kolay ayrışabilen ana kayaya sahip olması ile yurdumuz dünyanın erozyona karşı en hassas bölgeleri içerisinde bulunmaktadır. Yapılan etüt ve gözlemlere göre ülkemiz arazilerinin %20 sini oluşturan 15 592 750 ha ında orta, %36.4 ünü oluşturan 28 334 938 ha ında şiddetli, %22.3 ünü oluşturan 17 366 463 ha ında ise çok şiddetli erozyon vardır (Anonim, 2001). Yıllık ortalama sediment miktarı ölçüm sonuçlarına göre, akarsularımızdan yılda 190 x 10 6 ton süspanse sediment taşınımı olmaktadır. Bu değere %25 lik yatak yükü miktarı da eklendiğinde taşınan toplam sediment miktarı 238 x 10 6 ton olur. Sedimentin ortalama birim ağırlığı 1.5 ton/m 3 alındığında, taşınan toplam sedimentin hacimsel değeri 158 x 10 6 m 3 /yıl olmaktadır. Sediment iletim oranının %18 kabul edildiği Ülkemizde erozyonla taşınan toprak miktarı 880 x 10 6 m 3 /yıl'a ulaşmaktadır. Bu değer ise Göl ve Barajların göl aynası alanları düşüldüğünde 769 050 km 2 lik net alana sahip olan Ülkemiz alanından yılda 1.1 mm toprağın erozyonla kaybolduğunu göstermektedir (Alışık ve ark, 1998). Bu da 9 251 km 2 yüzölçümüne sahip Kıbrıs Adası büyüklüğünde 9.14 cm yükseklikte yıllık toprak kaybı demektir. Bu sonuç, 7 yılda aynı büyüklükte 64 cm kalınlıktaki orta-derin bir toprağın tamamen kaybolması anlamına gelmektedir. Çubuk 1 barajının 54 yılda %70; Seyhan barajının 37 yılda %40; Kartalkaya Barajı nın 25 yılda %30; Altınapa Göleti nin 18 yılda %30 ve Güvenç Göleti nin su toplama rezervuarının 8 yılda %30 oranında sedimentle dolduğu yapılan araştırmalar sonucunda ortaya çıkmıştır (Akıncı, 2002). Ülkemizin sediment verimini dünya ile karşılaştırdığımız zaman, birim alandan taşınan toprak miktarı, Afrika dan 22, Avrupa dan 17 ve Kuzey Amerika dan 6 kat daha fazladır (Anonim, 2007b). Ayrıca Türkiye arazisinden 1 yılda taşınan materyal, tüm Avrupa Kıtası ndan 1 yılda taşınandan daha çoktur (Holeman, 1968). Yurdumuzda 1 km 2 alandan taşınan süspanse sediment miktarı, yılda ortalama 600 ton civarında iken, bu miktar Dünya da ortalama 142 tondur (Anonim, 2007b). 2
GİRİŞ 130 milyon km 2 'yi kaplayan Avrasya, Afrika, Amerika ve Avustralya'da ortalama erozyonun km 2 'de 135 ton olduğu hesaplanmıştır. Bu miktar yeryüzünün her 22 000 yılda 1 m alçalmasına tekabül etmektedir. Bu gidişle kıtalar 20 milyon yıldan az bir süre sonra deniz seviyesine kadar aşınacak demektir. Bu süre jeolojik zaman yönünden oldukça kısa sayılmaktadır (Anonim, 2007c). Bütün bu veriler ışığında, havza bazında yapılacak sediment verimini tahmin projelerinde, çalışma alanının topoğrafyası, yağış ve sıcaklık gibi iklim verileri, jeolojisi, toprak özellikleri, arazi kullanım durumu, mevcut erozyon seviyesi ve insanların sosyoekonomik seviyelerinin ortaya konulması gereklidir. Sediment tahminine yönelik olarak yapılacak çalışmalar, akarsuların debilerine bağlı olarak farklılıklar arz etmektedir. Hidrolik kuvvetlere bağlı olarak, sediment parçacıklarından kaba bünyeli olanların yatak yüzeyi ile temas halinde, ince bünyelilerin ise türbülans hızının etkisiyle süspanse halde hareket ettikleri bilinmektedir. Taşınan sedimentin %50 ila %95 i süspanse sedimenttir. Bu yüzden süspanse sediment miktarı önemlidir. Yatak yükü miktarı asılı yükün %5 inden %25 ine kadar değişebilmektedir. Eğimin çok fazla olduğu dağlık arazilerde bu oran %50 ye kadar ulaşabilmektedir (Yanmaz, 1997). Dolayısıyla taşınan sedimentin miktarını belirlemek için, süspanse halde bulunan sediment konsantrasyonunun bilinmesine ihtiyaç vardır. Bunun için, çalışma yapılan akarsudan belirli bir sıklıkta ve değişen su seviyelerinden alınan örneklerin, laboratuar ortamında analizi ile süspanse madde miktarı tespit edilir. Farklı debi miktarlarına karşılık gelen sediment miktarı belirlenerek