BAZI YÜZEY AKIŞ HESAPLAMA YÖNTEMLERİ Prof.Dr. Orhan DOĞAN

BAZI TANIMLAR Yüzeysel akış : yağışla gelen suyun akışa geçen kısmıdır. Yağışla gelen su : bitkilerce tutulur, toprakta tutulur, derinlere sızar, yüzeydeki çukurlukları doldurur, toprak ve bitki yapraklarından buharlaşır, geri kalan miktar ise yüzeysel akışa geçer. Evapotransprasyon : Yer yüzeyinden olan buharlaşma ve bitki yüzeyinden olan terleme ile yitirilen toplam su miktarı. İnfiltrasyon : Suyun yüzeyden toprağa sızma sürecidir. Perkolasyon ( Süzülme):Suyun doygun ortamda toprak içinde düşey hareketidir.

Yağış şiddeti : Birim zamanda yağan yağış miktarıdır. mm/saat veya cm/saat olarak ifade edilir. Yağış yoğunluğu da denir. Yıllık ortalama yüzey akış :Belirli bir havzanın sularını boşaltan bir akarsuyun akıttığı yıllık ortalama su hacmi. Havza : Yüzey akışları aynı alanda toplayan alan. Yağış (Y) : Yüzeysel akış (YA) + İnfiltrasyon (I) + Evapotransprasyon (E) YA = Y - ( I+ E) E = Y - ( YA + I ) I = Y - ( YA + E )

H = Yıllık ortalama toplam yağış (mm) HAVZANIN SU BLANÇOSU Hsb = 1000 × HES (metre küp) H = Yıllık ortalama toplam yağış (mm) E = Yıllık ortalama akış katsayısı S = Havza alanı ( kilometre kare) E = yıllık ortalama akımın yıllık ortalama yağış miktarına oranıdır. Boyutsuzdur.

E Akış katsayısı; Havzanın topoğrafik ,jeolojik ve pedolojik yapısına, Evapotransprasyon,sıcaklık , hava nemine ve plüviometrik şartlara bağlı olarak değişiklik gösterir.

Yağışın yüzeysel akışa geçiş oranını Yağış niteliği Toprak özellikleri Bitki örtüsü HAVZA ÖZELLİKLERİ Arazi eğimi Belirler.

TOPRAK KORUMA YAPILARINDA Toplam yağış miktarı (mm veya cm) Yağışların yinelenme durumuna göre Yağışların oluşturduğu en yüksek akış verdisi önemlidir.(lt/sn veya ton/saniye) En yüksek akış verdisi : 2, 5,10,25,50 ve 100 yıllık aralarla yinelenebilir.

TESİS KAPASİTELERİ Tarımsal teraslar, geçici tesisler, otlu su yolları,çevirme terasları,kuru eşikler 10 yılda, Sürekli ve pahalı yapılar (Gölet vb.) 25-50 veya 100 yılda, Barajlar 100-1000 yılda oluşabilecek en fazla akışa göre, kapasitelendirilir.

Yüzeysel Akış Hesaplama Yöntemleri Rasyonel Yöntem COOK Yöntemi Hidrograf Yöntemi SCS (ABD) Yöntemi Diğer Yöntemler

RASYONEL YÖNTEM Varsayımlar : Maksimum havza büyüklüğü 2500 hektar Yağış tüm havzaya homojen düşmekte Tüm çöküntüler su ile dolmuştur. Teras, otlu su yolu, çevirme terasları, taş duvar eşikler gibi ucuz yapılar için uygun yöntemdir.

RASYONEL YÖNTEM Q = C İ A / 3,6 Q = Maksimum yüzey akış verdisi (lt /sn) C = Yüzey akış katsayısı ( toprak, bitki örtüsü, ve yağış şiddetini bağlı katsayı ) İ = 10 yıllık yinelenmeye göre suyun toplanma zamanına (Tc) eşdeğer sürede yağan yağışın şiddeti (mm/saat) A = Havza alanı (dekar)

C YÜZEY AKIŞ KATSAYISI Belirlenecek veriler: Havza hidrolojik toprak grubu ve kapladığı alan, Arazi kullanım durumu ve ekili bitkiler (Buğdaygil, çapa, orman,mera vb) Toprak koruma yöntemleri (kontur, şeritsel tarım, teraslama vb.)

