• Sonuç bulunamadı

Toprak hidrolik özellikleri ve toprak suyu yüzey gerilimi ilişkileri

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Toprak hidrolik özellikleri ve toprak suyu yüzey gerilimi ilişkileri"

Copied!
102
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

Toprak Hidrolik Özelikleri ve Toprak Suyu Yüzey Gerilimi İlişkileri

Ayşe ERTAŞ Y. Lisans Tezi

Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN

2010 Her hakkı saklıdır

(2)

TOPRAK BİLİMİ ve BİTKİ BESLEME ANABİLİM DALI

Y. LİSANS TEZİ

TOPRAK HİDROLİK ÖZELİKLERİ VE TOPRAK SUYU

YÜZEY GERİLİMİ İLİŞKİLERİ

Ayşe ERTAŞ

TOKAT 2010

(3)
(4)

TEZ BEYANI

Tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu tezin yazılmasında bilimsel ahlak kurallarına uyulduğunu, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezin içerdiği yenilik ve sonuçların başka bir yerden alınmadığını, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, tezin herhangi bir kısmının bu üniversite veya başka bir üniversitedeki başka bir tez çalışması olarak sunulmadığını beyan ederim.

(5)

i

TOPRAK HİDROLİK ÖZELİKLERİ VE TOPRAK SUYU YÜZEY GERİLİMİ İLİŞKİLERİ

Adı Soyadı

Ayşe ERTAŞ

Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı

Danışman: Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN

Gözenekli ortamda bir sıvının akışı ve tutulması, sıvının ve ortamın özellikleri tarafından kontrol edilir. Bu açıdan, toprak suyunun tutulması ve hızını kontrol eden başlıca özellikler; hareket halindeki suyun yüzey gerilimi ve toprağın por geometrisidir. Gözenekli ortamdaki kılcal kuvvetlerin büyüklüğü, kılcalın eşdeğer çapı ile ters orantılı olarak artmaktadır. Benzer şekilde, suyun yüzey gerilimindeki küçük bir değişimin toprakta suyun hareketi ve tutulmasını etkilemesi beklenir. Bu çalışma, bu varsayımı test etmek için yapılmıştır. Bu amaçla, toprak özellikleri bakımından homojen bir deneme sahası seçilmiş ve tam tesadüf parselleri deneme desenine göre dağıtılan parsellerde yüzey gerilimi değiştirilmiş şebeke suyu ile toprak hidrolik özellikleri ölçülmüştür. Yüzey gerilimi; 71,7, 64, 53,5 ve 42 dyn cm-2

e ayarlanmış çeşme suyu tansiyon infiltrometresinde kullanılarak, her bir parselde üç tekerrürlü infiltrasyon ölçümleri yapılmış ve toprak hidrolik özelliklerinden sorptivite(S), doygun hidrolik iletkenlik (Ks), infiltrasyon hızı (Q) ve makroskopik kapillar uzunluk (λc) değişkenleri

hesaplanmıştır. Veriler varyans analizi (ANOVA) ile değerlendirilmiş ve fark çıkması halinde ortalamalar, LSD tekniği ile gruplandırılmıştır. Yüzey gerilimdeki değişim S ve λc i önemli şekilde azaltırken, Ks ve infiltrasyon hızına herhangi bir etki yapmamıştır.

Sonuçlar, yüzey aktif maddelerin, küçük konsantrasyonlarda bile toprak suyu sorptivitesini etkileyebildiğini göstermiştir. Ölçümlerde, tansiyon infiltrometresinin; en ufak bir hava akımından dahi etkilediği gözlenmiş olup, bu düzenekle yapılacak ölçümlerde bu hususun dikkate alınması önerilmiştir.

Anahtar kelimeler: Yüzey gerilimi, tansiyon infiltrometresi, sorptivite, doygun

hidrolik iletkenlik, makroskopik kapillar uzunluk, infiltrasyon hızı.

(6)

ii

Master Thesis

SOIL HYDRAULIC PROPERTIES AND WATER SURFACE TENSION RELATIONS

Ayşe ERTAŞ

Gaziosmanpaşa University

Graduate School of natural and Applied Sciences Department of Soil Science

Sepervisor:Prof. Dr.Sabit ERŞAHİN

Flow and retention of a fluid in a porous medium is controlled by properties of the medium and fluid itself. In this respect, soil pore geometry and surface tension of soil water are the main determinants controlling the velocity and retention of soil water. The magnitude of capillary forces is a function of capillary’s size, and adhesive and cohesive properties of water interacting with the capillary. Similar to size of the capillary, a slight chance in surface tension of water should affect retention and flow properties of water in soils. This study was conducted to test this hypothesis. A research was designed in a completely randomized design and soil hydraulic variables were measured with a tension disc infiltrometer. Water with surface tension of 71,7, 64, 53,5, and 42 dyn cm-2 was the treatments of the three replicated field trial. The soil hydraulics of sorptivity, saturated hydraulic conductivity, Ks, infiltration rate, and

macroscopic capillary length were measured using each of surface tension adjusted waters. The data were analyzed by multiple comparison technique (ANOVA) and the means were grouped by the technique of Least Square Deviation (LSD). Changing surface tension significantly decreased soil sorptivity and macroscopic capillary lengths while it has no significant effect on Ks and final infiltration rate. Even with small

concentrations, surfactants may have a considerable effect on water sorptiviy and generation of surface runoff in heavy rains or snow melts. The research should be conducted in a more controlled environment since the measurements are very sensitive to wind, radiation, rain of ambient environment of measuring device, and to change in initial soil water content by drying.

KeyWords: Surface tension, tension infiltrometer, sorptiviy, saturated hydraulic

conductivity, macroscopic capillary length, infiltration rate. 2010, 89 pages

(7)

iii TEŞEKKÜR

Tez konumu saptayarak tüm bilgi ve olanaklarını sağlayan danışman hocam Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN’e, çalışmanın yürütülmesinde ve analizlerinden yazım aşamasına kadar her zaman yanımda olan değerli arkadaşım Yüksek Lisans öğrencisi Elif DEMİRAY’a, bu yoğun tez döneminde manevi desteğiyle yanımda olan Serdal PEKER’e sonsuz şükranlarımı sunarım. Ayrıca yüksek lisans çalışmam boyunca maddi ve manevi olarak desteklerini esirgemeyen sevgili aileme, babam Hüsamettin ERTAŞ’a annem Suna ERTAŞ’a teşekkürü borç bilirim.

Ayşe ERTAŞ

(8)

iv ÖZET ………...i ABSTRACT………...ii TEŞEKKÜR………...iii İÇİNDEKİLER………... iv ŞEKİLLER DİZİNİ ………. ……….... vi ÇİZELGELER DİZİNİ……… …….. ……… .viii 1.GİRİŞ ………...1 2.LİTERATÜR ÖZETLERİ..………4 2.1.Toprak Suyu……… 5

2.1.1.Toprağa Suyun Girişi, Toprak Suyunun Tutulması……… 5

2.1.2. Toprak Suyuna Etki Eden Faktörler……….. 7

2.2.Toprak Hidrolik Özellikleri……….... 9

2.2.1.İnfiltrasyon………...10

2.2.2.İnfiltrasyonu Etkileyen Faktörler……… 14

2.2.3.İnfiltrasyon Hızının Belirlenmesi……….. 20

2.2.3.1.Tansiyon İnfiltrometresi……….20

2.2.3.2.Tansiyon İnfiltrometresi Kullanımın Avantajları………22

2.2.3.3. Tansiyon İnfiltrometresinin Kullanılmasının Kısıtlamaları ve Hataları………22

2.3.İnfiltrasyon Hızını Etkileyen Faktörler… ……….... 23

2.4.Kapilar Kuvvetlerin Etkisi………...27

2.5.Yüzey Gerilimi Kuvvetleri………28

2.6.Yüzey Gerilimi Etkileyen Faktörler………..30

2.7.Temas Açısı………...33 3.MATERYAL ve YÖNTEMLER………...36 3.1. Materyal ... 36 3.1.1. Araştırma Sahası ………...36 3.1.2. Coğrafi Konum………..36 3.1.3. Jeolojik Özellikler ... 37

(9)

v

3.1.7. Çalışma Alanı ... 41

3.2. Yöntemler…. ... 43

3.2.1.Örnekleme ... 43

3.2.2.Parsellerde Toprak Hidrolik Özelliklerin Belirlenmesi………. 45

3.2.4 Toprak Hidrolik Özelliklerinin Belirlenmesi ... 48

3.2.4 Toprak Analizleri ... 50

3.2.5. İstatistiksel Analizler ... 54

4. BULGULAR ... 55

4.1. Araştırma Alanının Toprak Özelliklerine Ait Tanımlayıcı İstatistikler ... 55

4.2.Toprak Suyunun Yüzey Gerilimi İle Yüzey Gerilimi Arasındaki İlişkiler ... 57

5. TARTIŞMA ... 62

6. SONUÇ ve ÖNERİLER ... 66

KAYNAKLAR ... 67

EKLER ... 75

Ek 1. Toprak Hidrolik Özellikleri ... 75

Ek 2. Toprak Suyu Hidrolik Özellikleri ... 87

ÖZGEÇMİŞ ... 89

(10)

vi

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil Sayfa

Şekil 2.1. Hidrofobik ve hidrofilik maddeleri içeren toprak yüzeyindeki su damlalarının

görünümü ... 8

Şekil 2.2. Toprak suyu üzerine etki eden adezyon ve kohezyon kuvvetleri. ... 8

Şekil 2.3. Toprağa suyun girişi (infiltration). ... 11

Şekil 2.4. Zamana bağlı olarak birikimli infiltrasyon ve infiltrasyon hızı ... 12

Şekil 2.5. Farklı toprak tekstürüne sahip topraklarda infiltrasyon hızları ... 15

Şekil 2.6. Kılcal borularda kapillar kuvvetlerin etkisi ... 28

Şekil 2.7. Buhar ile temas halinde olan sıvı sistemi ... 29

Şekil 2.8. Yüzey aktif maddesinin genel yapısı ... 31

Şekil 3.1. Çankırı İl Arazisinin Niteliklerine Göre Dağılımı ... 40

Şekil 3.2. Türkiye genelinde arazi durumu ... 41

Şekil 3.3. Çalışma alanının krokisi ... 42

Şekil 3.4. Çalışma alanının görünüşü ... 43

Şekil 3.5 .Çalışmada uygulanan tesadüf blokları deneme deseni ... 44

Şekil 3.6 . Araştırmada kullanılan tansiyon infiltrometresinin genel görünümü ... 46