o akarsu için sediment anahtar eğrisi oluşturulur. Sonra bu eğrilerden her akıma karşılık gelen süspanse sediment miktarları tespit edilir (Demirkıran, 1997). Hidrolojik çevrimin her bir parçasında suyun, göz önüne alınan sisteme girişi, bu sistemde depolanması ve sistemden çıkışı ile ilgili çeşitli hidrolojik olaylar yer alır. Bütün hidrolojik olaylar çok sayıda değişkenden etkilenir. Bu değişkenlerin her birinin olayı ne şekilde etkilediklerini tam olarak belirlemek çoğu zaman mümkün olmadığı için göz önüne alınan olaydaki değişkenler arasındaki bağıntılar kesin bir şekilde elde edilemez (Öztürk, 2002). Kompleks havzaların hidrolojik sonuçları, homojen (olduğu kabul edilebilen alt) havza birimlerden meydana gelen havzaların sonuçlarından farklıdır. Buna yağış ve yağışın dışında havzanın değişik karakteristikleri de eklendiğinde daha da karmaşık bir hal almaktadır. Sonuçta bütün hakkında karar vermek için öncelikle havzanın en küçük birimlerinde yani birinci dereceden su yollarında çalışma yapmak ve buradan elde edilecek sonuçlarla havzalara yaklaşım getirmek daha doğru sonuçların elde edilmesine yardımcı olur. Bu ise ancak alt havzalarda ve özellikle birinci dereceden su yollarında yapılan çalışmaların sayısını artırmakla mümkün olacaktır (Öztürk,2002). Havzalar üzerinde yapılacak baraj ve göletlerin projelendirme aşamasında ekonomik ömürlerinin belirlenmesine yönelik olarak ölü hacim hesapları yapılmaktadır. Ölü hacimlerin belirlenmesinde havzadan rezervuara gelecek olan sediment miktarının en doğru bir şekilde 3
GİRİŞ tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu miktarın belirlenmesinde şu ana kadar genellikle ampirik yöntemler kullanılmıştır. Bu yöntemler içerisinde en fazla kullanılanı Brüt Erozyon Nispeti Yöntemidir. Buna karşın dünyada çok daha yaygın olarak kullanılan yöntemler vardır. Bu yöntemlerden biri olan Üniversal Toprak Kayıpları Eşitliği (USLE, Universal Soil-Loss Equation) toprak kayıplarını, havzadaki toprak tipi, bitki örtüsü, topoğrafya ve yağışın bir fonksiyonu olarak belirlemektedir. Bu yöntemlere karşın, bir havzada sediment veriminin belirlenmesinde en doğru sonuca ulaştıran yol ölçüm yöntemidir. Sediment veriminin doğrudan ölçülmesi, ampirik yöntemlerle bulunan sonuçlar ile de karşılaştırılması olanağını sağlayarak, ölçüm yapılamayan yerlerde uygulanabilecek ampirik yöntemin ve düzeltme katsayılarının belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bu çalışmada, EİE nin sediment gözlem sonuçlarından yararlanılarak hesaplanan sediment verimi ile EİE, Türkiye de Genel Erozyon, Brüt Erozyon ve USLE ampirik eşitlikleriyle hesaplanan sediment verimleri karşılaştırılarak hangi ampirik modelin daha iyi sonuç verdiği belirlenmeye çalışılmıştır. 4
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sediment taşınımını etkileyen jeolojik, topoğrafik ve klimatolojik faktörlerin çok fazla ve bunların birbirleriyle olan ilişkilerinin karmaşık oluşu nedeniyle her hangi bir akarsuyun taşıdığı sediment miktarının analitik olarak hesaplanabilmesi oldukça zordur. Bu amaçla geliştirilmiş birçok farklı tahmin yöntemleri bulunmakla birlikte, mümkün olduğu kadar uzun süreli ölçüm sonuçlarından yararlanılması daha güvenli bir yoldur (Miller, 1951). Musgrawe (1955), ABD de %10 eğimli ve 22 m uzunluktaki örnek deneme parsellerinde, bitki örtüsünün sediment verimi üzerindeki etkisini araştırmış ve en önemli faktörün bitki örtüsünün karakteri ile kapalılığı olduğunu tespit etmiştir. Diğer faktörlerin, yağış miktarı, eğim ve toprak yapısı olduğunu kaydetmiştir. Bouyoucos (1935), toprakların bünye sınıflarına bağlı olarak erozyona eğilimlerini kum, silt ve kil oranlarına göre değerlendirmiş ve kum ve silt miktarının toplamının