ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ FARKLI DEBİ VE EĞİM KOŞULLARININ PARMAK EROZYONU VE SEDİMENT TAŞINIMI ÜZERİNE ETKİLERİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DOKTORA TEZİ

FARKLI DEBİ VE EĞİM KOŞULLARININ PARMAK EROZYONU VE SEDİMENT TAŞINIMI ÜZERİNE ETKİLERİ

Mehmet PARLAK

TOPRAK ANABİLİM DALI

ANKARA 2005

Her hakkı saklıdır

Prof. Dr. Mustafa R. ÇANGA danışmanlığında, Mehmet PARLAK tarafından hazırlanan bu çalışma 25/10/2005 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Toprak Anabilim Dalı’ında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir.

Başkan : Prof.Dr. Mustafa R. ÇANGA

Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Üye : Prof.Dr. Fazlı ÖZTÜRK

Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Üye : Prof.Dr. Mahmut YÜKSEL

Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Üye : Prof.Dr. Nutullah ÖZDEMİR

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Üye : Doç.Dr. Günay ERPUL

Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Yukarıdaki sonucu onaylarım

Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü

ÖZET Doktora Tezi

FARKLI DEBİ ve EĞİM KOŞULLARININ PARMAK EROZYONU VE SEDİMENT TAŞINIMI ÜZERİNE ETKİLERİ

Mehmet PARLAK Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Toprak Anabilim Dalı

Danışman: Prof. Dr. Mustafa R. ÇANGA

Parmak erozyonu, bir kanalcıkta yoğunlaşan akışlar tarafından toprak parçacıklarını koparılma ve taşınma sürecidir. Parmaklar eğimli arazilerde hem önemli bir sediment kaynağı hem de sediment iletim sistemidir.Çiftlik Serisi (Typic Calciorthid) toprağında, parmak erozyonu ve sediment taşınımı üzerine farklı debi ve eğim koşullarının etkisini saptamak için, laboratuvar çalışması yapılmıştır. 160 cm uzunluk ve 80 cm genişliğindeki toprak tavasında, denemeler 5, 10 ve 15 l/dk debi ve % 5, 10, 15 ve 20 eğimlerde yürütülmüştür.Debi ve eğimin artışıyla sediment konsantrasyonu artmıştır. 15 l/dk debi ve % 20 eğimde sediment konsantrasyonu 1027.66 g/l ile en yüksek değerde yer alırken, 5 l/dk debi ve % 5 eğimde 212.51 g/l ile en düşük seviyede yer almıştır.

Diğer uygulamalar bu iki değer arasında değişim göstermiştir. Toplam 60 dk süreyle yapılan denemelerde, 4 dk arayla toplanan sediment miktarları zamanın ilerlemesiyle azalma göstermiştir.Debinin artmasıyla akış hızı da artmıştır. Parmakların genişliği 6-11 cm olarak ölçülmüştür.Araştırmada belirlenen hidrolik akış parametrelerinden akış hızı (uf) 0.25-0.40 m s^-1, taban kesme basıncı (τ0) 1.687-6.888 N m^-2 ve akış gücü (Ω) ise 0.662-5.383 kg s^-3 aralıklarında saptanmıştır. Sediment konsantrasyonu ve hesaplanan akış parametreleri arasında üç ilişki oluşturulmuştur. Sediment konsantrasyonu ile akış parametreleri arasında yapılan logaritmik doğrusal modeller birim debi ve eğim sediment taşınımının % 92’ ini, akış gücü % 85’ ini ve kesme basıncı % 80’ ini açıklamıştır.

2005, 138 sayfa

Anahtar Kelimeler: Parmak erozyonu, yoğun akış, sediment taşınımı, akış parametreleri, toprak erozyonu

ABSTRACT Ph.D. Thesis

THE EFFECTS of DIFFERENT DISCHARGE and SLOPE CONDITIONS on RILL EROSION and SEDIMENT TRANSPORT

Mehmet PARLAK Ankara University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Soil

Supervisor: Prof. Dr. Mustafa R. ÇANGA

Rill erosion is defined as the process of soil detachment and transport of soil particles by concentrated flow.Therefore, rills are both an important sediment source and sediment delivery system for erosion in upland areas.This research was carried out in a laboratory on Çiftlik Series (Typic Calciorthid) soils to determine the effects of different discharge and slope conditions on rill erosion and sediment transportation. Soil pan with 160 cm length and 80 cm width was prepared to see the effects of different discharge and slopes. The values were 5, 10 and 15 l/min for discharge and 5, 10, 15 and 20 % for slope.With the increment in disharge and slope sediment concentration increased. The highest sediment concentration was 1027.66 g /l at the discharge value of 15 l/min and 20 % slope while the lowest value, 212.51 g/l, was obtained at that of 5 l/min and 5 % slope . The results of other trials changed between these values.

Experiments lasted 60 minutes and sediments were collected in 4 minutes intervals.

Getting closure to the end of the experiment time the amount of sediment decreased.With the increment in discharge flow velocity increased also. Rills were measured as 6-11 cm in wide.In the experiment, hydraulic parameters were determined as 0.25-0.40 m s^-1 for flow velocity, 1.687 - 6.888 Nm ^-2 for shear stress, 0.662-5.383 kg s^-3 for stream power. Three relationships between sediment concentration and calculated flow parameters could be established. The logarithmic-linear models between sediment concentration and flow parameters explain the unit discharge and slope 92 % of sediment transport by rill erosion, 85 % of stream power and 80 % of shear stress.

2005, 138 pages

Key Words: Rill erosion, concentrated flow, sediment transport, flow parameters, soil erosion

ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR

Temelde topraklar, mavi gezegenimizi çevreleyen ve dört ayrımlı kuşak olan atmosfer, hidrosfer, biyosfer ve litosferin birbirleriyle kesiştikleri yerlerde oluşmuş dinamik ve doğal kaynaklardan birisidir. Charles E. Kellog’ un dediği gibi ‘’Toprağı insan kutsal saydı: lanet ettiği de oldu. Ona alın teri kattı, onu sevdi. Onun sayesinde yaşadı ve onun için öldü.’’ İnsanlık için son derece değerli olan bu varlık, ne yazıktır ki, yine insanın bencil, bilinçsiz ve yanlış kullanımı sonucu, üstündeki koruyucu bitki örtüsünün tahrip edilmesi ile, yağmur, yüzey akış, rüzgar ve diğer erozyonu oluşturan unsurların etkisi altında kısa zamanda aşınıp taşınmaktadır.

Türkiye, her türlü toprak erozyonunun çok yaygın ve yoğun olduğu bir ülkedir. Bu tez ile ulusumuz ve ülkemiz için çok ciddi ve yaşamsal bir sorun olan toprak erozyonu konusuna ufacık bir katkı yapmak hedeflenmiştir.

Doktora programının her aşamasında yardımlarını hiç bir zaman esirgemeyen, sürekli teşvik ve desteklerini gördüğüm danışman hocam Prof. Dr. Mustafa ÇANGA’ ya, tez izleme komitesinde görev yapan ve tez çalışmamı yönlendirerek değerli katkılarda bulunan Prof. Dr. Fazlı ÖZTÜRK ve Prof. Dr. Mahmut YÜKSEL’ e, tez konumun belirlenmesinde yardımcı olan Doç. Dr. Günay ERPUL’ a, deney düzeneğinde istenilen debilerin ayarlanmasında yardımcı olan arkadaşım Dr. Ali ÜNLÜKARA’ ya, deney düzeneğinin yapılmasında emeği geçen Ziraat Mühendisi Cenk ÇAKMAK’ a teşekkür ederim.

