YÜZEY DRENAJ YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Ahmet ÖZTÜRK

Drenaj alanlarında oluşan fazla suların araziden uzaklaştırılması amacıyla iki yöntem uygulanmaktadır. 1. Yüzey drenaj yöntemleri 2. Toprakaltı drenaj yöntemleri Yüzey drenajı, arazi yüzeyindeki eğimin düzeltilerek fazla suyun toprak yüzeyinden ve bir kısmınında üst toprak profili içerisinden uzaklaştırılmasıdır. Şu koşullarda uygulanır; 1. Geçirimsiz katmanının yüzeye yakın olduğu durumlarda, 2. Geçirgenliği düşük killi ve ağır bünyeli topraklarda, 3. Yüzlek çukurların bulunduğu arazide, 4. Yüzey akışlara sıkça maruz kalan alanlarda, 5. Toprakaltı (kapalı) drenaj için uygun boşaltım ağzı bulunmayan alanlarda, 6. Toprakaltı drenajına yardımcı olması amacıyla, 7. Toprakaltı drenajının ekonomik olmadığı tarım alanlarında

Yüzey drenaj yöntemlerinde başlıca amaç, toprak yüzeyinde biriken yüzey akışların araziden uzaklaştırılmasıdır. Bunun için bu yöntemde açık drenaj sistemleri kullanılır. Toprakaltı drenaj yöntemlerinde ise amaç, hem yüzey akışlarının araziden uzaklaştırılmasına yardımcı olmak hem de tabansuyu düzeyini bitki gelişmesine zarar vermeyecek biçimde kontrol altında tutmaktır. Bunun için toprakaltı drenaj yönteminde hem açık derin drenaj sistemleri hem de kapalı (borulu) drenaj sistemleri kullanılmaktadır.

Açık Drenaj Sistemlerinin Özellikleri Açık drenaj sistemi genel anlamda, drenaj sorunu olan alandaki fazla suları toplayan ve taşıyan kanal sistemi olarak tanımlanabilir. Açık drenaj kanalları hem toprak yüzeyindeki suların boşaltılacağı bir boşaltım yeri hem de büyük tarımsal alanlardan gelen suları iletme görevi yapar. Açık drenaj kanalları hem yüzey drenajında, hem de toprakaltı drenajında yaygın olarak kullanılmaktadır. Sığ olan açık yüzeysel drenaj kanalları daha çok sulama uygulamaları sırasında ortaya çıkan su kayıplarının ve şiddetli yağışlar nedeniyle oluşan fazla suların uzaklaştırılmasına hizmet etmektedirler. Bu kanalların toprakaltı drenajına katkıları önemsizdir. Derin drenaj kanalları ise günümüzde yüzey ve toprakaltı drenaj yöntemlerinde toplayıcı veya ana dren olarak kullanılmaktadır.

Açık Yüzeysel Drenaj Sistemleri Sulama alanında yağıştan ve sulama artıklarından dolayı yüzeyde biriken suyun tarım alanlarına zarar vermeden belirli bir sürede uzaklaştırılması gerekir. Yağışlardan sonra sulama alanında kalan sular, sulama suyu artığına kıyasla çok fazla olduğu için, yüzeysel açık drenaj kanallarının kapasiteleri yağışlara göre belirlenir. Yüzeysel açık drenaj sistemleri sulama dağıtım sistemine karşılık olan kanalları oluşturmaktadır. Bu sistemde arazide biriken fazla sular yerçekiminin etkisiyle önce tersiyer drenaj kanallarına gelir. Tersiyer drenaj kanalları sularını, sekonder drenaj kanallarına, sekonder drenaj kanallarıda sularını ana drenaj kanalına akıtırlar. Ana drenaj kanallarıda sularını, bir akarsuya, göle veya denize iletirler.

1. Tersiyer Yüzeysel Drenaj Kanalları Bir tersiyer sulama kanalının hizmet ettiği alan genellikle 20-120 ha olduğuna göre, tersiyer drenaj kanalı da aynı miktar alana hizmet etmektedir. Tersiyer drenaj kanalları, tersiyer sulama kanalı kotunun yüksek tarafına ve tersiyer sulama kanallarına paralel olarak açılırlar. Tersiyer sulama kanalı için gerekli olabilecek toprak dolgu malzemesi tersiyer drenaj kanalından sağlanır. Yüzeysel tersiyer drenaj kanalları trapez kesitli kaplamasız kanallar şeklinde yapılmaktadır. Tersiyer drenaj kanalları, sekonder (yedek) drenaj kanalına 125-150 m kala, tersiyer sulama kanalının uç suyunuda alarak sekonder drenaj kanalına birleşir. Kanaletli sulama şebekelerinde açılan tersiyer drenaj kanalları, tersiyer sulama kanallarından bağımsız olduğundan sekonder drenaj kanalları gibi açılırlar.

2. Sekonder Yüzeysel Drenaj Kanalları Sulama dağıtım şebekelerindeki sekonder sulama kanalının eşdeğeridir. Sekonder drenaj kanalları, tersiyer drenaj kanalları vasıtasıyla toplanan fazla suları ana drenaj kanalına ileten kanallardır. Sekonder drenaj kanalları, iki sekonder sulama kanalı arasındaki çukur kısımlardan geçirilir ve yüzeysel akışın sulama alanından en iyi biçimde uzaklaştırılabileceği şekilde yerleştirilir. Sulama şebekesi geçirilirken, önce tüm çukur alanlardan sekonder drenaj kanalları geçirilir, daha sonra iki sekonder drenaj kanalı arasındaki sırttan sekonder sulama kanalı geçirilir. Sekonder drenaj kanalları, tesviye eğrilerine dik geçirildiklerinden eğimleri fazladır.