kil miktarına oranı azaldıkça toprakların erozyona dayanıklılığının arttığını belirtmiştir. Yamanlar (1957), Hirfanlı Barajı nın siltasyondan korunması amacıyla yaptığı çalışmada, elde etiği toprak etüt sonuçlarından, sedimentin esas kaynağının yüzey erozyonu, ikinci kaynağın oyuntu erozyonu olduğunu belirlemiştir. Öztürk (2002), Kurukavak deresi su toplama havzasında 1994 1996 yıllarına ait verilerle yürüttüğü çalışmada yüzey akış ve sediment miktarını araştırmıştır. Bu amaçla havzaya ait; topoğrafya, bitki örtüsü, toprak, arazi kullanımı ve iklim verilerini toplamış, daha sonra bu verileri coğrafi bilgi sistemi ortamına aktararak AGNPS modeli için gerekli analizleri yapmıştır. Elde edilen harita, tablo ve bireysel verilerle AGNPS modeli yardımıyla yapılan yüzey akış tahminlerini ölçülen değerlerle karşılaştırmıştır. Çalışma alanında 1994 1996 yılları arasındaki 15 farklı yağış olayından seçtiği 8 olaya göre; model değerlerinin gözlem değerleri üzerine etkinliğini %25, belirtme katsayısını 0.43 olarak bulmuştur.(yeni regresyon denklemlerine göre kukla (dummy) değişken kullanımı ile Microstat istatistik programında yapılan hesaplamalar sonucu; doğrusal kalıpta determinasyon katsayısını 0.43 olarak bulmuştur. Regresyon analizinden elde edilen sonuçların ayrıca etkinlik katsayısının, Khikare testi ve Kolmogrov-Simirnov testleriyle de sınanmasına karar vermiş ve doğrudan model değerlerinin gözlem değerleri üzerine etkinliğini %25 bulmuştur) Kolmogrov-Smirnov testi ile P değerini 0.98, Khikare testi sonucunu χ 2 h = 0.83 olarak bulmuş, dolayısıyla gözlem ve model değerlerinin homojen olduğunu, bu açıdan model değerlerinin gözlem değerlerini temsil edebileceğini ortaya koymuştur. Kişi (2005), Amerikan Jeolojik Araştırma kuruluşuna ait iki istasyonun (Quebrada Blanca ve Rio Valenciano ) günlük akış ve süspanse sediment verilerini kullanarak, NF (neuro-fuzzy/yapay bulanık) ve NN (neural network/yapay sinir ağı) yaklaşım modellerinin, akım ve süspanse sediment ilişkisini modellemedeki başarısı araştırmıştır. Ölçülmüş olan akım ve süspanse sediment verilerini kullanarak mevcut sediment miktarını NF ve NN modelleriyle hesaplamıştır. Ayrıca aynı verilere sediment anahtar eğrisi ve doğrusal regresyon uygulamıştır. Modellerin performansının değerlendirilmesinde 5
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR istatistiksel yöntemler kullanarak sonuçları karşılaştırmış ve NF modelinin diğer tekniklerden daha iyi tahminler verdiğini tespit etmiştir. Tülücü ve ark. (2003), yaptıkları çalışmada, CBS kullanılarak Üniversal Toprak Kaybı Denklemi ni (USLE) temel alan erozyonla toprak kaybı ve sediment verimi tahmin modeli (EST) geliştirerek bu modelde, erosiv yağışlar, arazi kullanımı, bitki örtüsü, arazi eğimi ve sediment iletim oranı parametrelerini kullanmış ve modeli Seyhan Havzasında bulunan Körkün alt havzasına uygulamışlardır. Uygulamada ILWIS (CBS) paket programını kullanmışlardır. Uygulama sonucunda toprak kaybı ve sediment verimi tahmini yapılmış, tahmin edilen sediment verimini gözlenen değerlerle kıyaslayarak değerlendirmişlerdir. Bu değerlendirme sonucunda modelin tahmin kabiliyetinin düşük olmasına rağmen tahmin edilen ve gözlenen değerlerin ortalamaları arasında istatistiksel olarak önemli bir fark olmadığını, bazı yıllarda hatalı gözlemlerin yapılmış olabileceğini, bu yıllar dikkate alınmadığında modelin tahmin kabiliyetinin istenen düzeye geldiğini tespit etmişlerdir. Modelde, sediment iletim oranının tahmin sonucunda en etkili parametre olduğunu, bu oranın geniş havzalarda belirlenmesi için ayrı bir çalışmanın yapılması gerektiğini belirlemişlerdir. Yüksel (2002), K.Maraş Ayvalı Barajı yağış havzasında arazi kullanma şekilleri, farklı anakayadan