Şekil 3.7. . İnfiltrasyon hızının zamana göre değişimi………47

Ek 1.1.Yüzey gerilimi 71,7 dyn cm-2 çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin infiltrasyon hızı grafikleri ………...75

Ek 1.2. Yüzey gerilimi 64 dyn cm-2 çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin infiltrasyon hızı ………...78

Ek 1.3. Yüzey gerilimi 53,5 dyn cm-2 çeşme suyu yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin infiltrasyon hızı grafikleri ………...81

Ek 1.4. Yüzey gerilimi 42 dyn cm-2 çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin infiltrasyon hızı grafikleri ………84

Ek.2.1.Yüzey gerilimi 71,7 dyn cm-2 çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin sorptivite (S), kararlı infiltrasyon hızı (Q-cm/h), doygun hidrolik iletkenlik (Ks-cm/h) ve makroskopik kapillar uzunluğu ( c-cm) değişkenlerine ilişkin hesaplanmış değerler………87

(11)

vii

hesaplanmış değerler………...87 Ek.2.3.Yüzey gerilimi 53,5 dyn cm-2

çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin sorptivite (S), kararlı infiltrasyon hızı (Q-cm/h), doygun hidrolik iletkenlik (Ks-cm/h) ve makroskopik kapillar uzunluğu ( c-cm) değişkenlerine ilişkin hesaplanmış değerler………88 Ek.2.4.Yüzey gerilimi 42 dyn cm-2

çeşme suyu ile yapılan infiltrasyon testlerine ilişkin sorptivite (S), kararlı infiltrasyon hızı (Q-cm/h), doygun hidrolik iletkenlik (Ks-cm/h) ve makroskopik kapillar uzunluğu ( c-cm) değişkenlerine ilişkin hesaplanmış değerler………...88

(12)

viii

Çizelge Sayfa

Çizelge 2.1. Toprak tekstrüne göre infiltrasyon hızı ……….13 Çizelge 2.2. Bazı Sıvıların Yüzey Gerilme Kuvvetleri ………..32 Çizelge 3.1. Çalışma alanına ait (1999-2009 ) meteorolojik veriler……….39 Çizelge 3.2. İnfiltrasyon testlerinde kullanılan suyun yüzey gerilimin ayarlanmasında

kullanılan yüzey aktif maddesi (Timsen) nin saf sudaki içeriği ile yüzey gerilimi arasındaki ilişki……….45 Çizelge 4.1. Çalışma alanından alınmış tüm örneklere ait tanıtıcı istatistik

analizleri ……….. 55 Çizelge 4.2.Yüzey gerilimi 71,7 dyn cm-2

çeşme suyu ile infiltrasyon testinin yapıldığı parsellerdeki örnekleme noktalarında 0-10 cm derinlikten alınan toprakların hacim ağırlığı ve agregasyon istabilitesine ilişkin tanımlayıcı istatistikler………58 Çizelge 4.3.Yüzey gerilimi 64 dyn cm-2

çeşme suyu ile infiltrasyon testinin yapıldığı parsellerdeki örnekleme noktalarından 0-10 cm derinlikten alınan toprakların hacim ağırlığı ve agregasyon stabilitesine ilişkin tanımlayıcı istatistikler………..59 Çizelge 4.5.Yüzey gerilimi 42 dyn cm-2

e ayarlanmış çeşme suyu ile infiltrasyon testlerinin yapıldığı parsellerdeki örnekleme noktalarından alınan toprakların hacim ağırlığı ve agregasyon stabilitsine ilişkin tanımlayıcı istatistikler………...60 Çizelge 4.6. İnfiltrasyonda kullanılan suyun yüzey geriliminin bazı toprak hidrolik

(13)

1. GİRİŞ

Artan dünya nüfusuna paralel olarak doğal kaynaklara yapılan aşırı baskılar geniş çaplı çevresel bozulmaları beraberinde getirmiştir. Toprak bozunması (degredasyonu) ve yeraltı ve yer üstü su kaynaklarındaki aşırı kirlenmeler ulusları vakit kaybetmeden tedbir almaya zorlamış, bu bağlamda dünyanın birçok yerinde uluslar arası konferanslar düzenlenmiştir (Clothier ve ark., 2008). Diğer taraftan, küresel iklim değişikliğinin neden olduğu belirsizlikler iyi bir toprak suyu yönetiminin kaçınılmaz olduğunu göstermektedir.

Toprak ve su kaynaklarının kirlenmesi ve bu kirlenmelerin çevresel etkisinde vadoz bölge olarak tarif edilen bitki kök bölgesi ile yeraltı suyu tablası arasındaki yarı-doygun bölgenin özellikleri ve bu özellikler ile dinamik haldeki toprak suyu arasındaki etkileşim son derece önemlidir.

Vadoz bölge ile etkileşim halindeki toprak suyunun davranışı başlıca iki faktör tarafından kontrol edilir: Vadoz bölgenin özellikleri ve toprak suyunun kendi özellikleri. Vadoz bölgenin tekstürü, strüktürü, kalınlığı, organik madde kapsamı, kil mineralleri ve bu minerallerin dağılımı, mikrobiyolojik özellikleri, vb. suyun davranışını etkileyen özellikleri arasındadır (Klute ve Dirksen, 1986; Vogel ve Roth, 1998). Toprak suyunun dipolar özelliği nedeniyle vadoz bölgedeki gözeneklerde tutulmasını ve hareketini sağlayan kapillar (kılcal) kuvvetler ise bir akışkan olan toprak suyunun yüzey gerilimi ve toprak gözeneklerinin geometrisi (gözeneklerin genişliği, bükümlülüğü, sürekliliği ve birbirleri ile bağlantıları) tarafından kontrol edilir (Anamosa ve Ark, 1990; Ahuja ve ark,, 1991; Tuli, 2002; Jarvis, 2007).

Suyun yüzey gerilimi, suyun gözenekli ortamda tutulmasını ve hareketini oldukça etkiler. Yüzey gerilimi sayesinde su, toprak gözeneklerine tutulur. Gözenek çapı ve yüzey gerilim katsayısı suyun gözeneklerdeki tutunma ve hareket etmesini etkileyen iki önemli unsurdur.

(14)

Yüzey gerilimi azalan suyun yüzey alanı artar. Çünkü suyun yüzey geriliminin fazla olması, yüzeydeki su moleküllerinin birbirini daha fazla çekmesi ve (net kuvvet sıfır olacağı için) daha kompak bir yapıda bulunma eğilimi doğurur. Böylece su olabildiğince minimum yüzey alanına sahip olur. Zaten su damlacıklarının da yuvarlak olmasının sebebi de budur. Belirli bir hacme sahip bir maddenin kaplayabileceği en küçük alan kürede gerçekleşir. Yüzey gerilimi düşürülen su, fazla miktarda e

kazanır. Su molekülleri parçalanarak yüzey gerilimi azalır oval yapı bozulur ve yüzeyi genişleyen su hızla daha derinlere hareket eder .

Suyun yüzey gerilim katsayısı azaldıkça, su toprakta daha zayıf tutulur. Petrol gibi kimyasallar suya karıştığında suyun yüzey gerilimi bundan etkilenir. Toprak suyunun yüzey gerilimi azaldıkça kimyasalların toprakta taşınma ve hareket hızlarının da artması beklenir. Suyun yüzey gerilimini azaltmak için yağ ve deterjanların yanısıra çeşitli aerosoller de kullanılabilir.

Sulu çözeltiler için yüzey aktif maddeleri; organik asitler, alkoller, esterler, eterler, aminler ve ketonlar şeklinde; yüzey inaktif maddeleri ise inorganik elektrolitler, organik asitlerin tuzları, molar kütleleri küçük olan bazlar yanında şeker ve gliserin gibi uçucu ve elektrolit olmayan maddeler şeklinde sıralayabiliriz (Fox ve Whitesell, 1994). Yapmış olduğum çalışmada ise, hidrojen bağlarını kırarak suyun yüzey gerilimini düşüren bir yüzey aktif maddesi olan TimsenTM

kimyasalı kullanılmıştır. Hidrolojik döngünün önemli bir bileşeni olan toprak suyunun davranışlarının tayininde toprak hidrolik özelliklerinin fonksiyonu son derece önemlidir (Hillel, 1980a; Bouma, 1991; Selker ve ark., 1999). Toprak suyuna yüzey aktif maddelerin karışması halinde toprak suyunun yüzey geriliminde bir değişme kaçınılmazdır. Bunun, suyun vadoz bölgedeki hareketine tam anlamıyla nasıl yansıyacağı üzerine çok az sayıda çalışma yapılmış olup, toprak suyu yüzey gerilimdeki değişmenin toprak hidrolik özelliklerine etkisinin belirlenmesi için farklı toprak koşullarında çalışmalara gereksinme vardır.

Bu tez çalışmasında; toprak suyunun yüzey gerilimi ile bazı toprak hidrolik özellikleri arasındaki ilişkilerin analizi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, Çankırı ilinde; eğim, tekstür, organik madde ve diğer özellikler açısından homojen bir alanda toprak hidrolik

(15)

özelliklerinden; infiltrasyon hızı, doygun hidrolik iletkenlik ve sorptivite (toprağın başlangıç su alma hızı) tansiyon infiltrometreler ile ölçülmüş, ölçümün yapıldığı noktalardan alınan toprak örneklerinde tarla kapasitesi, solma noktası, yarayışlı su içeriği, hacim ağırlığı, organik madde içeriği, kireç içeriği ve toprak tekstürü bileşenleri belirlenmiştir. Suyun yüzey gerilimi ile toprak hidrolik özellikleri arasındaki ilişkiler istatistiksel testler kullanılarak analiz edilmiştir.