Yoğun doktora programımın seradaki çalışmalarından itibaren gösterdiği sabır, anlayış ve desteği için çok değerli eşim Araş.Gör. Dr. Altıngül ÖZASLAN PARLAK’ a, sadece tezimde değil bana tüm yaşamım boyunca maddi ve manevi hiçbir desteklerini esirgemeyen anneme, babama, ablama ve kardeşime sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Mehmet PARLAK Ankara, Ekim 2005

İÇİNDEKİLER

ÖZET...i

ABSTRACT...ii

ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR... iii

SİMGELER DİZİNİ...x

ŞEKİLLER DİZİNİ... xi

ÇİZELGELER DİZİNİ... xii

1.GİRİŞ... 1

2.KAYNAK ÖZETLERİ...4

3.MATERYAL VE YÖNTEM...35

3.1 Toprak Örneğinin Alınması ...35

3.2 Toprak Örneğinde Yapılan Analizler...35

3.3 Araştırmada Kullanılan Toprak Örneğinin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri...37

3.4 Deney Düzeneğinin Kurulması...37

3.5 Toprak Tavasının Hazırlanması... 39

3.6 Denemenin Yapılması...39

3.7 İstatistiki Analizler...50

4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA...51

4.1 Farklı Debi ve Eğim Koşullarında Sediment Konsantrasyonu...51

4.2 Zamana Bağlı Olarak Sediment Konsantrasyonundaki Değişim... 53

4.3 Farklı Debi ve Eğimlerde Sediment Taşınımı...58

4.4 Farklı Debilerde Suyun Akış Hızı...67

5. SONUÇ... 69

KAYNAKLAR...71

EKLER...79

EK 1 5 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1) ...82

EK 2 5 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...83 EK 3 5 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...84 EK 4 5 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...85 EK 5 5 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...86 EK 6 5 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...87 EK 7 5 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...88 EK 8 5 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...89 EK 9 5 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...90 EK 10 5 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...91 EK 11 5 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...92

EK 12 5 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...93 EK 13 5 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...94 EK 14 5 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...95 EK 15 5 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...96 EK 16 5 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...97 EK 17 10 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...98 EK 18 10 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...99 EK 19 10 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...100 EK 20 10 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...101 EK 21 10 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...102

EK 22 10 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...103 EK 23 10 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...104 EK 24 10 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...105 EK 25 10 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...106 EK 26 10 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)... 107 EK 27 10 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...108 EK 28 10 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...109 EK 29 10 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)... 110 EK 30 10 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...111 EK 31 10 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)... 112

EK 32 10 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)... 113 EK 33 15 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,ToplamToprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...114 EK 34 15 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...115 EK 35 15 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...116 EK 36 15 litre/dakika Debi ve % 5 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...117 EK 37 15 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)...118 EK 38 15 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...119 EK 39 15 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)... 120 EK 40 15 litre/dakika Debi ve % 10 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...121 EK 41 15 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)... 122

EK 42 15 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu

Değerleri (Tekerrür 2)...123

EK 43 15 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...124

EK 44 15 litre/dakika Debi ve % 15 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...125

EK 45 15 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 1)... 126

EK 46 15 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 2)...127

EK 47 15 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 3)...128

EK 48 15 litre/dakika Debi ve % 20 Eğimdeki Farklı Zaman Aralıklarında Toplam Yüzey Akış,Toplam Toprak Kaybı ve Sediment Konsantrasyonu Değerleri (Tekerrür 4)...129

EK 49 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Birim Debi (m² s^-1) Değerleri...130

EK 50 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Akış Hızı (m s^-1) Değerleri... 131

EK 51 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Taban Kesme Basıncı (N m^-2) Değerleri... 132

EK 52 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Akış Gücü (kg s^-3) Değerleri...133

EK 53 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Parmak Genişlikleri (m) ...134

EK 54 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Reynolds Sayısı Değerleri...135

EK 55 Farklı Debi ve Eğimlerdeki Froude Sayısı Değerleri...136

ÖZGEÇMİŞ...137

SİMGELER DİZİNİ

y Akış Derinliği (m) uf Akış Hızı (m s^-1) Ω Akış Gücü (kg s^-3) Fr Froude Sayısı Re Reynolds Sayısı

τ0 Taban Kesme Basıncı (N m^-2)

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 3.1 1.6 m. uzunluğundaki toprak tavası ve yatay boru...38

Şekil 3.2 Araştırmada kullanılan deney düzeneği...39

Şekil 3.3 15 litre/dakika debi ve % 20 eğimde yapılan deneme... 45

Şekil 3.4 15 litre/dakika debi ve % 15 eğimde yapılan deneme...45

Şekil 3.5 15 litre/dakika debi ve % 10 eğimde yapılan deneme...46

Şekil 3.6 15 litre/dakika debi ve % 5 eğimde yapılan deneme... 46

Şekil 3.7 10 litre/dakika debi ve % 20 eğimde yapılan deneme...47

Şekil 3.8 10 litre/dakika debi ve % 15 eğimde yapılan deneme...47

Şekil 3.9 10 litre/dakika debi ve % 10 eğimde yapılan deneme...48

Şekil 3.10 10 litre/dakika debi ve % 5 eğimde yapılan deneme...48

Şekil 3.11 5 litre/dakika debi ve % 20 eğimde yapılan deneme...49

Şekil 3.12 5 litre/dakika debi ve %10 eğimde yapılan deneme...49

Şekil 4.1 Eğimxdebi interaksiyonunda sediment konsantrasyonunun değişimi...53

Şekil 4.2 Farklı eğimlerde, 5 litre/dakika debideki zamana bağlı olarak ortalama sediment konsantrasyonu...54

Şekil 4.3 Farklı eğimlerde, 10 litre/dakika debideki zamana bağlı olarak ortalama sediment konsantrasyonu... 56

Şekil 4.4 Farklı eğimlerde, 15 litre/dakika debideki zamana bağlı olarak ortalama sediment konsantrasyonu...57

Şekil 4.5 Sediment konsantrasyonu, birim debi ve eğimler için tahmin edilen ve ölçülen değerler... 63

Şekil 4.6 Sediment konsantrasyonu ve akış gücü için tahmin edilen ve ölçülen değerler...64

Şekil 4.7 Sediment konsantrasyonu ve taban kesme basıncı için tahmin edilen ve ölçülen değerler...65

Şekil 4.8 Farklı debilerde suyun ortalama akış hızı...68

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 3.1 Araştırmada kullanılan toprağın bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri...37 Çizelge 3.2 Parmakların ortalama genişliği...41 Çizelge 4.1 Farklı debi ve eğim koşullarında sediment konsantrasyonuna ilişkin varyans analizi sonuçları... 51 Çizelge 4.2 Farklı debi ve eğim koşullarında sediment konsantrasyonunun

ortalamaları...52 Çizelge 4.3 Farklı debilerde sediment taşınımının belirlenmesinde kullanılan hidrolik

akış parametrelerinin ortalama değerleri... 58 Çizelge 4.4 Sediment konsantrasyonu, birim debi ve eğime ilişkin varyans analiz

sonuçları... 61 Çizelge 4.5 Sediment konsantrasyonu ile akış gücüne ilişkin varyans analizi

sonuçları...62 Çizelge 4.6 Sediment konsantrasyonu ile taban kesme basıncına ilişkin varyans analizi

sonuçları... 66 Çizelge 4.7 Sediment konsantrasyonu ile akış parametreleri arasındaki ilişkinin

istatistiksel analizi...67

1. GİRİŞ

Erozyon insan ekolojisi ve ekonomisi bakımından; verimli üst toprağı uzaklaştırması, karayolları ve arazilerde oyuntulara, heyelanlara yol açması, akarsu kanalları ve su depolama havzalarında siltlenme, ötröfikasyon ve diğer bir çok yolla çevresel bozulmaya neden olması ile çok önemli etkilere sahiptir. Erozyon karmaşık bir takım olayları içermekte olup, mekaniği ve kontrolu hakkında bilinmeyen daha çok husus vardır (Taysun vd. 1995).

Ülkemizde erozyon açısından sorunsuz arazilerin yüzdesi 13.86 olmasına karşın, şiddetli ve çok şiddetli erozyonun etkisinin görüldüğü arazilerin oranı % 58.74’ dür.

Türkiye’de 57.15 milyon ha arazinin su erozyonuna maruz kalmasına karşılık rüzgar erozyonu çok yaygın değildir; toplam 506 309 ha alanda farklı düzeylerde rüzgar erozyonu görülmektedir. Sadece işlemeli tarım yapılan 27.7 milyon ha arazi incelendiğinde, toplam 16.4 milyon ha arazide ana sorun olarak erozyon vardır. Bunun yanında 1.08 milyon ha yaşlık ile 5.4 milyon ha uygunsuz toprak şartlarının sorun olduğu görülmektedir (Çanga 1995, Öztürk 1997).

Türkiye’de her yıl akarsularla 350 milyon ton toprak askı materyali olarak taşınmaktadır. Bunun ortalama olarak % 20’ si olarak kabul edilen yatak yükü de hesaplara katıldığında, ortalama 420 milyon ton toprağın denizlere taşındığı tahmin edilmektedir (Çanga 1995).