oluşan toprakların fiziksel özellikleri ve havzanın hidrolojik ve fizyografik karakteristikleri belirlenip, bu bulguların CBS ve WEPP ortamında değerlendirilmesiyle havzadaki sediment verimi ve yüzeysel akış durumunun ortaya çıkartılması ve buna dayanarak model bir havza planlamasının yapılmasını sağlamak amacıyla yaptığı çalışmada, toprak profilleri araştırma alanını temsil edecek şekilde üç farklı arazi kullanım şeklinden (orman, mera, tarım) ve dört farklı anakayadan (Kumtaşı, Kiltaşı, Kireçtaşı ve Serpantin) orman alanlarından 52, mera alanlarından 12 ve tarım alanlarından 36 adet olmak üzere toplam 100 adet toprak profili açılmış ve her bir profilin farklı derinlik kademelerinden (0 20 cm, 20 50 cm ve >50 cm) toprak örnekleri alarak bu toprakların bazı hidrofiziksel özelliklerini araştırmıştır. Araştırma Alanındaki erozyon ve sediment durumunun tespit edilmesi için WEPP (Water Erosion Prediction Project) ve CBS (Geographic Information System) teknolojisi kullanılmış; bunun için Havzanın CBS ortamında Arcview programında DEM (Digital Elevation Model) ini oluşturmuştur. TOPAZ programı yardımıyla alt havzalar ve drenaj ağı, DEM üzerinde oluşturulmuştur. Oluşturulan alt havzalardan kaybolan toprak miktarını WEPP programı yardımıyla tahmin etmiştir. Değişik arazi kullanım şekilleri dikkate alınarak elde edilen tahmini toprak kaybı miktarı, orman alanında 1.32 ton/ha/yıl, mera alanlarında 4.69 ton/ha/yıl ve tarım alanlarında 23.95 ton/ha/yıl olarak hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular yardımıyla yağış havzasının arazi uygunluk sınıfları belirlenmiş ve güncel kullanım ile karşılaştırılması yapılarak yanlış olarak kullanılmakta olan alanlar ortaya konulmuştur. Arazi uygunluk sınıflamasına göre havzada 7 272.70 ha orman alanı olması gerekirken, bu alanın 945.2 hektarının bahçe tarımında kullanıldığı tespit edilmiştir. Ülkemiz topraklarının %85'i tarımsal amaçlı işletilmekte ve bu alanların %73'ünün yoğun erozyon tehdidi altında olduğu belirtilmektedir. Tarıma uygun olmadığı halde VI. ve VII. sınıf 6 milyon hektar alan işlemeli tarım arazisi olarak kullanılmaktadır. Gerçekte bu alanların orman, çayır-mera gibi sürekli örtülü alana dönüştürülmesi gerekmektedir. Benzer durumda çayır, otlak, orman, çalılık gibi bitki örtüsüyle kaplı, işlemeli tarıma uygun I., II., III. ve IV. sınıf araziler de görülmektedir. Arazileri yeteneğine uygun 6
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR kullanma, erozyondan korunma önlemleri arasında ilk ve belki de en önemli tedbirdir (Akıncı, 2002). Çanga (1998), yaptığı çalışmada, ardıl yağışlar (ikinci yağışlar) ın yüzey akış ve erozyon, özellikle yüzey ve sıçrama erozyonu üzerine etkilerini değerlendirmiştir. Laboratuvar koşullarında, Kule ve Musaağılı toprak serilerinde kırk adet yapay yağmurlama gerçekleştirilerek, ardıl yağışlar 60 mm h -1 intensiteli olarak %30 eğimle yerleştirilen toprak tavalarına uygulanmış ve iki yağmurlama arasında toprak yüzeyi kurumaya bırakılmıştır. İstatistiksel analizlerle ardıl yağışların, toprak tipi ve ikisi arasındaki etkileşimin, yüzey akış, sızma, yüzey akış sedimenti ve sıçrama miktarlarını önemli ölçüde etkilediğini belirlemiştir. İkinci yağışlara ait yüzey akış sedimentlerinin, 1. yağışlara oranla daha fazla olduğunu tespit etmiştir. Sediment artışını, azalan su geçirgenliği ve artan yüzey akışlarla ilişkilendirmiştir. Buna karsın, 2. yağışlarla sıçrayan tanecik miktarlarının, 1. yağışlara oranla daha az olduğunu belirleyerek bunu, 2. yağışlardaki yüzey akış kalınlığındaki artış ve 1. yağışlar sonrasındaki kabuk oluşumu ile açıklamıştır Kocaman (1994), Gümüşhane Harşit Çayı Havzası nda, yapılması gereken toprak koruma ve havza ıslahı çalışmalarının