TOPRAKALTI DRENAJ YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Ahmet ÖZTÜRK

Toprakaltı Drenajın Tanımı ve Özellikleri Toprakta bulunan fazla suların toprak profili içerisinden dren boruları veya dren kanalları aracılığıyla uzaklaştırılması "Toprakaltı Drenajı" olarak tanımlanmaktadır. Günümüzde sulama alanlarının drenajında hem borulu (kapalı) drenaj sistemleri hemde açık kanallar birlikte kullanılmaktadır. Ancak tarla içi drenlerin borulu drenlerden, ana drenlerin de açık kanallardan oluşturulması eğilimi vardır. Toprakaltı drenaj sistemlerinde tarladaki suyu uzaklaştıran tarla içi drenleri "emici" tarla içi drenlerin suyunu toplayan drenler "toplayıcı" olarak adlandırılmaktadır. Emiciler, toplayıcılar ve ana drenler üç şekilde planlanabilmektedir. 1. Bileşik açık kanal sistemi: Emicilerin, toplayıcıların ve ana drenlerin açık kanallardan oluştuğu toprakaltı drenaj sistemidir. 2. Tekli boru drenaj sistemi: Emici drenlerin borulu (kapalı) toplayıcı ve ana drenlerin açık kanal biçiminde planlandığı drenaj sistemidir. 3. Bileşik borulu drenaj sistemi: Emici ve toplayıcı drenlerin borulu (kapalı), ana drenlerin açık kanallardan oluştuğu drenaj sistemidir.

Açık ve Kapalı (Borulu) Drenaj Sistemlerinin Kıyaslanması Açık drenaj kanalının avantaj ve dezavantajları a. Hem yüzey hem de toprakaltındaki suları uzaklaştırır. b. Toprakaltı su düzeyinin yükselmesi gözlenebilir. c. Kanallarda eğim değişikliği yaratabilecek etmenler kontrol edilebilir. d. Nispeten küçük eğimli olarak (% 0.01 kadar) yapılabilir. e. İlk tesis masrafları daha azdır. a. Şevlerin yatık olması durumunda arazi kaybı fazladır. b. Yabancı otların kolay gelişmesi ve siltasyon nedeniyle boşaltım aksar. c. Kanal aralıklarının dar olması durumunda mekanizasyon engellenir. d. Bakım ve koruma giderleri daha fazladır. Kapalı drenajın avantaj ve dezavantajları a. Araziyi bölmediği için mekanizasyonu kolaylaştırır. b. 0oC nin altındaki sıcaklıklarda da drenaj işlevini yapar. c. Bakım giderleri daha düşüktür. a. Geçirgenliği düşük olan topraklarda uygulanması kısıtlıdır. b. Demir oranı yüksek mineral topraklarda tıkanma oluşabilir. c. İlk tesis masrafları yüksektir.

Taban Suyunun Drenlere Akışı Homojen topraklardan oluşan bir tarım alanında açılan hendek içerisine yerleştirilen dren borusuna doğru gerek yağış gerekse sulama sularının toprak içinde izlediği yola "Akım çizgisi" denir. Toprak içerisinde sonsuz sayıda akım çizgisi bulunmaktadır. Her bir akım çizgisi üzerinde aynı potansiyel yüke sahip noktaları birleştiren çizgiye ise "eş potansiyel çizgisi" denir.

Kapalı (Borulu) Drenaj Sistemlerinin Projelenmesi Toprakaltına döşenen kapalı drenlerin projelenmesinde esas alınan konular, drenaj katsayısı, dren derinliği, dren aralığı, dren çapı ve dren eğimlerinin belirlenmesidir. Drenaj Katsayısının Belirlenmesi Açık ve kapalı drenaj sistemlerinin projelenmesinde kullanılan en önemli parametrelerden birisi drenaj katsayısıdır. Drenaj katsayısı, birim zamanda birim alandan drenaj sistemi ile atılacak su miktarı olarak tanımlanır. Genellikle, m3/da, mm/d, cm/d veya l/s/ha birimleriyle ifade edilmektedir. Drenaj katsayılarının bilinmesi hem açık kanal kapasitelerinin ve boyutlarının hesaplanmasında hem de kapalı (borulu) drenajda dren aralıkları ile dren boru çaplarının hesaplanmasında gereklidir. Kurak ve yarıkurak iklim bölgelerinde bulunan sulama alanlarında drenaj katsayısı 1 mm/gün kadar küçükken, yarı nemli ve nemli bölgelerde bu değer 50 mm/gün kadar olabilmektedir.