Sularla oluşan erozyon, arzın üzerinde toprakların teşekkül ettiği andan itibaren başlamıştır. İnsanlar arazinin doğal bitki örtüsünü kaldırıp, açtıkları tarlalarda korunma tedbiri almadan ziraat yaptıkları için toprak taşınması kaçınılmaz olmuştur.

Bir yağmur sağanağında aktif olan iki erozyon vasıtası vardır. Bunlardan ilki yağmur damlaları diğeri ise yüzey akıştır. Yağmur damlası, bulutta oluşup yere düşmesi esnasında ağırlığı ile orantılı olarak terminal hıza ulaşıncaya kadar bir enerji kazanır. Bu enerji damlanın kütlesi ve hızının bir fonksiyonu olarak ifade edilir. Yağmur damlaları hızla çarptıkları toprak agregat ve kümelerindeki taneleri birbirlerinden ayırırlar.

Yağmur damlaları ve bunların birleşmesinden oluşan yüzey suları toprak tanelerini önce arazi yüzeyindeki yerlerinden söker, sonra sıçratır, yuvarlar, kaydırır veya süspansiyon halinde taşır (Akalan 1983) .

Yağmur damlalarının birikmesinden oluşan yüzey suyu da arazinin eğimine göre akarken bir kinetik enerji kazanır. Bu da toprak materyalinin taşınmasında rol oynar.

Akan suyun neden olduğu erozyon; yüzey erozyonu, parmak erozyonu ve oyuntu erozyonu olmak üzere üçe ayrılır. Parmak erozyonu; yamaçlarda ve tarım alanlarının eğimli yerlerinde yüzey akışa geçen suların aşındırması sonucu oluşan birbirine paralel olarak uzanan çizgisel kanalcıklardır.

Parmak erozyonu, yüzey erozyonunun ilerlemiş bir safhasıdır. Eğimi % 4-5’den fazla olan arazilerdeki siltce zengin, yumuşak, yeni sürülmüş topraklarda parmak erozyonu en fazla rastlanan erozyon şeklidir.

Yoğunlaşıp bir kanaldan akmaya başlayan su, hem kendi etrafında dönme ve hem de nakletme enerjisi kazanır. Dönme enerjisi toprak parçacıklarını gevşetip yerlerinden kopartır. Nakletme enerjisi ise kopan parçacıkların eğim aşağı taşınmalarını sağlar. Bu enerjiler arazi üzerinde dar sahalarda yoğunlaştıkları taktirde, yüzey toprağının içerisinde parmakların açılmasına sebep olurlar. Eğimin en üst kısmında ve olayın ilk

safhalarında açılan parmaklar dar ve sığdır. Parmaklar birleşerek daha derin su oyuntularını ve dereleri oluştururlar. Parmak erozyonu yüzey erozyonuna nazaran daha bariz şekilde kendini göstermesine rağmen, çoğunlukla ihmal edilir. Meydana getirdiği kayıplar üzerinde uzun boylu düşünülmez. Çünkü oluşan küçük parmaklar toprak işleme aletleriyle kolaylıkla giderilir ve unutulurlar. Parmak erozyonu oluşturduğu zarar bakımından en az yüzey erozyonu kadar ciddidir.

Bu çalışmanın amacı, laboratuvarda kurulmuş olan bir düzenek yardımıyla farklı debi ve eğim koşullarının parmak erozyonu ve sediment taşınımı üzerine etkilerini belirlemektir. Ülkemiz koşulları ve topraklarına ait parametrik değerlerin bulunması çalışmanın amaçlarından birisidir. Erozyon modellerinde kullanılacak parametrelerin bilinmesi havza üzerinde model oluşturulmasına yardımcı olacaktır. Özellikle olay havza bazında kullanılan fiziksel temellere dayalı modeller ile yapılan erozyon tahminlerinde parametre değerlerinin bilinmesi açısından önemlidir.

2. KAYNAK ÖZETLERİ

Meyer and Wischmeier (1969) ile Foster and Meyer (1972a, 1975) şu anda işlemekte olan temel sürecin fiziksel bazlı tanımlamasını kullanarak, erozyon tahmin teknolojisinin gelişimini ortaya çıkaran ilkler arasındadır. Bu çalışmalarda yamaçlardaki erozyon süreçleri parmak ve parmaklar arası erozyon süreçleri olarak alt bölümlere ayrılmış ve her bir süreç grubu için denklemler geliştirilmiştir. Böyle belirleyici, toprak erozyon modelinin geliştirilmesinde bazı sıkıntılar ortaya çıkmıştır. Bu sıkıntıların giderilmesindeki çabalar erozyon sürecinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olmuştur.

Daha gerçekçi olmak gerekirse, bu tür modeller dinamiktir ve konumsal olarak dağılım gösterirler; yani bu modeller hem erozyonun hem de birikimin konumsal ve zamansal değişimini tahmin edebilmelidir. Foster and Meyer (1975)’ in çalışmaları, araştırma konularında çok büyük bir dönüşe sebep olmuştur. 1970’ lerin başından itibaren USLE ile ilgili araştırmalar yavaş yavaş azalırken, toprak erozyonuna sebep olan esas parmak ve parmaklar arası süreçleri üzerindeki çalışmalara daha çok önem verilmeye başlanmıştır.

Yukarıda da bahsedildiği gibi, Foster and Meyer (1972a, 1975) toprak erozyonu modelleme konusu üzerine çalışmalar yayınlamışlardır. Bu kavramsal modellerde, parmak ve parmaklar arası erozyon süreçleri arasında bir ayırım yapmışlardır.

Parmaklar arası erozyon yamaçların yarılmadığı yerlerde oluşan erozyondur ve burada ayırıcı unsur damla vuruş etkisidir, sediment taşınmasına da yüzey akış sebep olmaktadır. Genel olarak savunulan görüş parmaklar arası erozyonun taşıma ile sınırlı olduğudur;yani akışın taşıyabildiğinden çok fazla parçalanmış sediment bulundurmasıdır. Parmaklar yüzey akışın parçalayıcı gücünün çok önemli olduğu zamanlarda oluşur. Bunlar yüzey akışı yoğunlaştıran küçük kanallardır ve normal toprak sürüm işlemleriyle giderilebilir. Parmaklardaki konsantre olmuş akış, sedimenti hem parçalar hem de taşır. Ancak parmaklardaki akış her zaman taşıma - limitli değildir.

Bazı durumda, taşınan sediment miktarı parçalanan toprak miktarı ile belirlenir.

Birbirinden ayrılamayan 1) Parmaklar ne zaman başlıyor? 2) Parmak akışı ile ne kadar sediment taşınabilir? 3) Parmak akışı ile ne kadar toprak parçalanabilir? soruları aşağıda detaylı bir şekilde tartışılmıştır.

İlk sorunun önemi şu gerçeğe dayanıyor, eğer parmak ve parmaklar arası erozyon arasında ayrım yapan bir erozyon modeli baz alınacaksa, bunun parmak erozyonunun başlangıcını tahmin edebilmesini sağlayan bir parametre içermesi gerekir. Bu sorunun aynı zamanda daha genel jeomorfolojik bir önemi vardır. Parmak, henüz oluşmamış bir kanal olarak görülebilir. Bu nedenle, eğer toprak yüzeyinde kanalcıkların nasıl oluştuğu merak ediliyorsa, parmakların nasıl oluştuğunun anlaşılması gerekir. Horton (1945)’un önceden parmak başlangıcı tahmini için model geliştirmiş olması bir süpriz değildir.

Horton parmakların oluşmasının ön koşulu olarak parmakların kritik kesme hızı aşıldığı zaman oluştuğunu kabul etmiştir. Manning formülü kullanılarak, kritik kesme hızı, kritik eğim uzunluğu ve açısı arasında ilişkiler kurulabilir.