nitelik ve niceliğinin tespiti amacıyla, havza hidrolojik karakteristiklerinin, erozyon durumunun, toprak muhafaza çalışmalarının, taşınan rüsubat miktarının ve sedimantasyonun çay üzerinde yapılmakta olan su depolama yapılarına etkilerinin ne olduğunu araştırmıştır. Havzanın, topoğrafya, jeoloji ve bitki örtüsü bakımından erozyon ve sedimantasyona son derece müsait olduğunu belirlemiştir. Tedbir olarak iki önlem önermiştir. Bu önlemlerden birincisi, yukarı havzada erozyonu kontrol altına almak, ikincisi ise oluşan sedimenti depolayıcı tesisler inşa etmek şeklindedir. Yukarı havzada erozyon kontrolünü yamaç arazi ıslahı, oyuntuların önlenmesi ve yatak ıslahı şeklinde ele almıştır. Yamaç arazi ıslahını tarım, orman ve mera arazileri için ayrı ayrı değerlendirmiştir. Tarım arazilerinde kullanma kabiliyetine ve sürüm tekniklerine dikkat çekmiştir. Orman alanlarında ağaçlandırma ve geven bitkisi önermiştir. Mera alanlarında fiziki önlemlerle birlikte otlatma konusuna dikkat edilmesi gerektiğini belirtmiştir. Oyuntuların önlenmesi ve yatak ıslahı için, akarsu yatağının taban eğiminin düşürülmesi ve yapılacak tahkimatlarla zeminin ve kıyıların dayanıklılığının artırılması gerektiğini öne sürmüştür. Elektrik İşleri Etüt İdaresi nin akım ve sediment ölçüm verileri kullanılarak oluşturulan akım-sediment anahtar eğrileri eşitliklerinde günlük ortalama akım değerleri girilerek, Kelkit Çayı Havzası nın bir bölümü için sediment verimi değeri 1 231.78 ton/yıl/km 2, Sakarya Nehri havzasının bir bölümü için 221.64 ton/yıl/km 2 ve Ergene Nehri için de 15.16 ton/yıl/km 2 olarak belirlenmiştir (Demirkıran, 1997). Beytepe Havzası nda gölette biriken sediment miktarı ölçümle 2 388 m 3 /yıl, Gw Musgrave Formülü yle ( E = f x c x p x k formüle ait parametreler olarak, havzanın toprak erodobilite faktörü, bitki örtüsü faktörü, 2 yıl tekerrürlü 0.5 saat süreli yağışın bir fonksiyonu olan yağış faktörü ve meyil faktörlerinin çarpımıyla) 3 893 m3/yıl olarak hesaplanmıştır (Aybaş, 1976). 7
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Dutluca I Gölet Havzası nda gölette biriken sediment miktarı ölçümle 276 m 3 /yıl, brüt erozyon nispeti ile 3 398 m 3 /yıl, Gw Musgrave Formülü ile 1229 m 3 /yıl olarak bulunmuştur (Sevinç,1985). Yağlı Gölet Havzası nda yapılan çalışmada gölette biriken sediment miktarı ölçümle 333 m 3 /yıl olarak bulunurken, Musgrave Formülü ile 410 m 3 /yıl, brüt erozyon nispeti ile 2 548 m 3 /yıl, USLE Eşitliği ile 870 m 3 /yıl, MUSLE Eşitliği ile 1 132 m 3 /yıl olarak bulunmuştur (Sevinç, 1990). Güvenç Gölet Havzası nda gölette biriken sediment miktarı ölçümle 337 408 m 3 /8 yıl, Musgrave Formülü ile 245 025 m 3 /8 yıl, brüt erozyon nispeti ile 46 592 m 3 /8 yıl, USLE Eşitliği ile 237 494 m 3 /8 yıl, EİE eşitliği ile 1 200 288 m 3 /8 yıl olarak bulunmuştur (Demirkıran, 1998). Ekinli II Gölet Havzası nda gölette biriken sediment miktarı ölçümle 3 695 m 3 /yıl, Musgrave Formülü ile 81 804 m 3 /yıl, Brüt Erozyon nispeti ile 579 m 3 /yıl, USLE Eşitliği ile 9 775 m 3 /yıl, EİE I Eşitliği ile 54 661 m 3 /yıl, EİE II Eşitliği ile 54 385 m 3 /yıl olarak bulunmuştur. Ampirik denklemlerden ölçmeyle bulunan değere en yakın sonucu göletin planlanmasında kullanılan Brüt Erozyon yöntemi vermiştir. Bunu USLE takip etmiştir. Ele alınan diğer metotlar ise sediment birikimini oldukça uzak tahminlerle hesaplamışlardır. Brüt Erozyon yöntemi ölçümle bulunan değerden daha az sediment hacmi tahmin ederken, ele alınan diğer yöntemler fazla tahminde bulunmuşlardır. Ölçümle bulunan sediment miktarına en yakın değeri veren Brüt Erozyon nispeti metodu da dâhil olmak üzere tüm yöntemler büyük sapma göstermişlerdir. Brüt Erozyon nispeti yöntemiyle 1977 yılındaki çalışma sonuçlarına göre 25 yılda birikmesi öngörülen 14 485.5 m 3 sedimentin, 1987 yılı ölçüm sonuçlarına göre 10 yıl içinde biriktiği tespit edilmiştir. 