HİDROLOJİK TOPRAK GRUPLARI A Düşük yüzey akış potansiyelli,derin,çok kumlu,az kil ve silt içeren,geçirgenlikleri yüksek (I = 11.4-7.8 mm/saat) olan topraklar, B Orta yüzeysel akış potansiyelli, kumlu tın,tın,killi tın bünyeli, derin , geçİrgenliği orta (I = 7.6-3.8 mm/saat) olan topraklar, C Yüksek yüzey akış potansiyelli,az derin,önemli düzeyde kil ve kolloid içeren,geçirgenliği düşük ( I= 3.8- 1.3 mm/saat ) olan topraklar, D Çok yüksek yüzey akış potansiyelli,şişme özelliği gösteren kil içeren, geçirgenliği çok az ( I= 1.3 ‘den az),alt katmanları geçirimsiz olan topraklar.

Çizelge 1- C Hidrolojik Toprak Grubuna göre bulunan C Yüzey Akış Katsayısının diğer gruplara çevirim katysayıları Arazi Kullanım Durumu A B D Ormanlık (İyi durumda) 0,36 0,79 1,10 Mera ( iyi durumda) 0,53 0,83 1,08 İki yıllık çayır (iyi durumda) 0,72 0,89 1,05 Buğdaygil (iyi işleme) 0,75 0,90 1,04 Buğdaygil 0,77 0,90 1,05 Çapa bitkileri (uygun işleme) 0,80 0,91 1,04 Çapa bitkileri 0,82 0,92 1,03

YÜZEYAKIŞ KATSAYISININ (C) HESABI Toprak özelliklerine bakılmaksızın Abak 1 ‘de I yağış şiddetinden gidilerek her arazi kullanımına göre yüzey akış C katsayısı bulunur. Bulunan değer C hidrolojik toprak grubuna aittir. Diğer hidrolojik toprak gruplarına çevrilmesi için bu değerler Çizelge 1‘de verilen çevirme katsayıları ile çarpılır. Katsayılar belirlendikten sonra kapladıkları alanlara göre ağırlıklı ortalama alınarak havza için C yüzey akış katsayısı saptanır.

Bazı alanlar için C yüzey akış katsayısı (Aşk,Tavşanoğlu ) Geçirimsiz alanlar 0.95 Dik, bitki örtüsüz alanlar 0.90 Dalgalı bitkisiz alanlar 0.80 Düz bitkisiz alanlar 0.70 Dalgalı meralar 0.65 Yapraklı orman 0.60 İbreli orman 0.50 Meyve bahçeleri 0.40 Vadi içinde tarım alanları 0.30

YAĞIŞ ŞİDDETİNİN (I ) HESAPLANMASI RASYONEL DENKLEMİN I değeri ;10 yıllık yağış tekerrürüne göre suyun toplanma zamanına (Tc) eşit bir sürede yağan yağışın şiddetine eşit olduğu kabul edilen bir değerdir (dakika) Suyun Toplanma Zamanı (Tc); Yağış ile toprakların doygun halde olması ve arazideki küçük çöküntülerin su ile dolmalarından sonra ,havzanın en üst noktasına düşen yağışın ,tahliye noktasına veya tesisine gelinceye kadar geçen zamandır. Havza mecra eğimi, bitki örtü durumu ve diğer hidrolojik şartlara göre değişir. Tc ; 1- Tc = 0.0195 × K0.77 eşitliğinden türetilmiş, Tablo 3 veya K = L/ √S 2- Mocus Diyagramından hesaplanır. ×