Manning eşitliği aşağıdaki şekilde verilebilir:

2 1 / 1 0 3 /

1 2 = −

= y S ms

u_f n

[ ]

uf : akış hızı (m s^-1)

n: Manning pürüzlülük katsayısı y: akış derinliği (m)

S0: eğim(m m^-1)

Eğer Horton’ un modeli kabul edilirse, temel sorun parmağı başlatan kritik kesme hızı değerlerinin nasıl belirlenebileceğidir. Bu ilk teorik çalışmaların yanı sıra, 1980’ den önce parmak başlayışı ile ilgili hiçbir deneysel çalışma gerçekleştirilmemiştir. Bu nedenle, bu konu üzerine Savat (1979, 1982) Lueven-Belçika Jeomorfoloji Laboratuvarı’nda bir program başlatmıştır ve bu program diğer laboratuvar çalışanları tarafından devam ettirilmiştir. Govers (1985) parmak oluşumunda iki koşul öne sürmüştür. Bunlardan ilki, parmak başlayışı, sadece akışın taşıma kapasitesi parmak

arası alanlardaki aşınan materyalin tamamını taşıyacak kapasitede olursa gerçekleşebilecektir. Diğeri ise, kaydadeğer bir parmak erozyonu sadece akış tarafından oluşan erozyonun seçici olmaması ile oluşabilir. Eğer yüzey akış tercihen daha ince materyal taşıyorsa, parmak erozyonu bir katman tarafından çabucak durdurulacaktır, böylece en az parmak oluşumu mümkün olacaktır.

Yüzey akış ile tınlı materyalin seçici taşıyıcılığı Savat (1982) tarafından daha önce çalışılmış ve taşınan sedimentteki ortalama tane büyüklüğünün, akışın hidrolik özellikleriyle bağlantılı olabileceği bildirilmiştir. Sonuç olarak, hem kesme hızı (u*) hem de ortalama hızın (uf) ve Froude sayısının (Fr) yüzey akış ile taşınan ortalama tane sayısı (f(d50)) ile bağlantılı olabileceği belirlenmiştir. Govers (1985) Leuven yakınlarındaki Everberg’ ten aldığı tınlı materyal örneğinde ek çalışmalar sürdürmüş ve kireçli lös üzerinde de çalışmalar yapmıştır. Deneylerin yapılış amacı, 3 m uzaklıkta sediment birikimi olduğu zaman, taşınan materyaldeki ortalama tane büyüklüklerinin değişkenliği üzerinde çalışmak için tasarlanmıştır. Aynı araştırmacı, taşınan materyaldeki ortalama tane büyüklüğünün akışın kesme hızı ile doğru orantılı olduğunu saptamıştır. Buna ilaveten, taşınan materyaldeki ortalama tane büyüklüğü, kesme hızının hemen hemen 0.03 m/s değerini aştığı durumlarda, ana materyaldeki ortalama tane büyüklüğüne eşit olmuştur.

Govers (1985) taşınan materyaldeki ortalama tane büyüklüğü ile akışın kesme hızı arasında pozitif ilişkiler bulunduğunu bildirmiştir. Araştırmacı bu durumu aşağıdaki eşitlikler ile açıklamıştır:

[ ]

1 2

2 3

2 2 3

2

*

)

( _{− −}

−

−

−

−

− = = =

=

= m s ms

kgm m kgms kgm

u Nm ρ

τ

[ ]

[

]

0

* = gRS = (ms⁻ )(m)(mm⁻ ) = m s⁻ =ms⁻

u

τ = γyS0 = Nm^-3 (m)(mm^-1) = [Nm^-2]

[ ]

γ = gρw = ms^-2 kgm^-3 = Nm-3

[ ]

g : yerçekimi ivmesi (L T^-2) R : hidrolik yarıçap (L) S0 : eğim (L L^-1)

τ : su kesme basıncı (N m^-2) ρw: su yoğunluğu (kg m^-3)

Govers (1985) ve Savat (1982)’ın tamamen farklı deneysel tasarımlar kullanması gerçeğine karşın, Verreydt (1981) ve Savat (1982) tarafından elde edilen deneysel sonuçların tekrardan ele alınması benzer sonuçları doğurmuştur. Her iki veri seti, tınlı topraklar için kesme hızının yaklaşık olarak 0.03 m/s olduğu zaman, yüzey akışın seçici olmadığını göstermiştir.

Yüzey akışın taşıma kapasitesiyle ilgili deneyler yapan Govers (1985), ilk aşamada çok iyi derecelenmiş olan Tongrian kumu ile çalışmıştır. Kesme hızı yaklaşık olarak 0.03 m/s lik hızı aştığı zaman, yüzey akışın gücünün keskin bir çıkış gösterdiğini belirtmiştir.

Bu sebeple, Govers bu kesme hızı değerinin tınlı topraklardaki parmakların başlayışı için eşik değer olabileceğini ortaya koymuştur. Bu önerinin halihazırda bulunan parmak oluşum fikirleriyle benzeştiği görülmüştür.

Savat and De Ploey (1982) daha önce parmak oluşumunun eğime bağlı olduğunu önermişler ve parmakların genelde eğim derecesinin yaklaşık 0.05’ i geçtiği zaman oluştuğunu söylemişlerdir. Eğimli arazilerde debide gerçekci olarak tahminler yapılırsa,

buradaki kritik kesme hız değerinin 0.03 m/s değeriyle bağlantılı olduğu gösterilebilir.

Arazi gözlemlerindeki ilk değerlendirmeler de pozitif sonuçlar vermiş ve bunlar daha yoğun bir araştırma ile onaylanmıştır (Govers 1991b).

Bu önerinin ilk onaylaması Rauws (1987) tarafından yapılan deneyler ile sağlanmıştır.

Kumlu materyal kullanılan deneysel bir olukta parmakların oluşumunu inceleyen araştırmacı, akış hidrolik parametrelerini, ilk makroskopik yarılmanın olduğu anda belirlemiştir. Sonuçta, parmak oluşturan ve oluşturmayan akışlar arasındaki en iyi ölçütün gerçekten de kesme hızı olduğunu bulmuştur. 0.03 m/s altındaki bir kesme hızı her zaman bir parmak oluşumuna neden olmazken; 0.035 m/s değerini aşan kesme hızı her zaman bir parmak oluşumuna neden olmuştur. Bryan and Poesen (1989), Slattery and Bryan (1992) tarafından elde edilen sonuçlar, bu kesme hızı değerinin parmak başlayışı için gerçek minimum değer olarak kabul edilebileceğini onaylamıştır. Rauws and Govers (1988), Merrit (1984)’in sonuçları da 0.03 m/s kesme hızında parmak başlangıcı göstermiştir.

Daha sonra anlaşılmıştır ki bu ölçüt parmak için sadece minimum bir eşik olarak kabul edilebilir. Aslında normal, sürülmüş yüzey ile ilgili iki önemli durum göz ardı edilmiştir. Birincisi tarımsal topraklar genellikle koheziftir, yani toprak parçacıkları birbirine yapışır ve teksel taneler gibi davranış göstermezler; ikincisi ise toprak yüzeyi genellikle düzgün değildir.

Toprak yüzeyinin pürüzlü olması gerçeği, üzerinden akan suyun erozyon gücü için önemli anlamları olduğunu gösterir. Eğer yüzey pürüzlü ise akış yavaşlayacaktır ve derinliği de artacaktır. Bu doğal olarak gösterir ki, akışın kesme basıncı ve aynı zamanda kesme hızında artış olacaktır. Bu sonuç bizi akışın erozif gücünün ortalama hızı düştükçe arttığı çelişkisine götürür ki, daha önceki sonuçlara bakarsak bu kesme hızı veya kesme basıncına bağlıdır.

Govers and Rauws (1986) akışın erozyon ve taşıyıcılığı, aktığı yüzeyin pürüzlülüğünün artmasıyla fazlalaşmaktadır çelişkisinin şu gerçeğe dayalı olduğunu göstermişlerdir.

Düzgün olmayan yüzeylerde, pürüz oluşturan unsurlar (bitkiler, taşlar, büyük agregatlar vb.) kesme basıncının bir kısmını dağıtır. Bu nedenle, Einstein and Barbarossa (1952)’

ın geliştirdiği gibi, bir yüzey akış işlemi kullanarak tane kesme hızını hesaplamayı öngören bir teklif getirmişlerdir. Yani, parçalayan ve taşımayı sağlamada kullanılan kesme hızının bir bölümünü hesaplamak istemişlerdir. Bu işlem Darcy-Weisbach sürtünme faktörünü oluşturmayı ve tane bileşenlerine ayırma üzerine kurulmuştur.

