Yağış Kaynaklı Erozyon Ve Katı Madde Hareketinin Laboratuvar Modeli

Abstract

Havza yamaçlarında meydana gelen erozyonu tahmin edebilmek için birçok model geliştirilmiştir. Mevcut çalışmalar havza yamaçlarındaki erozyonu sadece boyuna doğrultudaki eğimin etkisi altında incelemiştir. Öte yandan doğada yamaçlar enine doğrultuda da eğime sahiptirler. Yamaçlarda meydana gelen akışı ve katı madde hareketini hassas bir şekilde modelleyebilmek için 2-boyutlu modeller geliştirilmiş; fakat bu modeller laboratuvar ve arazi verileriyle kalibre edilememiştir. Geliştirilen bu modellerin performansının belirlenmesi ve kalibrasyonunun yapılabilmesi için laboratuvar çalışmaları gerekmektedir. Bu amaçla, İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı’nda, 650 cm uzunluğunda ve 136 cm genişliğindeki bir erozyon kanalında, medyan çapı (D50)=0,45 mm olarak belirlenen çıplak üniform kum üzerinde, iki farklı yağış şiddetinde (85 ve 105 mm/sa), belirli enine-boyuna eğimler kullanılarak 20 farklı erozyon deneyi yapılmıştır. Ayrıca, çalışmada kullanılmak üzere doğadaki yağışın fiziksel özelliklerine benzer yağış elde etmek ve farklı çevre koşullarının (eğim, yağış şiddeti) erozyon üzerindeki etkisini belirleyebilmek için bir yağış simülatörü geliştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, enine ve boyuna eğimin artmasıyla erozyonun arttığı, yağış şiddetinin artmasıyla da erozyonun arttığı ancak hacimsel katı madde konsantrasyonunun etkilenmediği gözlenmiştir. Katı madde yükü ile akış debisi ve eğim arasında; ayrıca eğim ile erozyon arasında farklı ilişkiler elde edilmiştir. Çalışmanın sonucunda elde edilen bilgiler, kumlu zeminlerin yağış sonucu meydana gelen erozyon karşısındaki davranışı hakkında bilgi verirken, 2-boyutlu erozyon modellerini doğrulamak ve kalibre etmek amacıyla da kullanılabilir.

Several erosion models have been developed to estimate erosion that occurs on hillslopes. Existing studies are examined hillslope erosion with a certain longitudinal slope. On the other hand, most hillslopes also have a transversal slope in nature. For modeling runoff and sediment movement on hillslopes precisely, 2D models have been developed, but these models have not been able to calibrated with laboratory and field data so far. Laboratory studies are required to do calibration and to determine performance of these models. For this purpose, 20 different erosion experiments were conducted at Hydraulics Laboratory of the Technical University of Istanbul with an erosion flume, 650 cm long, 136 cm width, on bare uniform sand with a median grain size of (D50)=0.45, using two different rainfall intensities (85 mm/hr and 105 mm/hr) and with certain transversal-longitudinal slopes. Furthermore, a rainfall simulator was developed to simulate physical characteristics of the natural rainfall as closely as possible and to study the effect of environmental conditions (slope, rainfall intensity) on erosion. Based on the results of experimental studies, it was observed that soil loss was increasing with increasing longitudinal and transversal slope as well as with increasing rainfall intensity, however, volumetric sediment concentration did not change with increasing rainfall intensity. Different relationships were obtained between sediment load, flow rate and slope steepness, and between slope and erosion. The data obtained from these experiments account for the behaviour of sand under rainfall and can also be used to check and calibrate different 2D erosion models.