247
BİNGÖL İLİ YAĞIŞLARININ ANALİZİ VE EROZİF POTANSİYELLERİNİN BELİRLENMESİ
Analysis of Precipitation in Bingol and Determination of Their Erosive Potential Mücahit KARAOĞLU1
ÖZET
Bu araştırmada, Bingöl iline ait 1979-2008 yılları arasındaki yağışların analizi yapılarak, mevsimlik dağılımı belirlenmiştir. Bu analizlere göre en yağışlı aylar kış ayları ve erozyon açısından en riskli aylar Nisan, Mayıs, Haziran ve Ekim aylarıdır.
Yazıcı yağışölçer diyagramlarından 1996-2009 yılları arasında Wischmeier ve Smith (1978)’e göre seçilen 54 yağış üzerinde yapılan hesaplamalar sonucu, uzun yıllar ortalama erozyon indeksi faktörü R = 27,9 olarak bulunmuştur. Bu değer daha önceki araştırmacıların iso-erodent haritalarına göre ortaya koydukları 25 değerinden daha yüksek, yani erozyon riski yılda 2,9 m.ton-metre/ha daha fazladır.
Nisan-Ekim dönemi su erozyonu açısından en hassas dönemdir. Mayıs ayı erozyon riski en yüksek olan aydır. Sonbahar yağışları daha az olmasına rağmen, Ekim ayı da şiddetli yağışların en fazla görüldüğü dördüncü ay olarak erozyon riski yüksek bir ay olarak tespit edilmiştir.
Anahtar kelimeler: Yağış, Su erozyonu, RUSLE.
ABSTRACT
In this research, long terms precipitations belonging to Bingol province during 1979-2008 were analyzed, and their seasonal distributions were determined. According to this analysis, the rainiest months are winter months, and the riskiest months are April, May, June and October in terms of erosion.
According to Wischmeier and Smith (1978), 54 independent rainfalls were selected from 15-year (1996-2009) pluviograph diagrams. As a result of the calculations, average erosion index factor R was found as 27,9. This value is higher Jian previous one, that it is determined as R = 25 according to iso-erodent maps (Güçer 1972; Doğan 1987). This means that erosion risk is more, 2,9 m.ton-metre/ha, per year.
April-October period is the most critical in terms of water erosion, and May has the highest erosion risk. Although the rainfalls of autumn are less than winter and spring, October has also more thunderstorms and is determined that its erosion risk is high.
Key words: Precipitation, Water erosion, RUSLE.
1
248
1. GİRİŞİklim özellikleri insanları ve yaşayışlarını doğrudan etkilediği gibi, insanın ihtiyacı olan çevreyi de etkileyerek insan üzerinde ikinci bir etki meydana getirmektedir. İnsan iklimin etkilerine karşı kendi hayatını devam ettirmeye çalışırken, diğer taraftan iklimin çevreye olan olumsuz etkilerini azaltmaya çalışarak çevreden en fazla yararlanmayı hedeflemektedir.
İnsan hayatının devamı için vazgeçilmez ihtiyaç beslenmedir. Gerekli gıdanın temin edilmesi için, insanın elinde deniz ve toprak vardır. Toprak yaratıldığı andan itibaren sürekli iklim etkisindedir. Diğer bir ifadeyle sürekli erozyona açıktır. Bu gerçeğin bir göstergesi olarak, erozyon çalışmalarında kabul edilebilir bir toprak kaybı değeri dikkate alınır.
Erozyonu tamamen durdurmak mümkün değildir. Ancak yanlış ve bilinçsiz tarım faaliyetleri sonucu meydana gelen, kabul edilebilir değerlerin çok üzerindeki toprak kayıpları, önlenebilir ve önlenmelidir. Çünkü yeryüzündeki toprak miktarı, erozyon olmasa da artmadığı halde, nüfus sürekli artmaktadır.
Erozyon ile kaybolan toprak miktarını belirlemek, erozyonu önlemenin birinci adımıdır. Bu amaçla araştırmacılar çeşitli formüller geliştirmişlerdir. Wischmeier ve arkadaşları (1965) tarafından Universal Toprak Kayıpları Denklemi adı ile geliştirilen (USLE) ve şu anda RUSLE olarak kullanılan formül en yaygın olarak kullanılmakta ve tatmin edici sonuçlar vermektedir.
A=RKLSCP şeklinde verilen bu denklemde; A: yıllık toprak kaybını, R: yıllık ortalama yağış indeksini, K: toprak erozyon duyarlılık faktörünü, L: meyil uzunluk faktörünü, S: meyil derecesi faktörünü, C: ürün faktörünü, P: uygulanan toprak muhafaza faktörünü ifade etmektedir. Yıllık ortalama yağış indeksi faktörünün hesaplanması için, diğer faktörlerden farklı bir çalışma gerekmektedir.