Böylece:

f = f’ + f’’

[ ]

burada:

f : Darcy- Weisbach sürtünme faktörü (boyutsuz) f’: tane sürtünme faktörü (boyutsuz)

f’’: oluşum sürtünme faktörü (boyutsuz)

Govers and Rauws (1986) akış Reynolds sayısı, eğim yatağı ve tane pürüzlülüğü bir tarafta ve tane sürtünme faktörü de diğer tarafta, bunlar arasındaki ilişkinin oluşum pürüzlülüğünün büyüklüğü ile bağımsız olduğunu varsaymışlardır. Bu yaklaşımla, pürüzlü bir yüzeyden geçen ince bir akışın taşıyıcılık kapasitesini tahmin edebileceklerini göstermişlerdir. Eğer tane kesme hızı kullanılırsa, düzgün olmayan yüzeylerde de 0.03 m/s kesme hızı aşıldığında, akışın taşıma kapasitesinin birden bire artığını gözlemlemişlerdir. Aynı zamanda, düz ve düzgün olmayan yataklarda taşıma kapasitesini tahmin etmeye yarayacak başka bir potansiyel hidrolik parametre geliştirmişlerdir. Buna da birim akış gücü demişlerdir. Birim akış gücü sıvının her bir birim zamana ve her bir birim yoğunluğuna düşen enerjinin dağılımıdır.

qS gρ

=

Ω [2.7]

Ω: akış gücü (kg s^-3) g: yerçekimi ivmesi ( m s^-2 )

ρw: suyun yoğunluğu (kg m^-3) q: birim debi (m² s^-1)

S0: eğim (m m^-1)

Ortalama akış hızı, oluşum ve aynı zamanda tane pürüzlülüğüne bağlı olduğundan, bu parametre oluşum pürüzlülüğünün etkisini açıkça hesaba katmaktadır ve düzeltme işlemine de hiç ihtiyaç yoktur. Böylece, düzgün olmayan yüzeylerde de hidrolik parametrelerin hesaplanması mümkündür. Ancak, parmak başlayışının tahmini için, kohezif bir toprak yüzeyinin erozyona karşı dayanıklılığını ölçebilen kullanışlı bir parametre bulmak gerekmektedir. Rauws and Govers (1988), Torri et al. (1987) ve Crouch and Novruzzi (1989) parmakların başlayışını laboratuvar ortamındaki oluklarda gözlemlemişlerdir. Bu deneyler sırasında, ilk akış yarığı oluştuğu anda hem toprak mekanik gücü hem de hidrolik koşullar gözlenmiştir. Parmak başlayışı için kritik kesme hızının toprak yüzeyindeki kesme gücüyle bağlantılı olabileceğini bildirmişlerdir.

Poesen and Govers (1990)’ın bulduğu sonuçlar, Rauws and Govers (1988) ve Torri et al. (1987)’ ın bulgularıyla uyum göstermektedir.

Şüphesiz, bu ilişkiler, kohezif bir toprağın tane büyüklüğünü ve düzgün olmayan yüzeylerde ortalama akış hızını tahmin etmek için yeni bir yöntem geliştirilmezse, herhangi bir modelde uygulanamaz. Rauws and Govers (1988), toprağın suda dayanıklı agregat büyüklüğü dağılımının ortalama çapını göreceli tane büyüklüğü olarak kullanmayı önermişlerdir. Bu öneride, agregatlar suyla parçalanmaya karşı dayanıklıysa, bunlar “parçalanma ve taşınma safhasında toprağın durumunu temsil etmektedirler gerçeğini” gözönünde bulundurmak oldukça akılcıdır. Rauws (1989), kabul edilebilir bir tahminle, düzgün olmayan yüzeylerde ortalama akış hızının hesaplanmasını sağlayan birkaç ilişki sunmuştur.

Son yirmi yılda tarım topraklarında parmak oluşumunun başlayışını tahmin edebilmek için gerekli yöntemler geliştirilmiştir. Horton (1945)’ un modelini göstermek için gereken deneysel bağlantılar geliştirilmiştir. Eğer yüzey akış sırasındaki kesme gücü, yüzey pürüzlülüğü, eğim ve birim debi bilinirse, bu model ile prensip olarak parmakların ne zaman başlayacağını tahmin etmek mümkündür. Parmak başlayışları üzerine deneysel çalışmalar, aynı zamanda bazı eski anlayışlarında açıklığa kavuşmasına yardımcı olmuştur. Parmak başlayışının eğime bağlı olmasının sebebi, aynı zamanda eğime bağlı olan parmak oluşturan akış kapasitesinin (tane) kesme basıncı tarafından belirlenmesinin bir sonucudur. Uygun kesme basıncının büyük bir kısmı, erozyona duyarlı olmayan bitki örtüsü unsurları üzerine dağılacağını göstermiştir.

Parmak erozyonuna bağlı olarak ele alınan ikinci sorunun yanıtı ise, yamaç erozyonu için herhangi bir süreç bazlı modelin, akışın taşıma kapasitesini tahmin etmeyi sağlayacak olmasıdır. Belli bir noktadaki akışın taşıma kapasitesi, o noktadaki maksimum net toprak miktarına eşittir. Örneğin, bir traktörün tekerlek izindeki akış başlangıcında, akışın taşıma kapasitesi, taşınan bütün materyali parmak arası alanlardan akış yoluna boşaltacak kadar yüksek olabilir. Ancak, zamanla taşınan materyalin ne kadarının akış ağına ulaştığını tahmin edebilmek için, temel bir eğim segmentinden taşınabilen sedimentin miktarının bilinmesi gerekecektir.

Farklı büyüklüklerdeki ve yoğunluklardaki tanelerin farklı taşınabilirliğinin olduğu gerçeği, birikme ve taşınma süresince derecelenmeye sebep olacaktır.

Bazı araştırmacılar, akışın parçalanma kapasitesinin doğrudan taşıma kapasitesi ile bağlantılı olduğunu belirtmişlerdir (Foster and Meyer (1972a). Aynı araştırmacılar bu ilişkiyi aşağıdaki gibi açıklamışlardır:

c s c r

T q

DD +

[ ]

burada:

Dr : parçalama oranı (M L^-2 T^-1)

Dc : akışın parçalama kapasitesi (M L^-2 T^-1) qs : sediment taşıma oranı (M L^-1 T^-1) Tc : akışın taşıma kapasitesi (M L^-1 T^-1)

Son yıllarda geliştirilen fiziksel modellerin çoğu sediment taşıma kapasitesi eşitliğini içermektedir. Her ne kadar kalibrasyon sabiteleri bazen değiştirilmiş olsa da, birçok durumda, nehirlerdeki sediment taşıma kapasitesini tahmin etmek için geliştirilen formüller bu amaçla kullanılmaktadır. Çok sınırlı deneysel verileri kullanarak, Foster and Meyer (1972b), Yalin (1963) tarafından önerilen formülün yüzey akış koşullarına en uygun formül olduğunu söylemişlerdir. Bu formül, o zamandan beri çok sayıda modelde kullanılmıştır, bunların içinde, Dillahah and Beasley (1983), Kahnbilvardi et al. (1983), Park et al. (1982) ve WEPP modeli (Nearing et al. 1989) tarafından önerilen modeller de vardır. Kullanılan diğer formüller: Morgan (1980) tarafından kullanılan Ackers and White (1973)’ın formülü, Rose et al. (1983) ve Gilley et al. (1985) tarafından kullanılan Bagnold (1966)’un formülü, Komura (1976), Mossaad and Wu (1984) tarafından kullanılan Kalinske (1942)’in formülü, Wilson et al. (1984) tarafından kullanılan Yang (1972, 1973)’ın formülüdür. Birkaç modelci farklı bir yaklaşım sergilemektedir. Tödten (1976) ve Prasad and Singh (1982) sediment parçalanması ve taşınması üzerine basit fiziksel anlayıştan karmaşık bir ifade ortaya çıkarmışlardır.

Diğerleri, yüzey akışın taşıma kapasitesi ve basit hidrolik parametreler arasında ilişki kurmuşlardır (David and Beer 1975, Kirkby 1980, Croley 1982).

Yalin (1963)’in eşitliği aşağıdadır:

∑

∑

⎢⎣⎡

=

= ⁿ

i

s s i i n

i

si d u

T P S q

qs

1

* 1

ρ

[ ]

burada :

( )

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ − +

= _{i i}

i i i

i AS

S S A

P 1 ln1

1 635 .

0 [2.10]

4 . 0 4 . 0

45 .