Eşitlikte Tc Suyun toplanma zamanı (dakika) L Ana kanal uzunluğu (metre) S Su toplama havzası mecra eğimi ( %) S = H / L H = L uzunluğuna göre iki nokta arasındaki yükseklik farkı (metre)

MOCUS NOMOGRAMINA GÖRE Tc hesabı Mecra uzunluğu L ,(metre) Havza ortalama eğimi , S, ( %) S= H/L Hidrolojik toprak grubu ve eğri numarası ister. Tc = 1.67 × TL TL Havzanın akış geciktirme değeri (saat)

Tablo 4- 10 YİNELENMELİ 1 SAAT SÜRELİ YAĞIŞ ŞİDDETİ (mm/saat) İzmir 33,5 Kemalpaşa 29,7 Manisa 41,8 Muğla 56,7 Aydın 23,0 Denizli 32,0 Mersin 38,5 Adana 36,0 Hatay 65,0 Dörtyol 58,0 Gaziantep 30,0 İslahiye 19,9 Florya 25,0 Sarıyer 34,0 Çorlu 50,0 Edirne 36,4 Ankara 30,0 Bolu 17,2 Zonguldak 68,0 Niğde 32,2 Kastamonu 40,0 İnebolu 46,0 Çankırı 25,0 Çorum 35,0 Antalya 60,0 Isparta 32,4 Konya 13,0 Diyarbakır 22,0 Ş.Urfa 28,6 Ceylanpınar 19,5 Siirt 23,0 Kayseri 23,0 Kırşehir 21,5 Yozgat 16,0 Erzurum 21,4 Erzincan 25,0 Malatya 22,5 Elazığ 28,5 Samsun 40,0 Samsun 40,0 Merzifon 25,4 Van 23,0 Sivas 21,5 Trabzon 36,0 Rize 70,0 Eskişehir 33,4 Afyon 30,3 Kütahya 29,5 Uşak 26,5 Bilecek 22,7 Bursa 28,5 Balıkesir 33,5 Bandırma 50,0 Çanakkale 52,0 Kocaeli 38,0

Tablo 5- BİR SAATLIK YAĞIŞ DÜZELTME KATSAYILARI SÜRE (dakika) DÜZELTME katsayısı 5 0.29 10 0.45 15 0.57 20 0.66 30 0.79 40 0.88 50 0.95 60 1.00

ÖRNEK ÇÖZÜM HAVZA ALANI : 3600 dekar 1000 dekar arazide çapa bitkisi ekiliyor. Düz, C hidrolojik toprak grubu, 2600 dekar otlak, % 10 eğimli ,B hidrolojik toprak grubu, Çıkış noktası ile en uzak nokta arası 1000 metre. Yükselti farkı 30 metre. Yer : Antalya Q = CİA/3.6 A= 3600 dekar Havza Eğimi = 30 / 1000 = % 3 L= 1000 , S= 3 için . Tablo 3’den Tc =15.3 olarak bulunur Antalya’nın yağış şiddeti Tablo 4 ‘den 60 mm/ saat bulunur. Tc = 15.3 dakika için düzeltme katsayısı I = 60 × 0.57×( 60/15.3) = 136.8 mm/saat (Tablo 5) C yüzey akış katsayısı= (1000 × 0.71) + ( 2600 × 0.24) = 0.4 3600

Q= CİA/ 3.6 = (0.4 × 136.8 × 3600) /3.6 Q = 196.992 litre/saniye Q = ± 200 ton/saniye

COOK YÖNTEMİ ÖZELLİKLERİ ; Daha kaba sonuç verir. Küçük ve yeterli veri olmayan havzalarda yüzey akış miktarını belirlemeye yardım eder. Havza eğimi , toprak özellikleri, bitki örtüsü ve yüzeyde depolanma özelliklerine göre geliştirilmiş bir yöntemdir. Q = PRF eşitliği ile bulunur. Q = Maksimum akış verdisi ( lire/saniye) P = Çizelgede bulunan akış ( litre/saniye) R = Havzanın yağış etkeni F = 10,25,50 yıllık tekerrürler için düzeltme katsayısı Değeri: 10 yıl F= 1.0 25 yıl F= 1.2 50 yıl F= 1.4