Güçer (1972), Türkiye’de plüviyograf (yazıcı yağışölçer) aleti olan 55 meteoroloji istasyonuna ait plüviyogramlardan seçilen 10485 adet yağışa Wischmeier ve Smith tarafından geliştirilen yöntemi (1958) uygulayarak erozyon indekslerini ve Türkiye’nin ISO-ERODENT haritasını hazırlamıştır.
Doğan (1987), Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü bünyesinde faaliyet gösteren istasyonlardan, 25 yıllık hizmet süresine ulaşmış 60 tanesine ait yağış diyagramlarını değerlendirerek 23319 adet müstakil yağışı analiz etmiştir. Araştırmacı, Türkiye’nin yağış erozyon indekslerini, sınıflarını ve ISO-ERODENT haritasını hazırlamıştır.
2. VERİ
Bingöl ili yağışlarının analizinde kullanılan meteorolojik rasat verileri (1979-2008), DMİ Genel Müdürlüğü veri bankasından alınmış olup kalite kontrolü yapılmış verilerdir. Araştırmanın bu bölümünde, uzun yıllar aylık toplam yağış verileri, kar yağışı bilgileri, şiddetli gök gürültülü sağanak ve dolu hadiseli gün sayılışları kullanılmıştır.
RUSLE denklemindeki uzun yıllar yıllık ortalama yağış erozyon indeksini (R) belirlemek için analize tabi tutulan müstakil şiddetli yağışlar; 1996-2009 yıllarına ait plüviyogramlardan, Wischmeier ve Smith (1978)’de verilen yağış miktar ve yoğunluk değerlerine göre seçilmiştir. Bu özelliklere uygun 54 yağış analiz edilmiştir.
249
3. YÖNTEM3.1. Yağışların analizi
Araştırmada ilk önce, Bingöl ilinin yağış dağılımı, özellikleri ve kaynakları detaylı bir şekilde analiz edilmiş ve tablolar halinde sunulmuştur. Yıllık yağışların mevsimlik dağılımları belirlenerek, tarım ve erozyon açısından önemli ve riskli dönemlerdeki yağış durumu ortaya konmuştur. Özellikle şiddetli yağış kaynakları olan gök gürültülü sağanak ve dolu yağışlarının dağılımı incelenerek erozyon açısından en hassas dönemler belirlenmiştir.
3.2. Yağışların erozif potansiyellerinin hesaplanması
Yağışların erozif potansiyellerinin hesaplanmasında, Wischmeier ve Smith (1978), tarafından geliştirilen eşitlik kullanılmıştır. Eşitlik aşağıda verilmiştir:
EI = I30 x E / 100 (1) Burada;
EI = Erozyon indeksi,
I30 = Analizi yapılan müstakil yağışın 30 dakikalık en yüksek intensitesi (cm/saat),
E = Yağışın toprağa aktardığı toplam kinetik enerjisidir (metrik ton-metre/ha/cm).
İntensite, süresi ne kadar olursa olsun bir yağışın bir saatte bıraktığı miktardır ve birimi mm/saat veya cm/saat olarak verilir. Müstakil yağış analizlerinde, 30 dakikalık en yüksek intensite hesaplanırken, 30 dakikalık yağış miktarı 2 ile çarpılmıştır.
3.2.1. Plüviyogramlardan müstakil yağışların seçilmesi
Araştırmada kullanılacak müstakil yağışlar, Bingöl iline ait plüviyograf diyagramlarından seçilmiştir. Bu müstakil yağışlarının belirlenmesi için esas alınan değerler aşağıdaki gibidir:
1. 6 saat veya daha fazla yağışsız bir süre ile birbirinden ayrılan veya bu süre içerisinde birbirinden 1,27 mm den az yağışla ayrılan iki yağış müstakil yağışlar olarak değerlendirilmiş ve ayrı ayrı hesaplanmıştır.
2. Yağış miktarı 12,7 mm den daha az olan yağışlardan, 15 dakikalık maksimum intensitesi 24 mm/saat değerini aşan, diğer bir ifadeyle 15 dakikalık süre içinde 6 mm veya daha fazla miktar bırakan yağışlar değerlendirilmiştir.
Araştırma dönemine ait Plüviyograf diyagramlarından yukarıdaki özellikleri taşıyan 54 adet müstakil yağış seçilmiştir. Bu yağışların analizi sonucunda aşağıda anlatılan yöntemlerle aylık EI, yıllık ve uzun yıllar ortalama R değerleri elde edilmiştir.