2 _cri

s w

i Y

A ⎥

⎦

⎢ ⎤

⎣

= ⎡

ρ

ρ

[ ]

) 0 (

1 ≥

−

= _i

cri

i i S

Y

S Y

[

]

∑

= ⁿ

i

Si

T

1

[2.13]

burada :

Yi : akış derinliği (m) u* : kesme hızı (m/s)

ucr : taşıma başlangıcındaki kritik hız (m/s) ds : tanecik çapı (m)

Ai : kritik taban kesme basıncı

T : toplam aşırı taşıma gücü (boyutsuz) Ycr : kritik kesme hızı

qs : sediment taşıma kapasitesi ( kg/ (m s) ) Si : aşırı taşıma gücü (boyutsuz)

Pi : i büyüklük sınıfındaki sediment karışım oranı ρs : toprak tanecik yoğunluğu (kg/m³)

ρw : su yoğunluğu (kg/m³)

Teorik yaklaşımların çeşitliliğine rağmen, 1985 yılından önce yüzey akışın taşıma kapasitesi üzerine deneysel veri bulunmamaktaydı. Yine de, deneysel verilerin

Nehir akışı için en uygun taşıma kapasitesi formülü bile, bir ya da iki tane kalibrasyon sabitini içermektedir. Bunun nedeni, fiziksel prensiplerden çalkantılı bir akışın iki aşamalı hareketinin kolaylıkla açıklanamamasından kaynaklanmaktadır. Govers (1990a) yüzey akışın taşıma kapasitesini belirlemek için bir dizi deney yapmıştır. Uygulanan deneysel işlem aslında çok basittir. 6.0 m uzunluğunda ve 0.117 m genişliğinde hidrolik kanallar iyi derecelenmiş kuvars materyali ile kaplanmıştır. Kanallar istenilen eğime getirildiğinde, belli bir debi ile su uygulanmıştır. Kanalın en sonunda su ve taşınan sediment toplanarak taşıma kapasitesi hesaplanmıştır. Sonuçların ilk analizi 1990’ da sunulmuştur (Govers 1990a). Ortalama tane büyüklüğü 60 ile 1100 μm arasında değişen iyi derecelenmiş granüler kuvars materyali, 1°’den 12°^’ ye kadar olan eğim ile 1 ve 100x10^-4 m³ s^-1 arasında değişen debi kullanılarak 400’ e yakın deney verisi elde edilmiştir. Nehir formüllerinde de bulunan basit hidrolik parametrelerle yüzey akışın taşıma kapasitesi arasında bağlantı kurulmuştur. En evrensel parametre taban kesme basıncı (τ0) gibi görünmektedir. Ancak ince sedimentler için birim akış gücü (Ω) ve kaba sedimentler içinde etkili akış gücü (Ωetk) (Bagnold 1973, 1980) kullanılarak daha iyi bir korelasyon elde edilmiştir. Govers (1990a) kesme basıncına, etkili akış gücüne ve birim akış gücüne bağlı yüzey akış sediment taşıma kapasitesini tahmin etmek için bir seri deneysel bağlantı ileri sürmüştür. Literatürde bulunan sınırlı veriyi kullanarak yapılan ilk yaklaşım akılcı sonuçlar doğurmuştur. Bu sonuçların, aynı zamanda, Shields- tipi deneylerde (ilk gevşek ve homojen yatak tanelerinin hareket etmeye başladığı zaman yapılan gözlem) belirlenen kritik kesme basıncının taşıma kapasitesini tahmin etmekte bağlantısı olmadığını göstermiştir. Taşıma oranının azalmasından elde edilen kritik değerler ile deneysel olarak elde edilen kesme basıncının kritik değerleri (Govers 1987) karşılaştırıldığında, gerçekten de aralarında hiçbir ilişki olmadığı görülmüştür. Govers (1989)’a göre taneler harekete geçtiği anda yüksek hızda hareket etmektedirler. Her ne kadar başlangıç yatak hareketliliğini tahmin etmek için Shields ölçütleri kullanılabilirse de, bunun taşıma kapasitesini tahmin etmeyle bağlantısı sınırlı görünmektedir. Shields parametresi aşağıdaki şekilde formüle edilmiştir:

=

=

− =

=

Θ ₋ ⁻ ₋⁻

2 2

2 2 3

2

2 2 2 3

*

) )(

( )

( m s

m s m kgm ms

s m kgm d

g u

s w s

w

ρ ρ

ρ # [2.14]

burada:

Θ : Shields parametresi (boyutsuz)

Govers (1990b), eğimi % 1.7 ile 21 aralığında değişen laboratuvardaki bir olukta silt ve kum büyüklük sınıflarındaki 5 tane iyi derecelenmiş kuvars materyalinde, taşınma ile ilgili bir seri deney yapmıştır. 5 materyalin büyüklük sınıfları farklı olmasına rağmen, sediment taşınma oranı ve kesme basıncı arasındaki ilişki mantıklı bulunmuştur. Etkili akış gücü ve hidrolik yarıçap, üç materyalin büyüklük sınıfıyla uyumlu bulunmuştur.

Adı geçen araştırmacı aşağıdaki eşitliği vermiştir:

Tc= Aq^BS0C [2.15]

burada:

Tc: taşıma kapasitesi (kg m^-1 s^-1) q : birim debi (m² s^-1 )

S0: eğim (m m^-1)

A,B,C: farklı büyüklük sınıfları ve akış rejimlerinde değişen katsayılar

Son yıllarda, yüzey akışın taşıma kapasitesi üzerine bağımsız olarak toplanmış veri bulmak mümkün olmuştur. Bu nedenle, Govers (1992a) ek veriler toplamış ve analizini daha da ileri götürmüştür. Aynı araştırmacı, öncelikle birkaç tane mevcut taşıma kapasitesi formülünün performansını test etmiştir. Bunlar Meyer-Peter and Müller (1948), Yalin (1963, 1977), Yang (1972, 1973), Low (1989) ve Lu et al. (1989)’ ın formülleridir. Meyer-Peter ve Müller‘in formülü en eski formüllerden biri olduğu için çok sık kullanılmıştır. Yalin ve Yang’ ın formülleri yüzey akış tarafından sediment taşınması modellemesinde sıklıkla kullanıldığından dolayı tutulmuştur. Low (1989)’ un formülü, yoğunluk etkilerinin hesaplanması için Smart (1984)’ın formülünün

değiştirilmiş halidir. Bu formül, dik yamaçlardan elde edilen deneysel verileri kullanarak geliştirilen tek formül olmasından dolayı ilginçtir. Her ne kadar Govers (1990b)’ ın deneylerinden farklı olarak, birim debi daha yüksekse de sediment büyüklükleri daha kabadır. Son olarak Lu et al. (1989)’ın formülü yüzey akış verileri kullanılarak geliştirildiği için test edilmiştir.

Yukarıda bahsedilen formüllerin hiçbiri çok sayıda deney üzerinde iyi bir sonuç göstermemiştir. Low (1989) ‘un formülü daha kaba materyalde mükemmel sonuçlar vermiştir, ama daha ince materyaller için sediment taşıma kapasitesini daha az tahmin etmiştir. Her ne kadar yüzey akış verileri kullanılarak geliştirilmiş olsa da, Lu et al.

(1989)’ın geliştirdiği eşitliğin kötü sonuç gösterdiği gözlemlenmiştir.

Meyer-Peter and Müller (1948) ve Yalin (1963,1977)’in formülleri klasik aşırı kesme yatak yükü eşitliklerine aittir, bu formüller aynı zamanda Bagnold (1966), Engelund and Fredsoe (1967) formüllerini de kapsar. Bu tür formüllerin gösterdikleri aşağıdaki açıklama ile tahmin edilebilir:

5 . 1

~τ~

qs

[

]

Bu tür formüllerin hepsinin, Meyer-Peter ve Müller (1948) ve Yalin( 1963, 1977)’ in formülleriyle aynı davranışı göstermesi beklenir ve bunlar yüzey akışı için uygun değillerdir. Aslında Govers (1990b)’ın verileri, yüzey akışın kesme basıncı üssünün daha yüksek olması gerektiğini göstermektedir. Yalin (1963) formülünün daha önceki değerlendirme girişimlerinin başarılı olmasının altındaki gerçek, muhtemelen test yapmak için kullanılan verilerin sınırlı bir alanda olmasıdır.