1 saatlık yağış şiddeti ; + 50 için R = 1.2 40 - 50 R = 1.0 R yağış etkeni 10 yıl tekerrürlü 1 saatlık yağış şiddeti veren çizelgeden alınır. 1 saatlık yağış şiddeti ; + 50 için R = 1.2 40 - 50 R = 1.0 32 – 40 R = 0.8 24 – 32 R = 0.6 < 24 R = 0.5

COOK YÖNTEMİ ÖRNEK ÇÖZÜM Ankara yakınında 2000 dekarlık bir havzada oluşması muhtemel maksimum yüzey akış miktarı ? Havzanın genel özellikleri; 900 dekarda, Bitki örtüsü mısır ( Çapa bitkisi) Eğim % 3 (oldukça düz) Sızdırma Normal Yüzeysel depolanma Göllenme yok,az derin su yatakları b. 600 dekarda, Bitki örtüsü buğday Eğim % 12 Sızdırma normal Yüzeysel depolanma Akış yatakları belirgin,göllenme yok

c . 500 dekarda ; a- Eğim = (900 × 10) + ( 600 × 30) +(500 × 30) 2000 Bitki örtüsü Etkin bitki örtüsü yok Eğim % 20 Sızdırma yavaş, Yüseysel depolanma göllenme yok, akış yatakları dik DEĞERLENDİRME a- Eğim = (900 × 10) + ( 600 × 30) +(500 × 30) 2000 Eğim = 21

b - Bitki Örtüsü= (900 ×15) +(600 ×15)+ (500 × 20) 2000 = 16 C - Sızdırma = (900 ×10)+ (600 × 10)+ (500×15) = 11 d - Yüzey depo = ( 900×15)+(600×20)+(500×20) = 18 TOPLAM = 66 Tablo 3 ‘den P değeri 66 ve 2000 dekar için oranlanarak 26106 lt/saniye bulunur.

Tablo 4‘den 10 yıl tekerrürlü 1 saat süreli yağış şiddeti ( İ) Ankara için 30 mm/saat. R değeri için 0.6 bulunur. F değeri de 10 yıl tekerrürlü yağış için 1.0. Q= PRF =26106 × 0.6 × 1.0 = 15663.6 lt/saniye

HAVZA ŞEKİL FAKTÖRÜ

Erozyon sınıflaması Toprak kaybı ( t/ha/yıl) ÇOK YAVAŞ 0 - 5 YAVAŞ 5- 12 ORTA 12- 25 YÜKSEK 25- 60 ÇOK YÜKSEK 60- 150 AŞIRI YÜKSEK + 150

TOPRAK KAYBI ton/hektar /yıl mm/yıl Hafif < 10 < 0.6 Orta 10-50 0.6 - 3.3 Yüksek 50-200 3.3 – 13.3 Çok yüksek > 200 <13.3

TOPRAK ERODİBİLİTE (K) DEĞERLERİ (Pauwels 1980) Çok yüksek > 0.45 Yüksek 0.35-0.45 Orta 0.25-0.35 Düşük-çok düşük < 0.2

CLİMAX BİTKİLERİNE GÖRE MERA SINIFLAMASI Mera sınıfı Climax bitkisi (%) Çok iyi 76 – 100 İyi 51 – 75 Orta 26 – 50 Zayıf 0 - 25

MERA SINIFI DEKAR/BBH/AY ÇOK İYİ 5 İYİ 10 ORTA 20 ZAYIF 40

BÜYÜKBAŞ HAYVAN BİRİMİ Kültür ırkı süt ineği 1 bbhb Kültür melezi 0.75 Yerli inek 0.50 Dana-düve 0.60 Koyun 0.10 Keçi 0.08 Manda (erkek) 0.90 Manda (dişi) 0.75 Öküz 0.60 Kuzu – oğlak 0.04 Boğa 1.50