(16)

2. LİTERATÜR ÖZETLERİ

Bugün kullandığımız suyun milyonlarca yıldır dünyada bulunduğu ve miktarının çok fazla değişmediği doğrudur. Dünyada su hareket eder, formu değişir, bitkiler ve hayvanlar tarafından kullanılır, fakat gerçekte asla yokolmaz. Buna hidrolojik döngü (su döngüsü) denir.

Bu döngüde suyun hareket etmesini sağlayan beş değişik olay vardır: 1-Yoğunlaşma (kondansasyon),

2-Yağış (precipitation),

3-Toprağa geçiş (Infiltration) ve yeraltı sularının oluşumu, 4-Yüzeysel akış (Runoff) ve derine sızma (perkolasyon),

5- Buharlaşma (Evaporation).

Su buharı yoğunlaşarak bulutları oluşturur, koşullar uygun olduğunda yağış meydana getirir. Yağış şeklinde yeryüzüne düşen su, toprağa sızarak yeraltı sularına veya yüzeysel akıntı olarak denizlere, okyanuslara karışır. Yüzey sularının buharlaşmasıyla su atmosfere geri döner. Havadaki su buharı konveksiyon yardımıyla artar. Ilık-nemli hava yükselirken soğuk hava aşağı doğru hareket eder. Ilık hava yükseldikçe sıcaklığı azalıp enerjisini kaybettiğinden gaz halden sıvı veya katı (kar veya dolu) haline döner .Atmosferde yoğunlaştığı, atmosferik hava akımında kalmasının zorlaştığı durumda su buharından sonra yağış meydana gelir (Anonim, 2010a).

Dünya yüzeyine ulaşan yağışların bir kısmı toprağa sızar (infiltrasyon) ve yer altı sularını oluşturur. Toprağa sızan su miktarı, toprağın eğimi, bitkilerin tipi ve miktarı, toprağın su ile doygun olup olmamasına bağlı olarak değişir. Yüzeyde büyük çatlaklar ve delikler bulunması, toprağa su geçişini kolaylaştırır (Anonim, 2010a).

Çok fazla yağış olduğunda, toprak suya doyar ve suyun fazlasını alamaz, kalan su toprağın yüzeyinden akar (Runoff). Suyun toprağa sızmayan kısmı yüzey suları olarak

(17)

isimlendirilir. Yüzey suları çaylara, derelere ve nehirlere akar. Yüzey suları daima daha alçak noktalara doğru taşınır ve okyanuslara karışır. Evaporation ise güneşten gelen radyasyon enerjisi nedeniyle suyun çıplak arazi yüzeyinden ve bitkilerden buharlaşması neticesinde oluşur (Anonim, 2010a) .

2.1. Toprak Suyu

Toprağın sıvı fazı toprak suyudur. Toprak suyu yağışlar ve sulama ile toprağa ulaşan, toprağın yüzeyinde ve toprak içindeki tansiyonsuz (emiş gücü zayıf olan) gözeneklerde serbest halde bulunan su ile, katı toprak taneciklerine belli yüzey kuvvetleriyle çepeçevre bağlanmış olan ve toprağın gözeneklerinde kapillar kuvvetler ile tutulan sudan ibarettir (Akalan, 1973).

2.1.1. Toprağa Suyun Girişi, Toprakta Suyun Tutulması ve Hareketi

Toprak suyu spesifik bağlanma enerjisinin etkisi altındadır. Bu enerjiye karşılık olan bir su tansiyonu vardır. Toprak suyunun serbest enerji durumu onun davranışını ve bitkilere elverişliğini tayin eder (Anonim, 2010b).

Toprak horizonlardan meydana gelir. Bu horizonlar farklı büyüklükteki ve şekildeki zerrelerin, farklı şekilde dizilmeleri ve yoğunlaşmasıyla ortaya çıkar. Zerreler arasında boşluk bulunur. Toprağın bünyesine göre boşluk hacmi farklılık gösterir. Su, toprak yüzeyinden itibaren toprak içine doğru yer çekimiyle girmeye başladığında, suyun basıncı toprak boşlukları içindeki havanın basıncından fazla olduğundan, boşluk içindeki havayı önce iter, sıkıştırır ve sonra onun yerini alır (Anonim, 2010b).

Boşluktaki hava sıkışınca, bir kısmı topraktaki yan boşluklara hareket eder ve oraya geçer. Diğer bir kısmı toprak dışına, yani atmosfere çıkar. Ancak boşlukta yine bir miktar suyun sıkıştırdığı hava kalır. Boşlukta su tarafından sıkıştırılan havanın basıncı artar, suyun basıncının üstüne çıkar. Böylece su boşluktaki havanın hepsini dışarı çıkartamaz ve boşluğun tamamını dolduramaz. Bu durumda yukardan gelmekte olan su,

(18)

özellikle alt taraftaki boşluklara daha fazla ve yan taraflardaki diğer boşluklara doğru daha az geçiş yapar ve toprağın derinliklerine sızar veya yan taraflara doğru ilerler. Topraktaki boşluklar büyük ise makropor, küçük ise mikropor adını alır. Bu boşluklar toprakta şekilsiz dağılmış durumdadır (Anonim, 2010b).

Toprağa giren su, üst kısımdaki boşlukları doldurduğunda, fazla su alt katlara doğru geçer. Suyun yukardan gelmesi devam ettiği müddetçe, aşağıya doğru sızma devamlılık gösterir. Topraktaki bu suya "Sızan Su" denir. Alt katlara ulaşan su, toprağın geçirgen olmayan bir tabakasında birikmeye başlar. Bu biriken suya "Yeraltı Suyu veya Taban Suyu" adı verilir. Yeraltı suyu bazen durgun, bazen hareketlidir. Toprak altı suları yüzlek veya derin su kuyularından çekilerek, yer yüzüne çıkartılabilir. Ayrıca kendileri de bir çatlak bulduğunda kaynak suyu olarak yer yüzüne çıkabilir. Bir kısmı da topraktaki kapillar (kılcal) borular içinde yükselerek tekrar toprak yüzeyine dönüş yapabilir. Bu kapillar borular içindeki suya da "kapilar su adı verilir (Anonim, 2010b).

Su toprak kolloidlerinin yüzeyinde tutulur, daha sonra bu su etrafında diğer su molekülleri çekilerek, kolloidin etrafında bir su küreciği (bir su halesi) oluşur. Kolloidal yüzeylerde adhezyon gücüyle tutulan su kolloide en yakın noktada 50 atm eşdeğer bir güçle tutulur. Ancak, kohezyon güçle tutulan suyun gücü, kolloidin etrafında su halesi kalınlığı arttıkça azalmaya başlar ve makroporların söz konusu olduğu koşullarda nihayet sıfır güce kadar düşer. Bu durumda kolloidal tanenin daha fazla su tutması mümkün olmaz (Çepel, 1985).

Kolloidal taneler arasındaki fazla su ve hatta kolloidal tane etrafında bulunan ve 1/3 atmosfer güce kadar tutulan su, yer çekiminin etkisiyle tane etrafından ayrılır ve aşağıya doğru sızar. Toprakta su doyma noktasında ise, suyun tanelerden ayrılarak aşağıya doğru sızması çok daha kolay olur. Toprakta su azaldıkça kopma durma noktasına geldiğinden, artık aşağılara sızma olanağı kalmaz. Bu durumda yerçekimi kuvveti ile kapilar kuvvetler dengededir. Bir toprağın serbest drenaj koşullarında yerçekimine karşı bünyesinde tuttuğu maksimum nem içeriği olan bu düzey ayrıca "Tarla Kapasitesi" olarak da adlandırılmaktadır (Çepel, 1985).

(19)

2.1.2. Toprak Suyu Üzerine Etkiyen Kuvvetler

Nötral bir su molekülündeki yükler asimetrik olarak düzenlenmiştir. Böylece molekül elektriksel bir dipoldür. Bir yandan su dipolleri arasındaki elektrostatik kuvvetler diğer yandan toprak parçacıkları ve iyonlar topraktaki suyu tutar (Çepel, 1985).

Toprak parçacık yüzeyleri, H2O dipollarını çeken doymamış elektriksel yükler taşır. Net

bir negatif yüke sahip olan parçacıklar katyonları adsorbe eder. Aynı durum adsorbe olmuş anyonlar içinde geçerlidir (Çepel, 1985).

Su, toprakta toprak gözeneklerinin ağı vasıtasıyla hareket eder. Yağış boyunca su pozitif basınç altında yüzey bağlantılı gözeneklerden toprağa girer. Su, toprakta toprak suyu tansiyonu ya da kapilarite ile yatay veya dikey olarak hareket eder (Anonim, 1998).

Kohezyon (H2O dipolleri arasında) ve adhezyon (dipoller ile katı yüzey arasında)

kuvvetleri bir gözenek içerisinde menisküs oluşturacak şekilde birlikte etkili olurlar. Bir kapillar (kılcal) gözeneğin yer çekimine karşı su tutmasını sınırlayan çap büyüklüğü yaklaşık 10 mikrondur. Bu nedenle kapilar su 10 mikrondan küçük çaplı gözenekler ile sınırlandırılmıştır ve çapı 10 mikrondan büyük çaplı gözeneklerde su serbest olarak perkole olur (Çepel, 1985).

Bir toprağın su ile ıslanabilmesi , toprak parçacıklarının yani katı yüzeyin su moleküllerini çekme kuvvetine, diğer bir deyimle adhezyon kuvvetine bağlıdır. Eğer toprak parçacıkları yüzeyinin su moleküllerini çekme kuvveti (adhezyon), su moleküllerinin birbirlerini çekme kuvvetinden (kohezyon) daha fazla ise bu durumda su toprak içinde yayılarak katı yüzey tarafından adsorbe edilir (Şekil 2.2). Bu durumun aksi olması halinde su damlası toprak yüzeyinde bir yarım küre şeklinde kalmakta ve adsorbsiyon olmamaktadır (Şengönül, 1984).

(20)

Şekil 2.1. Hidrofobik ve hidrofilik maddeleri içeren toprak yüzeyindeki su damlalarının görünümü (De Bano ve ark., 1967).

Hidrofobik maddelerin bulunduğu ıslanmaya dirençli topraklarda ıslanma açısı (ıslanmazlık göstergesi) hidrofilik madde içeren topraklardaki ıslanmazlık açısından daha büyüktür (Şekil 2.1). Toprak parçacıklarının adhezyon kuvveti ile ıslanma açısı arasında önemli bir negatif korelasyon vardır. Diğer bir deyimle adhezyon kuvveti küçükse ıslanma açısı büyüktür (Şengönül, 1984).