Yang (1972, 1973)’ ın formülleri birim akış gücüne dayanır. Birkaç araştırmacı yüzey akışın sediment taşınımını tahmin etmede birim akış gücünü önermişlerdir (Govers and Rauws 1986, Moore and Burch 1986, Loch et al. 1989, Govers 1990a,). Ancak, Yang (1972, 1973)’ ın orijinal formülleri kanal ve nehir verilerini dikkate almaktadır. Yalin (1963)’in formülünü düşünecek olursak, bu formül yüzey akış koşullarına doğrudan uygulanamaz. Yang (1972, 1973)’ın eşitliklerinin geçerliliğindeki önceki başarısının sebebi muhtemelen test edilen koşulların aralığının sınırlı olmasıdır.Low (1989)’un formülü daha kaba materyaller için, (>400 μm) en azından, kesme basıncının kritik değerden çok daha yüksek olduğu durumlarda, iyi sonuç göstermiştir. Ancak, bu formül daha ince materyaller için gerekenin altında tahmin yapmaktadır. Bu pek şaşırtıcı değildir, çünkü Smart (1984) ’ın formülü yatak yükünü tahmin etmek için geliştirilmiştir. Tane hızlarının ölçümlerine dayanarak, Govers (1989), sadece 400 μm büyüklüğünü geçen tanelerin yüzey akışta yatak yükü davranışı sergilediğini göstermiştir. İnce materyaller, sadece yatak hızından daha yüksek olan hızlarda hareket edebiliyor, bu da onların sadece yatağa yakın hareket ettiğini değil, aynı zamanda süspansiyonda olduğunu da göstermiştir.Yatak-yükü formülü kullanıldığında, bu materyallerin akış taşıma kapasitesinin doğru olarak tahmin edilememesi pek şaşırtıcı değildir.

Lu et al. (1989)’ ın formülü yüzey akış koşullarından elde edilen verilerden geliştirilmiş olmasına rağmen, Low (1989)’ un formülünden daha da kötü sonuç göstermiştir. Bunun sebebi, yine test edilen koşulların sınırlı olmasından kaynaklanmıştır. Bu durumda kesme basıncı hiçbir zaman 0.3 N m^-2 ‘i geçmemiştir.

Sonuçta, Govers (1989), kendi analizlerinden yola çıkarak, kanal deneyleri ve nehir gözlemlerinden yüzey akış koşulları için formüller üretmenin sorunlu olduğunu belirtmiştir. Sadece, Low (1989)’un formülünün en azından kaba materyaller için, yüzey akışın taşıma kapasitesini tahmin etmede gerçek potansiyelinin olduğunu belirtmiştir. Diğer formüllerin başarısız olmasının temel sebebi, bunların dik eğimlerde yapılan deneysel verilere göre geliştirilmemesi veya düzeltilmemesidir.

Önerilen eşitliklerin, parmak akışının taşıma kapasitesini tahmin etmekte kabul edilebilir bir kesinlik verdiği sonucuna varabiliriz. Özellikle, taşıma kapasitesi üzerine sediment yoğunluğunun etkisini değerlendirmek için, daha fazla deneysel çalışmanın yapılması gerekmektedir. Bununla birlikte, bu sonuçların parmaklar arası akışın taşıma kapasitesiyle birleştirilmesi gerekir. Çünkü bunun daha düşük akış hızı vardır ve yağmur damlasından çok daha fazla etkilenir (Everaert 1991). Sonuç olarak, diyebiliriz ki, artık elimizde yüzey akışın taşıma kapasitesini yeterli olarak tahmin edebilmek için deneysel bir taban vardır.

Geriye kalan büyük sorun parmaklardaki ilgili hidrolik parametrelerin hesaplanmasıdır.

Parmaklar açıkça göz önünde bulundurulsa bile, şu andaki modelleme teknolojisi yüzey akışa yön vermek için Manning eşitliğine güvenir (Abbott et al. 1986, Bathurst 1986, Hirschi and Barfield 1988). Bununla birlikte, Govers (1992b), akış parçalanması üzerine bir dizi deney sırasında, parmaklardaki ortalama akış hızının eğim derecesinden bağımsız olduğunu gözlemlemiştir. Debi ve ortalama akım arasındaki ilişkiler, aşınan parmaklarda debinin konumsal ve zamansal hesaplamalarını kaydadeğer bir şekilde kolaylaştırabilir. Akış hızını hesaplamak için eğim ve materyalin çok az önemi var gibi görünmektedir. Bu gözlemlerden anlaşılacağı gibi, Manning eşitliği parmaklardaki akışı tanımlamak için yetersizdir. Bu eşitliğin kullanılması, havzalardaki parmaklarda hidrografta eğimin etkisini fazla tahmin etmeye yol açacaktır (Foster et al. 1982). Eğer parmak oluşmuş eğimlerde Manning eşitliği uygulanırsa, tahmin edilen hidrograf dik eğimler için çok yüksek, düşük eğimler için de çok düşük olacaktır. Bunun aynı zamanda erozyon modellemesi için de bir anlamı vardır. Erozyon tahminleri için kullanılan kesme basıncı gibi hidrolik parametreler, genelde, eğim ve debinin doğrusal olmayan fonksiyonlarıdır. Manning eşitliği hız ve debi arasındaki ilişkiyi vermektedir.

Eğer parmaklardaki debi bilinirse, birim akış gücü ve buna bağlı olarak akışın taşıma kapasitesi aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanabilir.

uf = 3.52 Q^0.294

[

]

burada:

uf : akış hızı (m s^-1) Q : parmak debisi (m³s^-1)

Yine de bu verilerle akışın kesme basıncını hesaplamak mümkün değildir. Bunun için, akışın ıslak kesitine ve hidrolik yarıçapları arasındaki ilişki üzerine detaylı bilgi gerekmektedir.

Parmak erozyonuna bağlı olarak açıklaması yapılan parmak akışı ile ne kadar toprak parçalanabilir sorusuna gelince; yüzey akışın taşıma kapasitesi her ne kadar bir parselden ayrılan sedimentin miktarını belirlese de, yüzey akışın sediment yükü her zaman taşınabilirlik seviyesinde değildir. Bunun anlamı şudur: erozyon miktarı taşıma kapasitesinin artmasına kolayca eşitlenemez demektir. Parmaklardaki akış parçalanmasını tahmin etmek için daha iyi bir ifadeye ihtiyaç vardır. Akış parçalanmasını tarif etmek için birçok teorik yaklaşım sunulmuştur. Araştırmacılar basitçe aşırı kesme ifadesini kullanmaktadır (Hirschi and Barfield 1988).

Dr = a (τ0-τcr) ^b

[

]

burada:

a ve b : regresyon katsayıları

Dr: parmak yatağındaki parçalama oranı (M L^-2 T^-1) τ0: taban kesme basıncı (F L^-2)

τcr : kritik taban kesme basıncı (F L^-2)

Diğerleri ise parçalanma kapasitesini, taşıma kapasitesi ile bağlantılandırırken ya parçalama kapasitesi ile taşıma kapasitesi arasında bir orantı varsaymakta ya da daha karmaşık bir denge modeli kullanmaktadır (Rose et al. 1990).

Erozyon direncinin zamansal değişikliklerini tahmin etmek için arazi ve laboratuvar deneylerinden veri almak gerekmektedir. Govers et al. (1990) kohezif toprakta yüzey akış erozyon direnci üzerine başlangıç nem içeriğinin etkisi üzerinde çalışmışlardır. İlk seri deneyler, Fransa’daki Jeomorfoloji Merkezinde (Caen) kurulan büyük bir kanalda (20 m uzunluğunda, 1.4 m genişliğinde) yapılmıştır. Kanalda kullanılan toprak siltli tınlı bünyede olup taş ocağından temin edilmiştir. Kanaldaki akış yapay yağmurlayıcı kullanılarak oluşturulmuştur. Kanal, parmaklar arası alanları sıçratmayla oluşan sedimentleri en aza indirebilmek için, plastik ile kaplanmıştır. Toplamda 7 deney yapılmıştır. Bütün deneyler yaklaşık 90 dakika sürmüştür ve yağış yoğunluğu yaklaşık 100 mm/saat’te sabitlenmiştir. Her deney öncesi ve sonrasında toprağın nem içeriği, hacim ağırlığı, mümkünse üst toprağın veyn kesme direnci belirlenmiştir. Deneyler sırasında sediment ve debiyi belirlemek için kanalın aşağı doğru olan eğiminde örnekler toplanmıştır. Başlangıç nem içeriği ve hacim ağırlığı deneyler arasında farklılık göstermiştir. Ortalama akış hızı belirlenmiştir. Herhangi bir parmak oluşumu durumunda, parmakların genişlik ve derinlikleri bütün kanal boyunca düzenli olarak ölçülmüştür. Veyn kesme direnci ölçümleri, elle çalıştırılan bir Torvane aletine 48 mm çapında ve pervaneleri 5 mm uzunluğunda hassas bir pervane adaptörü takılarak yapılmıştır. Deneyden sonra parmak bölmeleri de 1 m aralıklarla incelenmiştir. Bu çalışmanın temel sonuçları şunları göstermiştir: siltli tınlı toprağın erozyon direnci (kanalın sonundan elde edilen sediment konsantrasyonu ölçümlerine göre) başlangıçtaki nem içeriğine önemli derecede bağlı olmuştur. Başlangıçta kuru koşuldaki bir toprağın, tarla kapasitesine yakın nem içeriği olan bir toprakla karşılaştırılınca daha aşınabilir olduğunu bildirmişlerdir. Kemper et al.(1985), toprağın hızlı ıslanması sırasında oluşan yapıdaki değişikliklerin, en son sediment çıkışının belirlenmesinde büyük rol oynadığını belirtmiştir. Kuru toprağın ıslanması, sıkışmış havanın neden olduğu pozitif gözenek basıncı sonucunda parçacıklar arasındaki bağların dağılması yüzünden, parçalanmaya neden olabilir. Bu işlem çoğu durumda agregat parçalanmasına bağlıdır (Çanga et al.