1977 2001 yılları arasındaki sediment taşınımı doğrusal kabul edildiğinde ise Brüt Erozyon yöntemine göre 25 yıl için öngörülen sediment sadece 3.92 yılda gölette birikmiş olmaktadır. Ekinli II Göleti 24. yılında kapasite olarak %27.68 ini kaybetmiştir. Gölet ekonomik ömrünün başlangıcı olarak, hizmete başladığı 1980 yılı dikkate alındığında, 25 yılda gelmesi beklenen sedimentin 7 yılda gölette biriktiği görülmektedir (Oğuz ve Balçın, 2001). Aybaş (1976), 3 458 km 2 alana sahip Beytepe Havzası nda 1967 1975 yılları arasında yapmış olduğu çalışmada, gölette biriken sediment miktarını ıskara metoduyla 2 388 m 3 /yıl bulmuştur. Gölet planlamasında havzanın sediment verimi Gw Musgrave Formülü ile 3 893 m 3 /yıl olarak hesaplanmıştır. Sevinç (1985), 9.44 km 2 alana sahip Dutluca I Gölet Havzasında 1976 1985 yılları arasında yapmış olduğu çalışmada, ıskara metoduyla gölette biriken sediment miktarını 276 m 3 /yıl bulmuştur. Gölet planlamasında Gw Musgrave formülüne göre havzanın sediment verimi 1228.8 m 3 /yıl olarak hesaplanmıştır. Brüt erozyon yöntemine göre ise, 3398.4 m 3 /yıl olarak bulunmuştur. Sevinç (1990), 14.9 km 2 alana sahip Yağlı Gölet Havzası nda 1979 1988 yılları arasında yapmış olduğu çalışmada, ıskara metoduyla gölette biriken sediment miktarını 332.79 m 3 /yıl bulmuştur. Gölet planlamasında Gw Musgrave Formülüne göre havzanın sediment verimi 4 110.26 m 3 /yıl olarak hesaplanmıştır. Yağlı Gölet Havzası nın sediment 8
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR verimi Brüt Erozyon nispetine göre 2 547.90 m 3 /yıl, USLE Eşitliğine göre 869.95 m 3 /yıl, MUSLE Eşitliğine göre 1 131.87 m 3 /yıl olarak bulunmuştur. Doğan ve Sevinç (1997), Batı Akdeniz Bölgesi Çayboğazı Havzası ve alt havzalarında 3 yıllık sediment ölçümleri sonucu erozyon miktarlarını tespit etmişlerdir. 1994 Su Yılında Çayboğazı Havzası nın alt havzası olan Nif Havzası ndan gelen süspanse sediment miktarını 17.46 ton/yıl/km 2 olarak bulmuşlardır. Aynı şekilde 1995 Su Yılı nda yine Çayboğazı Havzası nın alt havzası olan Cenger Havzası ndan gelen süspanse sediment miktarını 130.80 ton/yıl/km 2, aynı dönemde Çayboğazı Havzası ndan gelen süspanse sediment miktarını da 111.15 ton/yıl/km 2 olarak belirlemişlerdir. Demirkıran (1998), 17.6 km 2 alana sahip Güvenç Gölet Havzası nda 1982 1997 yılları arasında yapmış olduğu çalışmada, ekosandır metoduyla (ekosandır aleti ile derinlik ölçümleri yaparak) gölette biriken sediment miktarını 337 408 m 3 /8 yıl bulmuştur. Gölet planlamasında Gw Musgrave Formülüne göre havzanın sediment verimi 245 024.90 m 3 /8 yıl, Brüt Erozyon nispetine göre 46 592 m 3 /8 yıl, USLE Eşitliğine göre 237 494.40 m 3 /8 yıl, EİE Eşitliğine göre ise 1 200 288 m 3 / 8 yıl olarak bulunmuştur. 9
MATERYAL VE METOT 3. MATERYAL ve METOT 3.1. Materyal Bu bölümde Hurman Çayı Havzası nın konumu, toprak özellikleri, havza jeolojisi, erozyon durumu, iklim ve meteorolojik veriler, bitki örtüsü ve arazi kullanım durumu, yağış, akış ve sediment gözlem istasyonları ile bu istasyonlara ait veriler açıklanmıştır. 