Şekil 2.2. Toprak suyu üzerine etki eden adhezyon ve kohezyon kuvvetleri (Anonim, 2010c)

Doymuş koşullarda su toprakta hızlı hareket eder. Bunun nedeni toprak suyuna etkiyen bir pozitif yükün oluşmasıdır. Doymamış koşullarda su hareket oranı kumda yavaştır. Kumlu topraklar küçük gözeneklere sahip olduğundan akış oranı azdır. Doymamış koşullarda su büyük porların (gözeneklerin) kenarı boyunca ya da küçük gözeneklerden iletilir. Bu da su hareketini önemli şekilde yavaşlatır (Anonim, 1998).

(21)

Eğer toprak gözeneklerinde akışı bir tüpteki suyun akışına benzetirsek, gözenek çapındaki küçük bir artış ya da düşüş, akış hızını etkileyecektir. En idealize edilmiş toprak doymuş koşullarda hızlı bir şekilde suyu dağıtmak için büyük gözeneklerin sayısı yeterli olan ve aynı zamanda doymamış koşullarda iyi bir su hareketini devam ettiren yeterli küçük gözeneklere sahip olmalıdır (Anonim, 1998).

2.2. TOPRAK HİDROLİK ÖZELLİKLERİ

Toprak ve su arasındaki ilişkiler toprak ve suyun baz fiziksel özelliklerine bağlı olarak karşılıklı etkileşimlerinin bir sonucudur. Bu özelliklerin başında toprakların tekstürü, strüktürü, hacim ağırlığı, porozitesi ve su alma hızı gelmektedir.

Toprak tekstürü toprak kitlesini oluşturan tanelerin büyüklük bakımından dağılış ve oranlarını ifade eder (Ergene, 1987). Akalan (1978) bir toprakta küçük taneler ne kadar fazla olursa yüzey akışla materyalin o kadar fazla olduğunu ve dispers olan ince materyalin toprak boşluklarını tıkayarak infiltrasyon hızını düşürdüğünü belirtmişlerdir.

Toprak strüktürü topraktaki boşlukların şekillenmesi açısından son derece önemli olup, toprakta su ve havanın hareketini tayin etmektedir (Atalay, 1982). Güngör ve Yıldırım (1987)‟e ye göre aynı büyüklükteki zerrelerden oluşan topraklarda boşluk hacmi fazla, farklı büyüklükteki zerrelerden oluşan topraklardan daha fazladır. Bu özellik toprağın su tutma kapasitesini etkilemektedir.

Strüktür çeşitli şekillerde ortaya çıkar ve bunun sonucunda da toprak taneleri arasında oluşan gözeneklerin büyüklüğü ve dağılımı strüktürün niteliğini belirler (Delibaş, 1994). Perrier ve Salkini (1991) toprak strüktrünün tarımsal uygulamalar, organik madde oluşumu ve iklim tarafından etkilendiğini iyi bir tarım ile düzeltilebileceğini, ancak yanlış uygulamalar sonucunda da hızla yok olacağını belirtmişlerdir.

Toprakların hacim ağırlıkları belirli bir toprak örneğinde katı fazın ağırlığının toplam örnek hacmine oranı olarak tarif edilmektedir. Hacim ağırlığı toprağın tekstürüne, strüktürüne, organik madde miktarına, derinliğine, toprak işleme durumuna ve sıkışma

(22)

derecesine bağlı olarak değişmektedir (Perrier ve Salkini, 1991; Güngör ve Yıldırım, 1987).

Atalay (1983) „e göre toprakların boşluk hacmi arttıkça hacim ağırlığı azalmakta, boşluk hacmi düştükçe artmaktadır. Nitekim ince bünyeli toprakların hacim ağırlığı 1.0-1.3 gr/cm3 arasında kaba bünyeli toprakların ise 1.3-1.8 gr/cm3 arasında değişmektedir.

Ergene (1978)‟ ye göre kumlu toprakların tanelerin fazla agregat oluşturamamaları nedeniyle boşluk hacmi azdır. Bu sebeple hacim ağırlıkları fazladır. Killi toprakta ise ,tanecikler agregatları oluşturarak aralarında birleşirler ve daha yüksek porozite oluşur. Bu ise hacim ağırlığının azalmasına neden olur.

Toprakların strüktürünü etkileyen ıslanma ile ilişkin büzülme ve genişleme özellikleri ile sıkışma derecesi hacim ağırlığını etkilemektedir. Fazla sıkışmış toprakların hacim ağırlığı yüksektir (Munsuz, 1982). Topraklarda organik madde miktarı arttıkça hacim ağırlığı azalmaktadır (Ergene, 1978). Hacim ağırlığı toprak profili boyunca da değişmektedir. Özellikle alt toprağın sıkışmış olması organik madde miktarının azlığı ve köklerin seyrek olması hacim ağırlığını arttırmaktadır (Akalan, 1973).

Toprak-su ilişkilerinin değerlendirilmesinde en önemli özelliklerden biriside infiltrasyondur. Aşağıdaki bölümlerde infiltrasyonla ilgili ayrıntılı bilgiler verilecektir.

2. 2. 1. İnfiltrasyon

İnfiltrasyon, suyun toprağa girişi olarak tarif edilir. İnfiltrasyon hızı veya infiltrasyon kapasitesi ise toprağın birim yüzeyinden birim zamanda toprak profiline giren suyun hacmi olarak bilinir (Hillel, 1980b). İnfiltrasyonun boyutu (L3 / L2. T ) hız boyutunun aynıdır. Diğer bir deyişle infiltrasyon hızı, bir toprağın belli koşullar altında ve belli bir süre içerisinde yağmuru absorbe edilebileceği max hız olarakta tarif edilebilir (Sönmez, 1980).

(23)

Şekil 2. 3. Toprağa suyun girişi (infiltration) (Anonim, 2010d)

Yatay infiltrasyon, infiltrasyonun en basit şekli olup, burada yer çekimi sıfır ve ihmal edilebilir düzeydedir ve topraktaki su sadece matriks (eksi basınç) kuvvetlerinin etkisi ile hareket eder (Hillel, 1980b).

İnfiltrasyonun tanımlanmasında iki terimden söz edilir. Bunlardan birincisi infiltrasyon hızı ikincide toplam infiltrasyondur. Birim zamanda toprak yüzeyinin birim kesit alanından toprağa giren su miktarına o toprağın infiltrasyon kapasitesi denir. Genellikle cm/h yada mm/h birimleriyle ifade edilir. Bir toprağın belirli şartlar altında ve belli süre içerisinde suyu absorbe edebileceği en yüksek hıza infiltrasyon hızı denir. Toplam infiltrasyon su derinliği olarak uzunluk birimiyle ifade edilir . İnfiltrasyon hızı, suyun toprağa veriliş hızına bağlı olarak bazı nispi değerler alır ve infiltrasyon kapasitesine kadar ulaşabilir. Eğer suyun uygulanış hızı infiltrasyon kapasitesinden yüksek ise yüzeyde su göllenmeleri ve arkasından yüzey akış meydana gelir (Delibaş, 1994; Güngör ve Yıldırım, 1987).

Başlangıçta kuru olan bir toprağa su sızmaya başladığında su hem kapillar kuvvetler hem de yerçekimi kuvvetinin etkisi ile toprağa çekilir, dolayısıyla başlangıçta infiltrasyon hızı yüksektir. Toprakta su depolandıkça, kapillar kuvvetler etkisini kaybeder ve sızma sadece hızı belirli gözenekler tarafından kontrol edilen doygunluk hidrolik iletkenlik tarafından tayin edilir (Anonim, 2010b)

(24)

Şekil 2.4. Zamana bağlı olarak birikimli infiltrasyon ve infiltrasyon hızı

(Enviroments Agency, 2006)

Birikimli infiltrasyon ile infiltrasyon süresi arasında eğrisel bir ilişki vardır. Bu eğrinin eğimi zaman ilerledikçe giderek azalır (Sönmez, 1980). İnfiltrasyon hızı; toprağın yüzey koşulları, başlangıç su içeriği, hidrolik iletkenliği, tekstürü, strüktürü, hacim ağırlığı ve gözenek büyüklüğü dağılımına bağlı olarak farklılık gösterir (Hillel, 1980b).

Toprak yüzeyinde bulunan suyun toprağa girişi ve profil boyunca dikey hareketi iki kuvvetin etkisinde olmaktadır. Bu kuvvetler yer çekimi ve kapillar kuvvetlerdir. Suyun yüzeyden derinlere doğru hareketi sırasında büyük gözenekler yerçekiminin etkisiyle küçük gözenekler ise kapillarite (kılcallık) etkisiyle dolarlar. Toprakta suyun hareketi danelerin küçüklüğü oranında yavaşlar. Bu nedenle ince tekstürlü toprakların su tutma kapasiteleri çok yüksek olduğu halde iletim kapasiteleri oldukça düşüktür. Aşırı killi topraklarda, su hareketi pratik olarak yok kabul edilebilecek kadar düşüktür. Bu topraklarda; granülasyon, organik madde ilavesi veya diğer yollarla sağlanmadıkça drenaj yavaş ve etkisiz olur. Kaba bünyeli toprakların ise gözeneklerinin geniş olmasından dolayı geçirgenlikleri yüksektir (Anonim, 2010b).

(25)

Çizelge 2 1.Toprak tekstürüne göre infiltrasyon hızı (Anonim, 1998)

Toprak, bitki gelişimi için suyu depolayan bir rezervuardır. Toprağa su girişi infiltrasyonla olmaktadır. Toprak içerisine suyun girişi kötü bir toprak yönetimi ile sınırlandırılabilir. Bu koşullarda su toprak içerisine rahatça giremez ve eğim yönünde taşınır. Bu yüzden bitki gelişimi için toprakta depolanan su miktarı azalır ve neticede bitki üretimi de sınırlandırılmış olur (Anonim, 1998).