3.2.2. Yağışların toprağa aktardığı kinetik enerjilerin hesaplanması
Toprağa aktarılan toplam kinetik enerjinin bulunabilmesi amacıyla, seçilen müstakil yağışlar yaklaşık olarak eşit intensiteye sahip dönemlere bölünmüştür. Belirlenen her bir döneme ait kinetik enerjiyi hesaplamak için kullanılan eşitlik aşağıda verilmiştir.
250
E= 210,1 + 89 log10 I (2)
Burada;
E = Seçilen dönemde toprağa aktarılan kinetik enerjidir (metrik ton-metre/ha/cm).
I = Hesaplama yapılan dönemdeki ortalama yağış intensitesidir (cm/saat). Hesaplamalarda bu eşitlikten yararlanılarak hazırlanmış Tablo 1 de kullanılabilir. Araştırmada Tablo 1 kullanılmıştır.
Tablo 1. Yağışların her santimetresinin kinetik enerjileri (ton-m/ha/cm) I 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 0 121 148 163 175 184 191 197 202 206 1 210 214 217 220 223 226 228 231 233 235 2 237 239 241 242 244 246 247 249 250 251 3 253 254 255 256 258 259 260 261 262 263 4 264 265 266 267 268 268 269 270 271 272 5 273 273 274 275 275 276 277 278 278 279 6 280 280 281 281 282 283 283 284 284 285 7 286 286 287 287 288 288 289
1- 7,6 cm/saat değerinden daha yüksek intensiteler için 289 değeri kullanılır. 2- Çizelge değerlerinin 9,81 ile çarpımı enerjinin kilojoules cinsinden değerini verir.
Seçilen herhangi bir müstakil yağışın toplam kinetik enerjisinin bulunabilmesi için her bir dönem için hesaplanan kinetik enerjilerin, her dönemde düşen yağışın miktarı (cm) ile çarpılmıştır. Sonunda her dönemin kinetik enerjisi toplanarak yağışın toplam kinetik enerjisi hesaplanmıştır.
Yıllık ortalama yağış indeksi R değerinin elde edilmesi için, eşitlik 1 ile hesaplanan aylık erozyon indeksleri toplanmıştır. Araştırma dönemine ait (1996-2009) toplam R değerleri 15 değerine bölünerek uzun yıllar ortalama yağış indeks değeri elde edilmiştir. Bingöl iline ait kuvvetli yağışlardan bir tanesi seçilerek, yukarıda anlatılan yöntemlere ilişkin bir hesaplama örneği Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. Plüviyograf diyagramından bir yağışın analiz edilmesi
Diyagram okumaları Yağış bölümleri Enerji
Zaman Derinlik (mm) Süre (dak.) Miktar (cm) İntensite (cm/sa.) Her
cm için dilim için Her
23,32 0,0 0 0,00 0 0 0,0 23,42 4,0 10 0,40 2,4 244 97,6 0,00 7,0 18 0,30 1 210 63,0 0,37 9,2 37 0,22 0,4 175 38,5 1,07 17,8 30 0,86 1,7 231 198,7 1,40 23,4 33 0,56 1 210 117,6 2,02 35,9 22 1,25 3,8 262 327,5 2,10 38,0 8 0,21 1,7 231 48,5 2,36 47,2 26 0,92 2,1 239 219,9 2,50 49,4 14 0,22 0,9 206 45,3 Toplam 198 4,94 1156,6
251
Seçilen bu yağış boyunca yağış intensitesinin en yüksek olduğu bir 30 dakikalık yağış miktarı saat 1,40'tan 2,10'a kadar 1,46 cm’dir. 30 dakikalık en yüksek intensite ve erozyon indeksi; I30 = 2 x 1,46 = 2,92 cm/saat ve EI = 1156,6 x 2,92 / 100 = 33,8 olarak hesaplanır.
3.2.3. Erozyon indekslerinin tablolar ve grafik halinde sunulması
Plüviyogramlardan seçilen yağışların yıl içindeki dağılımları, iklim özelliklerine göre farklılıklar göstermektedir. Bazı aylarda madde 4.2.1. deki özelliklere sahip bir müstakil yağış olmadığı halde, bazı aylarda ise birden çok yağış görülebilmektedir. Hatta aynı gün içerisinde birkaç müstakil yağış kayıt edilebilmektedir.