3.1.1. Havzanın Yeri ve Konumu Hurman Çayı Havzası, Ceyhan Ana Havzası nın bir alt havzasıdır. Havza, Orta Anadolu Bölgesi nin Yukarı Kızılırmak, Doğu Anadolu Bölgesi nin Yukarı Fırat, Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin Orta Fırat bölümleriyle, Akdeniz Bölgesi nin Adana bölümünün birbirlerine yaklaştığı yerde, bulunmaktadır. Havzanın kuzey, kuzey-doğu bölümü Sivas ın Gürün İlçesi, kuzey-batı bölümü Kayseri nin Sarız İlçesi ve mansap kısmını oluşturtan Güney bölümü de Kahramanmaraş ın Afşin İlçesi nin sınırları içerisinde yer almaktadır. Afşin İlçesi Kahramanmaraş İli nin kuzeyinde, Elbistan Ovası nın batısındaki Doğu Toroslar'ın kuzeye uzandığı Binboğa Dağları'nın doğu eteklerinde bulunmaktadır. Kahramanmaraş a 146 km. mesafededir. Havza çıkış noktasında bulunan Tanır Kasabası, Afşin İlçesine 28 km mesafededir. Kasaba, Elbistan İlçesi nin de 35 km kuzey batısında yer almaktadır. Havza çıkış noktasının koordinatları (36 o 55 14 D 38 o 25 21 K) dır. Havzanın topoğrafya haritası Ek Şekil 4 te, havzaya ait uydu fotoğrafı Ek Şekil 2 de verilmiştir. 3.1.2 Akarsu Yatağı Bilgileri Hurman Çayı, Ceyhan Irmağı nı besleyen ve Elbistan Ovası na su sağlayan önemli bir kaynaktır. En önemli kolları uzunluk sırasına göre, Bozhüyük, Ördekli, Kurudere, Kesirlik ve Değirmendere dereleridir. Hurman Çayı ve çayı besleyen yan derelerin, havza içerisindeki konumunu gösteren harita Ek Şekil 3 te verilmiştir. Hurman Çayı ve yan derelere ait akarsu yatağı uzunluk ve ortalama eğim değerleri Çizelge 4.5 te verilmiştir. 3.1.3 Yağış, Akım ve Sediment Gözlem İstasyonları Havzada yağış-akış-sediment ilişkilerinin araştırılmasında kullanılan yağış verileri Devlet Meteoroloji İşleri (DMİ) Genel Müdürlüğü nden temin edilmiştir. Çalışmada, Genel Müdürlüğe bağlı 17868 numaralı Afşin İstasyonu na ait iklim verileri kullanılmıştır. İstasyonun rakımı 1180 dir. Bulunduğu yerin enlemi 38.15 ve boylamı 36.55 tir. İstasyona ait iklim verileri Çizelge 3.3 te verilmiştir. Sediment ve akım değerleri Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİE) Genel Müdürlüğü nden temin edilmiştir. Çalışmada, Genel Müdürlüğe bağlı 2015 numaralı Tanır Akım Gözlem İstasyonu verileri kullanılmıştır. Gözlem istasyonunun havzadaki konumu Şekil 3.1 de gösterilmiştir. İstasyon, Kahramanmaraş ın Afşin İlçesi ne bağlı Tanır Kasabası nda, denizden 1180 m yükseklikte yer almaktadır. İstasyonda 18.05.1977 den 05.05.1997 ye 10
MATERYAL VE METOT kadar her ay bir kez olmak üzere toplam 231 adet akım ve bu akımlara karşılık gelen süspanse sediment ölçümü yapılmıştır. Bu değerler Ek Çizelge 1 de verilmiştir. Çalışmada 28.03.1956 dan 30.09.1995 e kadar ölçülen, toplam 39 yıllık akım verileri kullanılmıştır. Bu süre zarfında EİE tarafından toplam 14 244 adet günlük akım değeri ölçülmüştür. Bu değerlerin aylık ve yıllık icmali Ek Çizelge 2 de verilmiştir. Yıllık en büyük akışlar Ek Çizelge 3 te verilmiştir. İstasyonda seviye ölçeği olarak eşel kullanılmıştır. İstasyon alanı 915.2 km 2 dir. Bu alan, aynı zamanda bu tez konusuna ait havza alanıdır. İstasyon 1997 yılında kapatılarak, 200 m akış yukarısında 2025 numaralı Gözlerüstü İstasyonu açılmıştır. Bu istasyonun havza alanı 914.7 km 2 dir ve kapatılan istasyondan 0.5 km 2 daha küçüktür. Bu istasyonda EİE tarafından akım ve sediment ölçümlerine devam edilmektedir. Şekil 3.1. EİE 2015 nolu akım ve sediment gözlem istasyonunun havzadaki konumu Çizelge 3.1. Aylık toplam ortalama yağış akış değerleri (1975 1995) Aylar I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Yağış (mm) 56.8 46.5 52.1 51.5 54.7 18.5 5.1 0.7 5.9 38.3 49.1 57.5 Akış (m 3 /sn) 5.60 5.34 5.14 4.89 5.18 9.10 17.6 15.1 11.4 8.33 6.86 6.11 Çizelge 3.2. Yıllık en büyük yağışların aylık ortalamaları (mm) (Rasat Süresi: 52 yıl) Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Ekim Kasım Aralık 33.5 26.6 31.7 29.4 41.0 35.6 39.1 0.0 0.0 27.7 39.4 35.8 11