Yağış, toprak erozyonu ve sellerin oluşumuna neden olur. Bu aynı zamanda sedimentlerle birlikte organik madde ve besin elementlerinin taşınmasına ve nehirlerdeki su kalitesinin düşmesine neden olur (Anonim, 1998).

Özellikle yarı-kurak bölgelerde tarımsal üretimi etkileyen en önemli unsurların başında toprak suyu gelmektedir. Toprakta depolanan bitkiye yarayışlı su, bitkisel üretimdeki en önemli faktördür. Toprağın en önemli iki özelliği olan toprak tekstürü ve infiltrasyon hızı yağışla toprak yüzeyine ulaşan suyun ne kadarının bitkilere faydalı formda depolanacağını belirleyen önemli iki özelliktir. Toprak yüzeyine ulaşan suyun ne kadarının toprağa sızacağı ve ne kadarının yüzey akışa geçerek erozyona neden olacağı toprağın infiltrasyon kapasitesi tarafından tayin edilir. Dolayısıyla infiltrasyon hızı, toprağın erozyona olan hassasiyetinin bilinmesi ve toprak erozyonunun kontrol etmeye yönelik çalışmalarda da son derece önemlidir. Diğer taraftan sulama çalışmalarında yağmurlayıcıların debileri, damla sulamada damlatıcıları arasındaki mesafeler ve karık ve tava uzunlukları da yine toprağın infiltrasyon kapasitesi göz önüne alınarak tasarlanır (Doğan, 2005).

Toprak tipi İnfiltrasyon hızı ( mm/saat)

Kum >30

Kumlu tın 20-30

Tınlı 10-20

Killi tın 5-10

(26)

2.2.2. İnfiltrasyonu Etkileyen Faktörler

İnfiltrasyon sürekli ve çabuk değişen pek çok faktörün etkisinde meydana gelen oldukça karmaşık bir olaydır. İnfiltrasyonu etkileyen en önemli faktörler; toprağın strüktürü, tekstürü, gözenekliliği, başlangıç su içeriği, sıcaklığı, kolloidal ve organik madde, hapsedilmiş hava ve sıcaklık dağılımı gibi fiziksel özellikleri ile diğer kimyasal (tuzluluk, alkalilik) özellikleri ve biyolojik özellikleridir. Ayrıca toprak yüzeyinin eğimi, topoğrafik yapısı, bitki örtüsü, toprak işleme şekli, toprağın kültüre alınma tarzı, su uygulama süresi ve yağış şiddeti de infiltrasyon üzerine etkilidir (Delibaş, 1994).

Toprak; kum, silt ve kil gibi farklı parçacıklardan oluşan, farklı büyüklüğe sahip daneciklerin meydana getirdiği bir materyaldir. Kum miktarı arttıkça infiltrasyon hızı artar. Buna karşılık kilin fazla miktarda bulunması infiltrasyon hızının azalmasına sebep olur. Delibaş (1994) toprak tekstürünün infiltrasyon hızı üzerine etkisinin hafif bünyeli topraklarda en yüksek, ağır bünyeli topraklarda ise en düşük olacağının belirtmiştir (Şekil 2.4).

Toprağın porozitesi yani boşluk hacmi strüktür ile ilgilidir. Kabartılmış, havalandırılmış ve granüler bir yapı kazanılmış toprakların poroziteleri artar ve böylece infiltrasyon hızı artar. Islak topraklarda porların (gözenek) bir kısmı su ile dolu olduğundan bu tip topraklarda infiltrasyon hızı nemli ve kuru topraklara göre daha düşüktür. Sıcak topraklar, soğuk olan topraklara göre daha yüksek infiltrasyon hızına sahiptir (Delibaş, 1994).

İnfiltrasyon hızı büyük boşluklara bağlı olarak artma ve azalma gösterdiğinden arazi kullanım şekli ile yakından ilgilidir. İyi korunmuş orman, mera ve iyi ekim nöbeti yapılmış arazilerde yüksek infiltrasyon hızı görülür.

Ertuğrul ve Apan (1979) „a göre toprağın başlangıç nem içeriği infiltrasyon hızına etki eden en önemli faktörlerdendir. Topraktaki nem içeriğinin en düşük seviyesinde infiltrasyon hızı en yüksek, nem içeriğinin en yüksek seviyesinde ise en düşük olacağını belirtmişlerdir. Ayrıca toprak üzerindeki su yüksekliği de infiltrasyon hızını

(27)

etkilemektedir ( Ertuğrul ve Apan, 1979). Toprak derinliği topraktaki suyun ne kadarını tutabileceğini kontrol eder Toprak profilinde sıkışmış tabakanın bulunması suyun aşağılara doğru infiltrasyon hızını azaltmakta, aynı şekilde toprak profili içerisinde yarık ve çatlakların bulunması da infiltrasyon hızını çok yüksek değerlere çıkarabilmektedir (Ertuğrul ve Apan, 1979).

Şekil 2.5 Farklı tekstüre sahip topraklarda infiltrasyon hızları (Anonim, 2010 e)

Toprak içerisinde organik maddenin artması infiltrasyon hızının artmasına, kolloidal materyalin artması ise infiltrasyon hızının azalmasına sebep olur. Suyun profil içindeki hareketine kolloidlerin şişmesi ve toprak danelerinin arasında tutunmuş hava da olumsuz yönde etki eder. Toprak yüzeyi bitki ve bitki artıkları ile örtülü olduğu zaman infiltrasyon hızı artar, yüzey akışı azalır. Yapılan bir araştırmada bitki örtüsünün infiltrasyon hızına etkisi belirtilmiş, otlatmanın topraklarda infiltrasyon hızına etki ettiği, otlatmanın yapılamadığı alandaki toprakların aşırı otlatma yapılan topraklara göre infiltrasyon hızlarının dört kat daha fazla olduğu saptanmıştır( Ertuğrul ve Apan, 1979).

Bitki örtüsünün bulunmadığı topraklara sulama veya yağışlar yoluyla su verildiği zaman, üst toprak gevşek ise başlangıçta infiltrasyon hızı yüksektir. Fakat kısa bir süre sonra toprak yüzeyinde ince materyalin parçalanarak çatlakların ve yarıkların tıkanmasıyla infiltrasyon hızı düşmeye başlar ( Ertuğrul ve Apan, 1979).

(28)

Bazı 2:1-tipi killerin yaygın olduğu topraklarda toprak kurudukça çatlaklar oluşturur. Bu çatlaklar nedeniyle başlangıçta infiltrasyon hızı yüksektir. Ancak zamanla ıslanan toprak şişer ve bu çatlaklar kapanır ve infiltrasyon hızı hızla düşer. Sodyumun, toprak parçacıklarını disperse edip toprak yapısının oluşmasına engel olduğu bilinmektedir. Sodyumun bu olumsuz etkisi nedeniyle sodik toprakların infiltrasyon hızı oldukça düşüktür. Aşırı kil içeren yüzey toprağında ve çimentolaşmış tabakalarda topraktaki su hareketi yavaşlayabilir ve bu yüzden infiltrasyon sınırlanır ( Ertuğrul ve Apan, 1979).

Toprakların ıslanma özellikleri, yüzey akışı ve erozyonu etkileyen infiltrasyonu ve bunun zamana göre seyrini de etkilemektedir (De Bano ve ark., 1967). Suyu dışlayan hidrofobik maddelerin toprakta bulunması toprağın ıslanması, bünyesine su alması, tutması ve iletmesini de etkilemektedir. Bu durum toprakta (1)infiltrasyonun azalması (2) yüzey akışın artması ve (3) erozyonun artması sonucunu doğurur (Okman, 1994).

Toprakların ıslanma karakteristikleri, bunların infiltrasyon eğrilerine yansımakta ve farklı eğrilerin oluşmasına neden olmaktadır. Kolayca ıslanabilen topraklardaki kuru toprak tanecikleri ve agregatlar, başlangıçta su moleküllerini kuvvetlice çekmekte ve kolaylıkla ıslanmaktadırlar. Buna bağlı olarak başlangıçta su, toprağa hızla infiltre olmakta, zamanla toprak doygun hale geldikçe infiltrasyon yavaşlamaktadır. Bunun nedeni, doygun topraklarda kılcal (kapillar) etkinin kaybolması nedeniyle, suyun, sadece yerçekiminin etkisi ile toprağa infiltre olarak toprak içerisinde hareket etmesidir. Buna karşın güç ıslanan kuru toprak başlangıçta suyu şiddetle dışlamakta ve suyun sızmasına karşı direnç göstermektedir. Ancak zamanla su buharı molekülleri toprak agregatları arasındaki ıslanabilen organik maddelere ulaşmakta ve yavaş da olsa sıvı fazdaki su moleküleri de bu kanallardan toprağa sızmakta ve ilerlemektedir (Okman, 1994).

Toprak yüzeyine uygulanan suyun infiltrasyonu ve toprak içindeki hareketi, matrik ve yerçekimi kuvvetlerinin birlikte etkileri sonucu oluşmaktadır. Islanma sırasında öncelikle toprak yüzeyindeki gözenekler suyu almakta ve bu gözenekler kısmen ya da tamamen dolduktan sonra su alt katmanlara geçmektedir (Hillel, 1982). Suyun ilerlemesi ise ıslanma cephesi olarak bilinen kesiksiz bir cephe boyunca olmaktadır.

(29)

Eğer toprak kuruysa, genellikle suyun ilerlediği bölge, alttaki ıslanmamış bölgeden daha koyu bir renk almakta ve ıslanma cephesi kesin olarak ayırt edilebilmektedir. Islak topraktaki doygun katmanın altında, ıslanma cephesine doğru gidildikçe toprağın su içeriğinin azalmakta ve ıslanma cephesinin de en düşük düzeye yani orijinal toprak nem düzeyine indiği görülmektedir. Eğer toprağın ıslanmadan önceki su içeriği düşükse, ıslanma cephesi civarındaki eksi basınç çok yüksek olabilmektedir. Yüksek eksi basınç, özellikle kaba kumlu topraklarda, genellikle düşük hidrolik iletkenliğe neden olmaktadır (Jury ve ark., 1991) .