Direkt Ölçme Yöntemiyle Drenaj Katsayısının Belirlenmesi Bu yöntemin uygulanabilmesi için kurulmuş ve çalışır durumda olan drenlere ihtiyaç vardır. Bu yöntemde her bir drenin hizmet ettiği alan belirlenir. Drenden gelen su, sulama uygulamasının en yüksek olduğu mevsimde ölçülerek drenaj katsayısı hesaplanır. Sulama döneminde ölçülen debi (l/s) drenin hizmet ettiği alana (ha) bölünerek drenaj katsayısı (l/s/ha) bulunur. Bitki Su ihtiyacından Yararlanarak Drenaj Katsayısının Belirlenmesi Bu yöntemde drenaj katsayısı, bir sulamada meydana gelen toprağın derinlerine sızan su kayıpları ile tarla sulama kanallarında ortaya çıkan sızma kayıplarının toplamının sulama aralığına bölünmesiyle hesaplanmaktadır. (dT-dn)/SA Ör: dn=80 mm, Ea=%80, SA=10 gün ise q=? dT=dn/Ea dT=80/0.80=100 mm/sulama q=(100-80)/10 =2 mm/gün

Yıkama Suyu İhtiyacından Yararlanarak Drenaj Katsayısının Belirlenmesi Yıkama suyu ihtiyacı, toprak tuzluluğunu bitki kök bölgesi derinliğinde belirli bir düzeyde tutmak için sulama suyuna ek olarak verilen su miktarı olarak tanımlanmaktadır. Yıkama ihtiyacı, sulama suyunun tuz konsantrasyonuna ve bitki gelişmesi ile ilgili olarak toprak suyunda izin verilecek en yüksek tuz konsantrasyonuna bağlıdır. Yİ = q = Yıkama ihtiyacı veya drenaj katsayısı (mm/d) E = Bitki su tüketimi (mm/d) P = Etkili yağış (mm/d) ECi= Sulama suyunun elektriksel iletkenliği (dS/m) EC0= Drenaj suyunun elektriksel iletkenliği veya bitki tuz toleransı(dS/m) SP = Toprağın saturasyon yüzdesi (%) TK = Toprak tarla kapasitesi (%) e = Yıkama randımanı(çizelge 5.1 den alınır bulunamıyorsa 0.5 alınır) Bitki su ihtiyacından yararlanarak bulunan drenaj katsayısı ile yıkama suyu ihtiyacından bulunan drenaj katsayısı karşılaştırılır ve hangisi büyükse proje drenaj katsayısı olarak o değer alınır.

Dren Derinliğinin Belirlenmesi Dren derinliği, toprak yüzeyinden dren borularının bulunduğu noktaya kadar olan düşey mesafeyi ifade etmektedir. Dren derinliğinin belirlenmesine etkili faktörler, bitki çeşidi, toprak özellikleri, boşaltım durumu, taban suyu düzeyi, don derinliği, makinaların çalışma derinliği, tuzluluk ve drenler üzerine gelmesi beklenen yük miktarlarıdır. Boşaltım durumu: Çıkış ağzı kotu dren derinliğini kısıtlar. Bitki çeşidi: Drenajda havadar bir kök bölgesi ortamı sağlamak amacıyla toprak içindeki taban suyu düzeyinin bitki etkili kök derinliğinin altında tutulması gerekmektedir. Taban suyu düzeyi: Drenaj sistemleri, topraktaki taban suyunun optimum düzeyde kontrol altında tutulmasını sağlamalıdır. Tuzluluk durumu: Topraklarda tuzlu tabansuyunun kapillarite ile bitki kök bölgesine ulaşmasını engellemek amacıyla drenlerin biraz daha derine yerleştirilmesi gerekebilir. Kurak ve yarı-kurak alanlarda tuzluluk kontrolu amacıyla 1.80-2.40m derinlik uygundur.

Dren Derinliğinin Belirlenmesi Dt:Etkili kök derinliği Δ h:Sulama sonrası yükselme ht:Kapilar yükselme Dren Derinliği = Dt+ Δh+ht Δh = Drenler ortasında sulamalardan sonra yükselen taban suyu mesafesi (m) Ri = derine sızan su miktarı (m) f = Drene edilebilir gözenek hacmi (etkili gözenek) (%) ht = sulamalardan önce drenler ortasındaki taban suyu düzeyi (m) dir. Burada Dt+Δh değeri belirlendikten sonra ht olarak bu toplamı yuvarlatan miktar toplama eklenir. Örneğin Dt+Δh toplamı 151 cm çıkmışsa ht =9 cm alınarak Dren derinliğini 160 cm yapar.