MATERYAL VE METOT 3.1.4. İklim Meteorolojik elemanlara ait iklim değerleri, Çizelge 3.3 te verilmiştir. Yıllık toplam yağışlar, yıl içerisinde gerçekleşen en büyük yağışlar Ek Çizelge 3 te verilmiştir. Yıllık en büyük yağışların aylık ortalamaları Çizelge 3.2 te verilmiştir. Türkiye, Dünya iklim sınıflandırmasına göre, kıtaların batı tarafında görülen subtropikal iklim kuşağının, Akdeniz iklim sektörü içerisinde gösterilmektedir. Hava kütleleri açısından yapılan sınıflandırmaya göre ise orta enlem gurubunda bulunmaktadır. Yazın tropikal, kışın ise hem tropikal hem de polar hava kütlelerinin etkisi altında kalmaktadır. Dolayısıyla hava kütleleri açısından geçiş kuşağı üzerinde yer almaktadır. Büyük bir kısmı Akdeniz Bölgesi içerisinde yer alan havza, coğrafi alan olarak Doğu Anadolu Bölgesinin Yukarı Fırat bölümünün en batı kısmında yer almakta, Akdeniz Bölgesi, Orta Anadolu ve Doğu Anadolu Bölgelerinin bir birine en çok yaklaştığı, dolayısıyla değişik iklim özelliklere sahip bölgelerin kesiştiği bir alanda bulunmaktadır. Toros Sıradağları nın kuzey doğuya doğru uzanan kollarından Binboğa Dağları nın doruk çizgisi havzanın güney batı sınırını oluşturmaktadır. Havzanın maksimum yüksekliği 2 883 m ile bu sınırda bulunmaktadır. Dolayısıyla deniz etkisinden çok uzakta ve karasal iklim şartlarının hüküm sürdüğü bir bölgededir. Yazları sıcak ve kurak, kışları nispeten soğuk ve kar yağışlıdır. Havzanın iklim karakterini daha çok coğrafi faktörler belirlemektedir. Bölgede en düşük sıcaklık -27.3 o C iken, Elbistan da - 31.5 o C Göksun da - 32.2 o C Sivas ta, -34.6 o C dir. Yine en yüksek sıcaklık Afşin de 38.4 o C iken Elbistan'da 40 o C Kahramanmaraş'ta 42.6 o C ve Sivas'ta 38.3 o C dir. Bölge, Akdeniz Bölgesi nden daha soğuk, Doğu Anadolu Bölgesi nden daha sıcak, şiddetli olmayan karasal iklime sahiptir. Orta ve Doğu Anadolu Bölgeleri karasal iklimi ile Akdeniz Bölgesi ılıman ikliminin geçiş bölgesi üzerinde yer almaktadır. Yağışlar ekim ayı sonundan Mart ayı ortalarına kadar kar şeklinde, Mart ayı ortalarından Ekim ayı sonuna kadar yağmur şeklinde düşmekle beraber, yağış biçimi yükseltiye göre farklılık göstermektedir. Meteoroloji Genel Müdürlüğü verilerine göre bölgede ortalama yıllık yağış miktarı 442.0 mm'dir. Mevsim itibariyle düşen yağış oranları Şekil 3.2 de, sıcaklık ve yağış verilerinin birlikte değerlendirildiği iklim diyagramı ve klimogramı Şekil 3.3 ve 3.4 te verilmiştir. Rasat süresi boyunca, havzada en fazla yağış 598.8 mm ile 1969 yılında, en az yağış ise 256.8 ile 1984 yılında görülmüştür. 12
MATERYAL VE METOT 13 Çizelge 3.3. Afşin meteoroloji istasyonu iklim verileri (1975 2005) Meteorolojik Elemanlar X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX Yıllık Ortalama Toplam Yağış, mm 35.4 48.5 63.9 57.2 46.6 53.9 56.2 51.5 14.8 4.7 1.1 8.2 442.0 Günlük En Çok Yağış, mm 32.3 56.1 53.2 45.4 33.4 44.0 42.3 45.0 14.1 36.8 4.2 18.2 56.1 Yağ. >= 10 mm. Olduğu Gün 1.3 1.5 2.0 1.7 1.4 1.5 1.9 1.6 0.4 0.1 0.2 13.6 Yağ. >= 0.1 mm. Olduğu Gün 7.1 7.7 10.4 10.0 10.4 10.6 10.8 9.9 4.9 1.6 1.0 2.7 87.1 Ort. Kar Yağışlı Gün Sayısı 0.1 1.6 5.7 8.0 7.4 4.6 0.7 0.2 27.8 Ort. Kar Örtülü Gün Sayısı 0.2 3.1 12.2 18.4 12.6 6.5 0.4 0.1 53.5 Ortalama Sıcaklık, C 11.7 4.5-0.4-3.2-1.4 3.6 10.1 14.7 19.2 23.2 22.8 18.1 10.2 En Yüksek Sıcaklık, o C 31.2 21.4 16.2 12.2 16.9 23.2 27.3 32.0 34.8 38.4 38.2 35.2 38.4 En Düşük Sıcaklık, C -6.0-20.8-24.2-26.6-27.3-20.7-11.0-1.7 2.0 5.2 4.8-0.4-27.3 Ortalama Nispi Nem, % 60 70 78 78 74 67 59 56 48 42 43 48 60 En Düşük Nispi Nem, % 2 8 19 14 10 6 3 3 2 1 1 3 1 Ortalama Buhar Basıncı, hpa 7.9 6.0 4.9 4.1 4.3 5.3 7.0 9.1 10.4 11.6 11.3 9.4 7.6 Ortalama Bulutluluk, 0 10 3.7 4.7 6.2 6.2 5.6 5.2 5.2 4.5 2.7 1.3 1.2 1.8 4.0 Ortalama Rüzgâr Hızı, m/sn 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.0 2.0 1.8 1.8 2.1 2.1 1.8 1.9 Ortalama Buharlaşma, mm 77.0 11.3 55.3 144.5 192.2 239.2 227.2 155.4 77.0 En Hızlı Rüzgâr Hızı, m/sn 20.0 21.2 20.2 23.0 22.6 21.1 23.5 21.6 21.4 28.8 24.4 25.0 28.8 En Hızlı Rüzgâr Yönü ESE NW S SSE NW SE NNW SW SW WNW SE SSW WNW MATERYAL VE METOT 9