Genelde toprak başlangıçta çok kuru olduğunda, infiltrasyon hızı da yüksektir. Fakat zamanla giderek azalır ve asimptotik olarak sık sık gerçek infiltrasyon kapasitesi denen fakat bizim tercihen kararlı infiltrasyon dediğimiz değere ulaşır. Başlangıçta kuru bir toprağa su verildiğinde, su başlangıçta toprağa hızla infiltre olur, ancak zamanla bu hız azalarak asimptotik olarak sabit bir değere yaklaşır (Kooervar ve ark, 1983). Bazı durumlarda bu azalma kısmen gözenek büyüklüğündeki bir daralma nedeni ile ortaya çıkmaktadır. Gözenek büyüklüğü, yüzey toprağındaki gözeneklerin ince taneciklerle tıkanması yada killerin şişmesi sonucunda azalabilmektedir. Toprağın sığ oluşu da gözeneklerin kısa sürede dolması ve daha fazla su alamaması nedeniyle infiltrasyon hızının zamanla azalmasına yol açmaktadır. Toprakta, yukarıda anlatılan şartlar bulunmasa bile, ıslanmanın derinliği ve ıslanma cephesine olan mesafe arttıkça hareket eden su ile toprak taneleri arasındaki sürtünme artacağından infiltrasyon hızı zamanla azalma gösterir (Munsuz ve ark., 1984).

Yukarıda verilen kriterlerden, ıslanma cephesinin keskinliği veya dikliği ıslanan toprağın su yayınımı (diffüzivitesi) ile ıslanma cephesinin ilerisinde kalan nispeten kuru olan toprağın arasındaki farka bağlıdır. Bu nedenle hacimsel su içeriğinin azalması ile hidrolik yayınım değeri karakteristik olarak daha bariz azalma gösteren kaba bünyeli bir topraktaki ıslanma cephesi, ince bünyeli topraklara nazaran daha keskin ve belirgindir. Benzer şekilde, infiltrasyon devamınca kuru topraktaki ıslanma cephesi, ıslak topraklarınkinden daha keskindir (Munsuz, 1982 ).

(30)

Toprağın su ile temas süresi uzadıkça infiltrasyon hızı giderek azalmaya başlar. Bu azalma hız sabit bir seviyeye düşünceye kadar devam eder. infiltrasyon hızının sabitleşmesi için gereken süre toprak çeşidine bağlı olarak geniş sınırlar arasında değişiklik gösterebilir (Delibaş, 1994).

Yapılan birçok araştırma, toprak işleme yöntemlerinin de toprakların infiltrasyon hızlarını önemli şekilde etkilediğini göstermektedir. İşlenmeyen topraklarda infiltrasyon hızı oldukça yüksektir. Bunun sebebi, bu toprakların süreklilik gösteren ve yüzeye kadar uzanan makro gözenek ağlarından ileri gelmektedir. Yüzeye bağlantılı bu makro gözeneklerin infiltrasyon hızına katkısı, bu gözeneklerin hidrolik özellikleri, orijinler şekilleri ve bükümlülükleri tarafından belirlenir (Edwards, 1982 ).

Toprak işleme, yüzeyde oluşan kabuk tabakasını kırarak infiltrasyonu artırmak, erozyonu azaltmak ve yapılacak bitkisel üretim için toprakta daha fazla su depolayarak, bunu bütün topraklarda etkin olarak kullanılabilmektir (Erşahin, 2001). Toprağın infiltrasyon hızını artırmada en etkili toprak işleme sistemleri, toprak yüzeyinde fazla anız bırakan veya toprak yüzeyini pürüzlü veya kabuk bağlamaya karşı dayanıklı bırakan sistemlerdir.

İnfiltrasyon hızına etki eden faktörler üzerine oldukça fazla sayıda çalışma yapılmıştır. Bu araştırmaların sonuçları, bazı koşullar altında infiltrasyonu önemli şekilde etkileyen faktörlerin, diğer bazı koşullar altında çok az etkilediklerini veya hiç etkilemediklerini göstermiştir (Erşahin, 1990).

Ertaş (1979) Konya ovası koşullarında ağır ve orta bünyeli topraklarda yaptığı bir araştırmada infiltrasyon hızının 2-2.4 mm/h arasında değiştiğini belirtmiştir. İstanbulluoğlu (1989) Iğdır ovası koşullarında yaptığın çalışmada siltli kil ve siltli tınlı bir topraklar üzerinde infiltrasyon hızlarının 0,9 cm/h ile 1,4 cm/h arasında olduğunu bulmuştur. Üstün (1990) Ankara koşullarında killi tın bünyeli topraklar üzerinde yaptığı bir araştırmada nihai infiltrasyon hızını 0,4 cm/h olarak bulmuştur. Aldemir (1993) Ankara koşullarında killi tın bünyeli topraklar üzerinde yaptığı çalışmada nihai infiltrasyon hızını 0,4 cm/h olarak bulmuştur.

(31)

Toprak yüzey özelliklerinin yanında, toprak profili özelliklerinin de yüzeyden infiltrasyonu etkilediği bilinmektedir. İnfiltrasyon, kurak bölgelerde meydana gelen katmanlaşmamış homojen topraklarda, toprak derinliğince çok az değişen fiziksel etmenlere bağlıdır. Yağışlı iklim bölgelerinde ise toprakların katmanlaşma göstermesi nedeniyle infiltrasyon hızı önemli ölçüde horizonlara bağlı kalır. Şayet toprak yüzeyine yakın bir katmanın infiltrasyon kapasitesi düşükse, bu toprağın infiltrasyon hızı bu katman tarafından tayin edilir (Hillel, 1980b). Genelde alt toprak, üst toprağa göre daha düşük infiltrasyon kapasitesine sahiptir.

Ayrıca, horizonların infiltrasyon kapasitesi, yağış ve yüzey akışı ilişkileri söz konusu olduğunda önemli bir ölçü olarak ortaya çıkar. Kısa süreli intensif yağışlarda A horizonunun, uzun süreli yağışlarda ise B horizonunun infiltrasyon kapasitesi önem kazanır. C horizonu B ye oranla yüzey akışını etkilemede daha az önemlidir (Sönmez, 1980). Bu nedenle, özellikle infiltrasyon hızının problem olduğu alanlarda toprak profilinde sonradan oluşmakta olan sert/geçirimsiz katmanların derin toprak işleme ile kırılması gerekmektedir (Erşahin, 2001).

Toprak profilinde mevcut sert katmaların yanı sıra bazen kum katmanlarının varlığı ve bu kum katmanlarının konumu ve kalınlığı da suyun infiltrasyonu sınırlayıcı etki yapabilir. Stauffer ve Dracos (1986) yapmış oldukları laboratuvar deneylerinde kum kullanarak farklı katmanlar içeren yapay toprak profili oluşturmuşlardır. Araştırıcılar konu edilen profil üzerinde suyun infiltrasyonunu gözlemlemişler ve neticede infiltrasyon süresince meydana gelen infiltrasyon hızındaki değişikliklerin toprak nem karakteristiğindeki histerisis olayının bir sonucu olduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca, oluşturulan kum katmanlarının da infiltrasyonu önemli şekilde etkilediği belirtilmiştir.

Hidrolik iletkenlik, toprağın suyu iletme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Hidrolik iletkenlik, toprağın su ile doygun durumda iken birim hidrolik eğimdeki su akış hızının değeri şeklinde de tanımlanır. Kaba tekstürlü topraklar ince tekstürlü topraklara göre daha yüksek bir doygun iletkenliğe sahiptirler. Bu özellik doygun şartlardaki su akışında, kaba tekstürlü toprakların suyla dolu büyük boşluklarındaki sürtünmenin nispeten düşük

(32)

olmasının, ince tekstürlü toprakların daha yüksek bir gözeneklilik ve su geçişi için daha fazla kesit alanı içermelerinden dolayı daha elverişli olduğunu göstermektedir. Ancak, doygun olmayan koşullarda kaba bünyeli toprakların hidrolik iletkenliği daha düşüktür. Doygun durumdaki toprağa suyu hareket ettirecek bir kuvvet uygulandığında, öncelikle iri boşluklar boşalacağından, kaba tekstürlü toprakların hidrolik iletkenliklerinde, ince tekstürlülere nazaran daha hızlı bir azalma gözlenmektedir. Böylece matrik emişin artmasıyla birlikte, kısa süre içerisinde kaba tekstürlü toprakların ince tekstürlülerden daha düşük hidrolik iletkenliğe sahip oldukları bir noktaya ulaşılmaktadır (Özkan, 1985).

Toprak infiltrasyon hızını belirleyen bir diğer faktör ise suyun toprak yüzeyine uygulanma şeklidir. Schiffler (1990) bir alüvyal toprak yüzeyinde göllendirilen su yüksekliğinin infiltrasyon üzerine etkilerini incelemiştir. Araştırmada yüzey alanı değişik olan tek ve çift silindir infiltrometreler kullanılmış ve toprak yüzeyinde 100 cm'e varan yüksekliklerde su göllendirilmiştir. Sonuç olarak, toprak yüzeyindeki su yüksekliğinin infiltrasyonu önemli derecede etkilediği ve bazı toprakların infiltrasyon hızının normal olarak uygulanan su yüksekliklerinin artırılmasıyla yeterli olabileceği ileri sürülmüştür.

2.2.3. İnfiltrasyon Hızının Belirlenmesi

İnfiltrasyon hızı, birim zamanda toprak yüzeyinin birim kesit alanından toprağa giren su miktarıdır. İnfiltrasyon hızının belirlenmesinde çift silindirli infiltrometreler ve son yıllarda kullanımı hızla yaygınlaşan tansiyon infiltrometreleri kullanılmaktadır. Tansiyon infiltrometreler nispeten yeni olup, kullanımları son zamanlarda giderek yaygınlaşmaktadır. Bizim çalışmamızda da bu düzeneğin kullanılmış olması nedeniyle, aşağıdaki bölümlerde tansiyon infiltrometresi tanıtılacaktır.

2.2.3.1. Tansiyon İnfiltrometresi

Günümüzde; hızlı, güvenilir, tekrarlanabilir, kullanımı kolay ve ucuz bir alet olan tansiyon infiltrometresi ile toprakların; doygun ve doymamış hidrolik iletkenliği,

(33)

sorptivitesi, makroskopik kapillar uzunluğu ve infiltrasyon hızı belirlenebilmektedir. Son yıllarda tansiyon infiltrometresi yarı doymuş ve doymuş hidrolik iletkenlik ölçümünde giderek tercih edilen bir düzenek olmuştur. Tansiyon infiltrometresi hızlı ve basittir. Ayrıca yarı doymuş ve doymuş akışı kontrol eden toprak makro yapısında az hasara neden olur.