Yağışların erozif potansiyellerinin aylık ve yıllık değerlendirmesi ile ilgili tablolar (Tablo 6,7) oluşturularak elde edilen değerler sunulmuştur. Bu tabloların bir başka okunuş şekli olan eklenik erozyon indeksi grafiği (Şekil 1) hazırlanmıştır. Bu grafik, ürün amenajman faktörünün (C) hesaplanabilmesi için de gereklidir.
4. SONUÇLAR
4.1. Yağış analizlerinin sonuçları
Bingöl iline ait uzun yıllar aylık, mevsimlik ve yıllık toplam yağış değerleri Tablo 3 de verilmiştir. Yıllık yağış toplamı (948,6), Doğu Anadolu Bölgesi (579,4) ve Türkiye (650,5) ortalamasının oldukça üzerindedir. En yağışlı mevsimler kış, ilkbahar, sonbahar ve yaz olarak sıralanmaktadır.
Tablo 3. Bingöl ilinin uzun yıllar aylık, mevsimlik ve yıllık toplam yağış değerleri (mm)
Ay 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Y.T. B 132,4 118,8 139,2 130,1 117,5 80,7 21,2 7,1 4,6 9,6 67,8 119,6 948,6 O 390,4/41 328,3/35 32,9/3,5 197,0/21 E Y 817,5 628,8 62,1 392,2 E D 200,0 77,9 1,8 49,9
O: Ortalama değerler/yüzdesi, EY: En yüksek değerler, ED: En düşük değerler. Kış mevsimi başta tarım olmak üzere birçok sektör açısından durgun bir dönemdir. Bu dönemde yağışlar, düşük intensiteli ve Bingöl’de çoğunlukla kar yağışı (Tablo 4) şeklinde görüldüğünden erozyon açısından olumsuz etkileri yoktur. Bu dönemdeki yağışlar, ilkbahar ve yaz aylarındaki su açığını azaltması sebebiyle tarım açısından olumlu bir etkisi de vardır.
252
Tablo 4. Bingöl ilinin uzun yıllar kar bilgileri dağılımı (gün)
Aylar 1 2 3 4 5 10 11 12 Yıllık toplamlar Ort. Max. Min.
Ö 23 23 12 3 - - 5 12 69 132 11
Y 11/21 10/16 6/12 2/4 - 1 3/7 8/18 41 62 20
Ö: Karla örtülü günler sayısı, Y: Kar yağışlı günler sayısı/En fazla gün sayısı. İlkbahar ayları oldukça yüksek miktar ve intensiteli yağışlarıyla (Tablo 5) dikkat edilmesi gereken bir dönemdir. Bingöl’de dolu yağışları yok denecek kadar azdır. Bu, tarım özellikle meyvecilik açısından olumlu bir durumdur. Ancak şiddetli yağışlar gün sayısı az değildir. Özellikle Nisan, Mayıs ve Haziran ayları, tipik bir karasal iklim özelliği olarak en fazla şiddetli yağış gün sayısına sahiptir.
Tablo 5. Bingöl ilinin uzun yıllar gök gürültülü sağanak ve dolu yağışı dağılımı (gün)
Ay 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ort. EF
O 1/1 1/2 1/2 3/6 5/11 4/8 2/3 2/4 2/3 3/8 1/2 1/1 16 36
D 1/1 1/3 1/2 1/2 1/1 - - - 1/2 1/1 1/1 2 6
O: Gök gürültülü sağanak yağışlı günler sayısı/en fazla olan gün sayısı, D: Dolu yağışı görülen gün sayısı/en fazla olan gün sayısı.
Yaz ayları yağışın en az olduğu aylardır. Bu aylarda su yetersizliği sebebiyle toprak kurudur. Az da olsa görülen gök gürültülü sağanak yağışlar, dirençsiz olan toprağı kolayca taşıyabilmektedir.
Sonbahar aylarında şiddetli yağış gün sayısı yaza göre biraz artmaktadır. Eylül ve Ekim ayları bu mevsimin erozyon açısından riskli aylarıdır. Kasım ayı bu mevsimin en yağışlı ayıdır. Ancak bu ayda şiddetli yağışlar oldukça az ve kararlılık yağışları olarak tanımlanan, düşük intensiteli ve uzun süreli cephesel yağışlar erozyon riskini azaltmaktadır.
Sonuç olarak, Bingöl ilinde kış ayları dışında erozyon riski vardır. En riskli aylar Nisan, Mayıs, Haziran ve Ekim aylarıdır.
4.2. Bingöl ili yağışlarının erozyon indeks sonuçları
Tablo 6’da, Bingöl ilinin 2001 yılı Mayıs ayına ait aylık erozyon indeksi hesaplama örneği verilmiştir. Müstakil yağışları 1 den fazla olan aylarda, aylık toplam erozyon indeksi bu şekilde elde edilmektedir.