1984, Le Bissonais et al. 1989). Bununla beraber, ıslanma sırasında killi bileşiklerin şişmesi mikro çatlakların oluşumuna ve farklı genişlemeye neden olabilir (Grimaldi and Tessier 1986). Bunların etkisi başlangıç nem içeriğinin azalmasıyla artacaktır.

Erozyon direncini toprağın veyn kesme direnci ile bağlantılandırma girişimleri olmuştur. Parmak tahminleri ile ilgili olarak daha önceki başarılara rağmen, Govers et al. (1990), toprağın agregatlı olduğu durumda, veyn kesme gücü ile düzeltilmiş toplam toprak kaybı arasında bir ilişki bulamamıştır. Aslında, toprak erozyon duyarlılığı ve veyn kesme gücü arasındaki ilişkinin, başlangıçtaki su kapsamına fazlasıyla bağlantılı olduğu belirlenmiştir.

Normal koşullarda, bir toprak profilindeki nem içeriği nadiren sabit olacaktır. Özellikle bahar ve yaz mevsimlerinde, buharlaşmanın etkisiyle profilin üst kısmı genellikle nispeten kuru olacaktır. Bu nedenle, profil boyunca toprak erozyon direncinin de zaman içerisinde farklı olması beklenebilir. Bu nedenle, Govers (1991a), bu etkileri araştırmak için, 5.0 m uzunluğunda ve 0.4 m genişliğindeki kanallarda bir dizi deney yapmıştır.

Burada toprak kızılötesi lambalarla belli bir süre kurutulmuştur. Böylece toprak profili boyunca büyük farklılıklar gösteren nem içeriği elde edilmiştir. 60 mm/saat şiddetinde yağış yüzey akış oluşuncaya kadar uygulanmıştır. Bu sırada, debisi 0.12 ile 0.15x10^-3 m³ s^-1 oranında ek akış uygulanmıştır. Sonuçlar bu tür koşullarda erozyonun gerçekte zamana dayalı olduğunu göstermiştir. Araştırmacıya göre, eğer tınlı toprağın başlangıçtaki nem içeriğinin değişimi bilinirse, erozyondaki değişikliklerde teorik olarak tahmin edilebilir.

Daha sonra, killi Avustralya toprakları için de yüzey akış erozyon direnci üzerine başlangıç nem içeriğinin güçlü bir etkisi olduğu görülmüştür (Govers and Lonch 1993).

Bağımlı değişkenleri toprağın nem miktarıyla ilişkilendirmek mümkün oldu. Aynı zamanda, tek bir toprağın göreceli değişkenlerinin veyn kesme gücüne bağlı olduğu görülmüştür, ama bu ilişki araştırma yapılan iki toprak içinde farklı bulunmuştur.

Govers (1991a)’ın verileri nem içeriği ve yüzey akış arasındaki ilişkiden çok daha fazlasının beklenebileceğini göstermektedir. Bu çalışmalar, test edilen iki toprağın erozyon direnci üzerinde başlangıçtaki su içeriğinin çok önemli etkileri olduğunu göstermiştir.

Lyle and Smerdon (1965)’un oluk çalışmasından sağladıkları deneysel sonuçlar bir toprakta parçalama oranı ve kesme basıncı arasında bir ilişkiyi göstermiştir. Fakat bu sonuçlar sabit eğimli oluğu kullanarak sağlanmıştır. Ortak kanı parçalama oranının akış sınırında dağılan akış enerjisinin bir fonksiyonu olduğudur. Akış kesme gerilimi ve kesme gücünün toprağın koparma oranıyla ilgili olduğu hipotezi birbirinden bağımsız olarak değişen eğim ve akış derinliğinde denenmiştir.

Bazı araştırmacılar (Foster and Meyer 1975, Brown et al. 1989) parmak erozyonunun genellikle debinin artmasıyla arttığını saptamışlardır.

Kalman (1976) % 8 - 40 eğim aralığında akış hızı üzerine eğimin etkisinin olmadığını bildirmiştir.

Savat and De Ploey (1982), bir çok alanda geçici parmakların 2°-3° veya daha dik eğimlerde oluştuğunu bildirmişlerdir.

De Ploey (1983) yaptığı bir derlemede daha sonraki yıllarda yüzey akış ve parmak oluşum mekanizmalarının aydınlatılmasının üst toprak fiziği ve hidroliğinin daha iyi anlaşılmasına bağlı olacağını belirtmiştir. Bu durumun önemli parametrelerin daha ayrıntılı ölçüm tekniklerinin gelişmesine yardımcı olacağını göstermiştir.

Aşınabilir toprak üzerinde yüzey akışın neden olduğu parmaklar genellikle profilde ve enine kesitte çok düzensizdir ve herhangi bir düzenli geometrik şekil göstermeyebilirler.

Bu yüzden, parmaklardaki akış hidroliği büyük kanallardaki akış hidroliğinden çok farklı olabilir (Foster et al. 1984). Aynı araştırmacılar doğrusal olmayan regresyonda hız (m s^-1) ile debi (m³ s^-1) ve eğim (m m^-1) arasında aşağıdaki ilişkiyi geliştirmişlerdir:

uf = 16 Q ^0.28 S00.48

[

]

Govers and Rauws (1986) basit ölçümlerden hesaplanan akış karakteristiklerine göre birim akış gücünün kullanılmasını önermişlerdir. Bu, özellikle tarla ve laboratuvar ölçümlerindeki hatalar, ortalama akış hızı, ıslak çevre ve hidrolik yarıçaptan kaynaklandığı için önemlidir. Kesme gerilmesi parmaklardaki akışın erosivitesini ölçmek için yaygın olarak kullanılmasına rağmen birçok parmak boyunca ve ıslak çevre civarında üniform değildir ( Foster et al. 1984).

Tarım arazilerinde parmakların oluşumu ve aşınımı ile meydana gelen kayıplar, ayrıca bunların tarla içinde neden olduğu toprak özelliklerindeki değişimleri ortaya çıkarmak amacıyla, Gediz Havzasında farklı büyük toprak gruplarında 8 adet parmak aşınımı yerinden toplam 64 adet toprak örneği alarak analiz yapan Taysun ve Saatçı (1986)’nın elde ettiği sonuçlar aşağıda verilmiştir:

1. Parmakların oluşumuna ve şekline toprak özellikleri, profil yapısı ve arazinin topoğrafik durumu ile yağışların miktar ve şiddeti etki yapmaktadır.

2. Parmaklar ile önemli miktarda toprak kaybı meydana gelmektedir. Bu kayıplar tarlanın verim gücünün düşmesine neden olmaktadır.

3. Parmakların oluşturduğu birikinti konilerinde genellikle kaba kısım daha fazla çökelirken, ince kısım araziden uzaklaşmaktadır.

4. Birikinti konilerinde oluşan katmanlaşma, yağışlara bağlı olarak meydana gelen yüzey akış sularının akış hızı, akış derinliği ve akış zamanının etkisine bağlı olarak oluşmaktadır.

5. Parmak aşınımı ile tarla topraklarının özellikleri değişmekte, alt kısımlardaki toprak tabakaları yüzeye çıkmaktadır. Bu nedenle verim de azalmaktadır.

6. Tarla dışına akışı olan olukların birikinti konilerinde zamanla kumlu bünyeli topraklar oluşmakta olduğunu ve kil ile bir kısım siltin araziden uzaklaştığını bildirmişlerdir.