Tansiyon infiltrometresinin tasarımı ve kullanımı detaylı olarak tanımlanmıştır (Perroux and White, 1988; Lien, 1989; Ankey ve ark. 1988; Hussen, 1991). Tanımlanan tansiyometreler aksamları bakımından ufak ayrıntılara sahiptir. Genel olarak disk tansiyon infiltrometresi üç ya da dört ana parçadan oluşmaktadır.

2.2.3.1.1. Kabarcık Kulesi (Buble Tower)

İnfiltrasyonun ölçüleceği tansiyonun ayarlanmasında kullanılır. Kuledeki tüpün su içerisindeki derinliği ayarlanarak suyun toprağa temas ettiği diskte istenen matrik emiş oluşturulabilir. Ancak, oluşturularak matrik emişin maksimum değeri diski saran membranın hava giriş değeri tarafından sınırlandırılmıştır. Hava giriş değerinin daha üzerindeki emişlerde disk dışarıdan hava alacağından sistem çalışmaz.

2.2.3.1.2. Su Haznesi (Reservoir)

Diske su sağlama haznesidir. Su hazneleri genelde şeffaf lastik veya pleksiglas malzemeden imal edilmişlerdir. Hazne ölçüm sırasında, özellikle sıfır altındaki basınçlarda ölçüm yapılacağı zaman, atmosfere kapalı hale getirilebilir. Haznedeki su eksilmesi, hazne üzerindeki cm skalasından takip edilebilmektedir (Hussen, 1991).

2.2.3.1.3. Gözenekli Plaka ( Porous Baseplate)

Gözenekli plaka; toprak ya da diğer gözenek yapıları ile hidrolojik sürekliliği sağlayan plastik membran ve dairesel bir tabladan oluşan kısımdır. Lastik membran hazneden toprağa su akşını sağlayan tablayı kaplar ve tabladan toprağa su akışını kontrol eder. Yukarıda da belirtildiği gibi, bu membranın hava giriş değeri sistemin kullanılabileceği

(34)

maksimum emiş değerini tayin eder. Membranların hava giriş değeri normalde 20-25 cm dir. Ancak bazı özel membranlarda bu 100 cm ye kadar çıkabilmektedir (White ve ark, 1992).

2. 2. 3.2. Tansiyon İnfiltrometresi Kullanılmasının Avantajları

Birçok toprak hidrolik özelliğinin (doygun hidrolik iletkenlik, doymamış hidrolik iletkenlik, sorptivite, infiltrasyon hızı, makroskopik kapillar uzunluk gibi) arazi ve laboratuar koşullarında aynı anda elde edilmesine olanak verir. Bu özellikler bilgisayar modelleri ile kullanılarak yeni bilgiler elde edilebilir. Aynı noktada birden fazla ölçüm yapılmasına olanak verir.

2.2.3.3. Tansiyon İnfiltrometresi Kullanılmasının Kısıtlamaları ve Hataları

Bu düzenekle, doymamış koşulların sadece sınırlı aralığında çalışılabilir. Bir çok çalışma 0-25 cm arasını gösterirken, White ve ark (1992) , bunun 100 cm ye kadar olabileceğini ifade etmişlerdir. Tansiyon infiltrometreler genellikle toprak yüzeyindeki geçiş özellikleri ve hidrolik ölçümler için kullanılır. Eğer analiz yapılacak alan dikkatli bir şekilde kazılırsa; tansiyon infiltrometresi yüzeysel derinliklerde de kullanılabilir.

Tansiyon infiltrometresinin başlıca sınırlamaları analizi basitleştiren varsayımlarla ilgilidir. Bu varsayımlar toprağın üniform (yeknesak), homojen ve şişmeyen olduğunun kabul edilmesidir. Pratikte toprak su içeriğindeki dalgalanmalar, toprak hacim ağırlığı, toprak tekstüründeki değişiklikler toprak yüzeyine yakın derinliklerde meydana gelmekte olup genelde bu, kabul edilen varsayımların geçerliliğini tehlikeye sokar (White ve ark., 1992).

Aşırı işlenmiş topraklarda, su dolu infiltrometrenin ağırlığı, toprak gözenek sisteminde tahribata neden olabilir. Bu neticede ölçümlerden hatalı (eratik) sonuç alınmasına neden olur.

(35)

Gözenekli materyal veya toprağın yüzeyi disk membranı arasında kontağı sağlayan kumun hidrolik iletkenliği, toprak veya gözenekli materyalden yüksek olmalıdır. Aksi halde kum; toprağın içine suyun hareketini sınırlayacaktır.

Genel olarak zorluklar ölçümler ağır bünyeli topraklarda yapıldığında artar. Fakat Ankeny ve ark (1988) tarafından tanımlanan otomatikleştirilmiş tansiyon infiltrometresi bu zorlukların üstesinden gelir.

Sabit durum akışına ulaşma zamanı literatürde belirtilenden (10 d-1 saat) genellikle daha uzun zaman alabilir (Warrick, 1992; Hussen ve Warrick, 1993). Tahmin edilen sabit durum akışının altında hidrolik iletkenlik değerlerinin daha yüksek olmasına neden olabilir. Hussen ve Warrick (1993) tarafından rapor edildiğine göre; kumlu-tınlı toprak için sabit durum akışının 0,3-1,3 saatlerinin üstünde değerlendirilmesi daha hassastır.

2.3. İnfiltrasyon Hızını Etkileyen Faktörler

Erie (1962) hidrostatik yükün bazı topraklarda infiltrasyon hızını etkileyen en önemli faktör olduğunu belirtmiştir. Parlange (1972) toprak üzerindeki su yüksekliklerinin toprağın başlangıç nem içeriğine bağlı olarak infiltrasyon hızını etkilediğini belirtmiştir. Neticede başlangıç nem içeriğinin yüksek olması halinde toprak üzerinde göllendirilen su yüksekliğinin de infiltrasyon üzerine etkisi o derece fazladır. Diğer taraftan yağış veya yağmurlama esnasında toprak yüzeyinde oluşan kabuk tabakasının da infiltrasyon hızında ciddi düşmelere ve neticede yüzey akışına neden olduğu bildirilmiştir (Erşahin ve ark., 1991).

Agassi ve ark (1981) ise yağış esnasında infiltrasyon hızının azalmasının yüzeyde oluşan kabuk tabakasının bir fonksiyonu olduğunu, buna ise; (1) Yağmur damlacıklarının düşmeleri sonucu toprak agregatlarının fiziksel dispersiyonu, (2) Toprağın değişebilir yüzde sodyum (ESP) değeri ve yağmur veya yağmurlama suyunun elektrolit konsantrasyonuna bağlı olan kimyasal dispersiyonuna bağlı olduğunu belirtmişlerdir.

(36)

Toprağın başlangıç su kapsamı infiltrasyon hızını etkileyen başlıca faktörlerden birisidir (Kırda ve Sariyev, 2002). Bodman ve Colman (1944) yaptıkları laboratuvar denemelerinde, infiltrasyon hızındaki azalmaların infiltrasyon süresince su potansiyelindeki düşüşün bir sonucu olduğunu göstermişlerdir.

Toprak strüktürü ve topraktaki yapısal gözeneklerin (kök kanalı, solucan kanalı, diğer kanalcıklar, vs.) yapısı ve özelliklerinin infiltrasyona etkisi yapılan çalışmalarla ortaya konmuştur. Smith (1999) toprak strüktür tiplerinin infiltrasyon sürecine etkilerini ayrıntılı olarak incelemiş, buna göre de toprağın gözenek durumu ve tekstürünün infiltrasyonu tanımlamak için yeterli olmadığını, toprak strüktürü ile nem içeriğinin de gerekli olduğunu belirlemiştir.

Topraktaki kanallar ve bunların homojenitesinin infiltrasyona etkisi üzeride yapılan bir başka çalışmada ise toprağın içermekte olduğu kanalcıkların devamlılığı ve çaplarının, infiltrasyonu önemli derecede etkilediği belirtilmiştir (Keith, 1986). Bunun tersine, sodyumca zengin olan topraklarda, sodyum iyonlarının toprağın dispersiyonuna sebep olmasından dolayı ve dolayısıyla toprak strüktürü üzerine olumsuz etkisi nedeniyle bu topraklarda suyun infiltrasyonu yavaştır. Organik maddece zengin topraklarda ise, organik maddenin toprağın fiziksel özeliklerine olan olumlu etkileri nedeniyle suyun infiltrasyonu hızlıdır (Hawkes, 1980).

Toprak yüzeyindeki suyun toprağa geçişine (infiltrasyon) ve profil içindeki hareketine engel olan faktörler genellikle toprak yüzeyinde oluşan faktörler olmasına rağmen, bunlar toprak profilinin farklı derinliklerinde de oluşabilir (Schwab ve ark., 1993; Singer ve Oster, 1984).

Bir profildeki toprak katmanlarının (horizonlarının) infiltrasyon kapasitesi ise, katmandaki toprağın yapısına, bünyesine, hacim ağırlığına, mineralojisine, kimyasına ve katmanın nasıl oluştuğuna bağlıdır (Trout ve ark., 1992). Öte yandan düşük infiltrasyon kapasitesi, süreklilik göstermeyen büyük gözeneklerin noksanlığından ve büyük gözenekleri tıkayan ince toprak parçacıklarının ortamda olmasından kaynaklanmaktadır (Trout ve ark., 1992).

(37)

Büyük gözenekler ise toprak işleme, alet tekerleği ile sıkıştırma, su damlasının hidrolik etkisi, yüzey akışın kesme kuvvet etkisi, yüklenmiş toprak zerreleri arasındaki kimyasal kuvvetlerin etkisi, zayıflamış toprak parçacık bağları üzerindeki yerçekimi kuvveti etkisi gibi faktörler aracılığı ile ortadan kaldırılır (Trout ve ark., 1992). İnfiltrasyon hızını etkileyen önemli unsurlardan bazıları; toprağın ve toprak yüzeyini kaplayıcıların fiziksel karakteristikleri, killerin şişme durumu, arazi eğimi, toprak su içeriği, kaymak tabakası varlığı ve özellikleri, toprak işleme yöntemi, don durumu, nem seviyesi farkı, profilin katmanlılık durumu, toprak yüzeyinin sırlanma durumu, su sıcaklığı ve yağmur şiddetidir (Hillel, 1982b).