Tablo 6. Bingöl ili Mayıs 2001 aylık erozyon indeksi Yağış tarihi ∑ E (m.ton-metre/ha/cm) I30 (cm/saat) EI 01.05.2001 03.05.2001 10.05.2001 16.05.2001 407,41 152,52 183,23 977,90 0,88 2,48 2,92 4,70 3,6 3,8 5,4 46,0 Aylık toplam 58,8
253
Bingöl ilinin 2001 Mayıs ayı toplam erozyon indeks değeri 58,8 dir. Bingöl ili için seçilen dönem içerisinde, 1 den fazla şiddetli yağışı olan ayların toplam erozyon indeksi bu şekilde belirlenmiş ve bundan sonraki adımlarda bu değerler dikkate alınmıştır.
Tablo 7, Bingöl ilinin aylık erozyon indeksinin dağılımını ve RUSLE’de kullanılacak olan R yıllık ortalama erozyon indeksi değerini göstermektedir.
Tablo 7. Bingöl ili aylık erozyon indeksi dağılımı ve yıllık ortalama erozyon indeksi
Ay 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Yıllık Y.S. 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 ∑ EI - - - 83,7 126,9 13,3 24,8 21,9 47,0 97,6 3,6 - 428,9 O. EI - - - 5,6 8,5 0,8 1,7 1,5 3,1 6,5 0,2 - 27,9 % EI - - - 20,1 30,5 2,9 6,1 5,4 11,1 23,2 0,7 - 100,0 ∑%EI - - - 20,1 50,6 53,5 59,6 65,0 76,1 99,3 100,0 -
Uzun yıllar ortalama erozyon indeks faktörü R = 27,9 m.ton-metre/ha
Güçer (1972) ve Doğan (1987), Türkiye’yi erozif potansiyel yönünden 5 gruba ayırmışlardır. Araştırmacılara göre, Bingöl ili yıllık ortalama erozyon indeksi 25 değerinin altında olan birinci grupta yer almaktadır. Ancak görüldüğü gibi, Bingöl’ün erozyon indeksi 27,9 olarak bulunmuştur. Adı geçen araştırmacılar bu değeri ıso-erodent haritasına göre tespit etmişlerdir. Hesaplamalar sonucunda bu değer daha yüksek bulunmuştur.
Elde ettiğimiz bu R değerinin anlamı; eğer RUSLE deki diğer faktörler 1 değerine eşit olursa, yıllık toprak kaybı 27,9 m.ton-metre/ha olacak demektir. Özellikle iyi bir ürün idaresiyle ve toprağın büyük bir bölümünün örtü altında tutulmasıyla bu değer daha aşağıya çekilecektir.
Şekil 1 de Bingöl ilinin eklenik erozyon indeksi grafiği görülmektedir. Nisan, Mayıs ve Ekim ayları, şiddetli yağışlarla birlikte erozyonun en fazla olacağı aylar olarak ortaya çıkmıştır. Bu dönemlerde topraklarda bitki örtüsü olmalıdır. Böylece toprak kayıpları en aza indirilmiş olacaktır.
254
Şekil 1. Bingöl ili eklenik erozyon indeksi grafiği
KAYNAKÇA
ARS-USDA Agriculture handbook No: 282, 1965. Predicting rainfall-erosion losses from cropland.
Doğan, O. 1987. Türkiye yağışlarının erozif potansiyelleri. Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü yayını. Ankara.
Güçer, C. 1972. Yağışların erozif potansiyellerinin hesaplanması ve Türkiye yağışlarının erozif potensiyelleri. Merkez Toprak Su Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü yayınları. Genel yayın no:14. Teknik yayın no: 11. Ankara.
USDA-SCS Lincoln-Nbr. 1961. Soil loss prediction.
Wischmeier, W.H., and Smith, D.D., 1958. Rainfall energy and its relationship to soil loss. Transactions, American Geophysical Union 39. 285-291.
Wischmeier, W.H. 1962. Rainfall erosion potential. AG. Eng. Soil and Water conservation 17: 55-59.
Wischmeier, W. H., and D.D. Smith. 1965. Predicting rainfall-erosion losses from cropland east of the Rocky Mountains. AH-282, U.S. Dept. Agr., Washington, D.C., 47 pp.
Wischmeier, W.H., and Smith, D.D., 1978. Predicting rainfall erosion losses. Agricultural Handbook 537. USDA, Washington, DC.