Flocker ve ark (1958) kumlu tın bünyeli bir tarla üzerinde, traktör ve yüklü jip ile operasyonlar sonucu tarla yüzey toprağının hacim ağırlığını 1.22‟den 1.58 g/cm3‟e

arttırma ile meydana getirdikleri toprak sıkışmasının, infiltrasyon oranını düşürdüğünü bulmuşlardır. Benzer olarak, Gumbs ve Warkentin (1972) şişen kil toprak örneklerini kolonlar halinde paketleyerek infiltrasyon ölçümleri yapmışlar, hacim ağırlığındaki küçük artışların su hareketi oranında göze çarpan derecede azalmalara neden olduğunu vurgulamışlardır. Ayrıca, Meek ve ark (1992) kumlu tın bünyeye sahip bir tarlada, hacim ağırlığının 1.6‟dan 1.8 g/cm3‟e yükselmesinin, infiltrasyon oranını %54

azalttığını ifade etmişlerdir. Özet olarak, arazi üzerine uygulanan trafik, hayvan otlatma, bitki kökleri, toprak yönetimi, toprak işleme vb. faaliyetler sonucu yüzey toprağı sıkışır, hacim ağırlığı artar, infiltrasyon azalır (Radcliffe ve ark., 1988; Hillel, 1982b, Meek ve ark., 1992; Dao, 1993). Bu olaylar silsilesi, işlenen bir toprakta mevsimsel olarak da bir değişim içersindedir

Reynolds (2000) doygun hidrolik iletkenliğin (Ks) tahmininde tansiyon infiltrometre

(TI), basınç infiltrometre (PI) ve toprak kabuk (SC) yöntemlerini kullanmış ve bu yöntemleri kumlu tınlı, killi tınlı olmak üzere iki farklı tekstür ve geleneksel toprak işleme, sıfır toprak işleme ve doğal bitki örtüsü altındaki toprak yönetimlerinde karşılaştırmıştır. Çalışmada TI metodu akışı sınırlayan faktörlerden dolayı Ks değerini

diğer iki metoda göre beklenilenin altında belirlerken, SC metodu ise toprak tekstürü önemsenmeden sıfır ve doğal vejetasyon uygulamalarında Ks değeri için TI metoduna

(38)

göre daha yüksek değer vermiştir. Ks değerindeki bu artış çatlaklar, kök kanalları ve

solucan kanalları yoluyla olan akışa bağlanmıştır. PI metodunun ise killi tınlı toprakta geleneksel işleme ve sıfır toprak işleme (no-till) uygulamalarında istenilen sonucu vermediği görülmüştür.

Waduwawate ve ark (2004) Kanada‟da eğimli yüzeylerde toprak hidrolik özelliklerinin belirlenmesinde tansiyon ve çift silindirli infiltrometre kullanımı üzerine çalışma yapmışlardır. Toprak yüzeyi 0,7,15 ve 20 eğime tabi tutulmuş ve her bir uygulama için -3,-6,-10,-13 ve -22 cm su yükünde tansiyon ve çift silindirli infiltrometreleri kullanılmış ve sabit-durum infiltrasyon hızı, doygun hidrolik iletkenlik, su yükünün bir fonksiyonu olan doymamış hidrolik iletkenlik, makroskopik kapillar uzunluğu ve makro-mezo gözeneklilik değişkenlerini farklı toprak yüzeyleri için karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda değişkenlerin düz ve eğimli yüzeylerde p<0,05 önemli derecede farklı olmadığını bildirmişlerdir. Ayrıca çalışma %20 den yukarı eğimlerde toprak hidrolik özelliklerinin belirlenmesinde tansiyon ve çift silindirli infiltrometrelerin kullanımını önermektedir.

Watson ve ark. (1986), küçük bir ormanlık alanda tansiyon infiltrometresini kullanarak makrogözenekliliği tahmin etmişlerdir. Bu amaçla; 3, 6 ve 15 cm basınçta göl akış koşullarında üç farklı infiltrasyon ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler sonucunda 0 dan 3 cm‟e basınçta infiltrasyonda büyük azalış görülmesinin nedenini olarak doymuş akış koşullarında büyük gözeneklerin varlığına bağlamışlardır. 0-3 cm basınçta toprak %4 nem içeriğinde gözenek çapı>0,05 µm iken 6-15 cm basınçta nem içeriği %26 gözeneklerin çapı ise 0,01-0,025 µm olarak ölçülmüştür.

Elliott ve Efetha (1999), Kanada yapılan çalışmada %6 dan 30 a kadar eğimli yüzeylerde geleneksel ve no-till uygulamaların varlığında infiltrasyon hızını belirlemişlerdir. Joel ve Messing (2000) tansiyon infiltrometrelerini kullanarak eğimli alanlarda doymuş koşullarda hidrolik iletkenliği belirlenmesi üzerine çalışmışlardır.

Ankeny (1990), gözeneklerin yapısına işleme ve tekerlek trafiği etkisini belirlemek amacıyla yeni yöntemler geliştirmişlerdir. İnfiltrasyon ölçümleri sıfır ve çizel

(39)

sistemlerinin uygulandığı alanda belirlenen trafik ve trafiksiz kısımların merkezinde 0,-30,-60 ve -150 cm toprak suyu yükünde yapılmıştır. Tekerlek trafiği ve işleme infiltrasyonda iki önemli faktördür. Tekerlek trafiği tüm basınçlarda her iki uygulamanın yapıldığı alanda da infiltrasyonu azaltmıştır. Yükün azalması ile, etkileşim halinde olan gözeneklerin büyüklüğü ve sayısını azalttğı için infiltrasyonu azaltmıştır. Büyük gözeneklerin sayısı trafiğin olmadığı alanlarda trafiğin olduğu alanlardan nispi olarak daha fazladır. En yüksek infiltrasyon hızının geleneksel işleme-trafiksiz alan, sıfır-trafiksiz alan ve geleneksel işleme-trafiksiz alanda olduğu görülmüştür. Çalışmada, işleme-tekerlek trafiği-basınç arasındaki etkileşime vurgu yapılmıştır.

Ankeny (1995), geleneksel ve sıfır toprak işleme sistemlerinde ekimden sonra infiltrasyon hızına tekerleğin etkisi belirlemeye çalışmışlardır. Tekerlek trafiğinin infiltrasyon hızını etkilediği görülmüştür. İnfiltrasyon ölçümleri tansiyon infiltrometresi ile alınmış ve tekerlek etkisi, doygun ve doymamış infiltrasyon hızlarında önemli derecede azaltıcı etkide bulunmuştur. Geleneksel işleme yapılan siltli killi tın toprakta infiltrasyon hızının %95den %55 e düştüğü gözlenmiştir. Geleneksel işleme yapılan alandaki toprakta, tekerlek trafiği toprakta bitkileri sıkıştırmış ve işleme ile yaratılan gözenekler ve kanalları yok etmiştir. Bu da kullanılan sistemler arasında infiltrasyon oranındaki farklılığın azalmasına neden olmuştur.

2.4. Kapilar Kuvvetlerin Etkisi

Kapilar kuvvet, gözenek içerisindeki katı yapı ile sıvı ve gaz boşluğu arasındaki sınır yüzeylerin gerilmesinden doğan iç kuvvettir. Gözenek ne kadar ufak olursa, sıvıdaki çekme kuvveti o oranda büyük olur. Boruların girişinde buluna sıvılara farklı kuvvetler etki eder. Adhezyon kuvveti kohezyon kuvvetinden büyük olduğu durumda sıvı, boruda bir miktar yükselir ve bunun bir sonucu olarak sıvı yüzeyi yukarı doğru kıvrılır. Buna karşılık kohezyon kuvveti adhezyon kuvvetinden daha büyük olduğu zaman sıvının yüzeyi aşağıya doğru bükülür. Bu durumlardan birincisine su ikincisine cıva örnek olarak gösterilir. Söz konusu bükülme borunu kesit alanı boyunca etkili olunca, sıvının serbest yüzeyi iç ve dış tarafta bükülür. Böylece sıvı yüzey gerilme kuvvetlerine karşı küçük bir alan oluşturur. Yüzey gerilme ve adhezyon kuvvetlerinin birlikte etkili

Referanslar

Benzer Belgeler

Kahverengi Bozkır Toprakları: Orta kuşak karasal iklim bölgelerinde, yıllık yağış miktarının 400 mm'nin altında olan yerlerde görülür.. Bu topraklar humus bakımından

Yumuşak kireç taşı ve killi kireç taşı (marn) depoları üzerinde oluşan topraklardır. Kireç yönünden zengindir. Bu topraklar ikiye ayrılır.. a) Rendzinalar: Yumuşak

Devlet Su ‹flleri Genel Müdürlü¤ü’nün görüflü al›nma- dan, akarsu ve derelerin yataklar› içinde iskân yap›lmas› ile daha önce infla edilmifl bulunan

Kök bölgesi Kapillar yükselme Derine sızma Alt toprak akışı Buharlaşma Terleme Sulama Yağış Yüzey akış.. Doygun Doygun

• Basınç yükünün yüksek olduğu noktadan basınç yükünün düşük olduğu noktaya doğru. • Doymamış

• Toplam boşluk hacmi, killi topraklarda daha fazla olduğu için, hacim ağırlığı killi topraklardan kumlu topraklara doğru genel olarak artar.. • Ancak, toprak yapısı

DMA-6 sınırlarında bölgenin en düşük basınca sahip olan noktasında hidrolik modelleme ile 23.18 mSS basınç hesaplanmıştır Saha basınç ölçümleri de hidrolik modelde

Bu araştırma, özellikle analiz için yanlış alınan, yada çeşitli sebeplerle yapısı bozulan bozulmamış toprak örneklerinden bozulmuş toprak örneği