3. Ana Yüzeysel Drenaj Kanalı Ana drenaj kanalları, sekonder drenaj kanalları ile sulama alanından toplanan fazla suları bir akarsuya, göle veya denize ileten büyük boyutlardaki kanallardır. Denize yakın olan yerlerde ana drenaj kanallarının taban kotları deniz seviyesinin altında olabilir. Bu durumda, drenaj sularının pompajla uzaklaştırılması gerektiğinden drenaj kanalları bir pompa istasyonunun toplama havuzunda son bulur. Denize açılan ana drenaj kanallarında önemli sorunlardan birisi de kanalın ağız kısmının kumla tıkanmasıdır. Böyle durumlarda ana drenaj kanalının uç kısmı denize doğru seddelerle kumlanmadan etkilenmiyecek kadar uzatılır. Taştan oluşturulan bu seddelerin yönü ve boyu hakim rüzgarlar ve kum hareketi gözönüne alınarak belirlenir.

Açık Derin Drenaj Sistemleri Doğal bir boşaltma ağzına sahip olmayan alanlarda, bitki kök bölgesindeki taban suyu seviyesini kontrol etmek için açılan kanallar derin drenaj kanalları olarak tanımlanır. Açık derin drenaj kanalları hem yüzeysel drenaj, hem de derin drenaj işlevini yaparlar. Birbirlerine benzemelerine rağmen derin drenaj kanalları taban suyunu da kontrol ettiğinden yüzeysel drenaj kanallarına nazaran daha derin açılırlar. Tersiyer derin drenaj kanalları, tersiyer sulama kanallarına paralel açılırlar. Tersiyer kanallar tarafından toplanan taban suyu ve yüzey suları sekonder drenaj kanallarına iletilir. Ana derin drenaj kanalları da yüzeysel ana drenaj kanalından farklı değildir. Sekonder derin drenaj kanalının bağlandığı bu kanallar, toplanan suyu drenaj alanından uzaklaştırırlar.

Açık Drenaj Kanallarının Projeleme İlkeleri Açık kanallar suyun kendi ağırlığından kaynaklanan yerçekim kuvvetiyle ve atmosfer basıncının etkisi altında serbest bir yüzeyle, aktığı su iletim sistemleridir. Açık Drenaj Kanal Güzergahlarının Belirlenmesi Drenaj kanalları, ıslak arazinin en etkin şekilde drenajını sağlayacak güzergahta planlanır. Planlamada, arazinin topoğrafyası, mevcut doğal kanallar, yüzeysel ve derin drenaj kanalları, köprüler, çiftlik sınırları ve diğer fiziksel koşullar gözönüne alınır. Genellikle ırmak, göl, bataklık veya eskiden yapılmış kanallar gibi doğal çıkışlar açık kanal güzergahını sınırlandırır.

Drenaj kanallarının kısa olması, yüksek eğim, yüksek hız ve küçük bir kanal kesitini gerektireceğinden kanalda sediment birikmesini azaltır. Kanallar dönemeçsiz (kurpsuz) ve mümkün olduğu kadar düz olarak planlanır. Drenaj kanallarının erozyon yaratmayacak bir eğimde geçirilmesi gerekir. Kanalda akan su hızı, toprak bünyesi, toprak yapısı ve bitki örtüsü erozyona etki eden en önemli etmenlerdir. Eğer toprak kanallarda önemli bir erozyon sorunu bulunuyorsa, erozyon yapmayan daha az eğimli bir güzergah seçilmesi, kanalın daha stabil bir toprak içinden geçirilmesi, geniş ve az derinlikte kesitler seçilmesi ve eğim kontrol yapıları gibi önlemler alınabilir. Açık kanallar taşkından korunmak amacıyla çevirme(kuşaklama) kanalları şeklinde de kullanılırlar. Bu kanallar yüzey suları kadar derin sızmaları da toplayacak şekilde derin açılırlar. Kazı toprağı alçak tarafa ilave bir önleyici sedde biçiminde yığılır.

Açık Drenaj Kanal Kapasitelerinin Belirlenmesi Drenaj alanında oluşan fazla suyun büyük bir bölümünü yağış suları ile sulama kayıpları oluşturur. Yağış suları sulama kayıplarına göre çok fazla olduğu için ve yağış ile sulama aynı anda ortaya çıkmayacağı için yağış sularına göre yapılan projeleme genellikle yeterli olur. Bazen arazinin bir süre (48 saati geçmeyecek ölçüde) su altında kalma riski de göze alınabilir. Böylece daha ekonomik projeleme yapma imkanına kavuşulur. Yüzeysel açık drenaj kanallarının kapasitelerinin saptanmasında yağışlardan akışa geçecek en yüksek yüzey akış miktarları gözönüne alınır. Genellikle tersiyer drenaj kanalları, 2,33 yıllık, sekonder drenaj kanalları 5 yıllık, ana drenaj kanalları ise 10 yıllık frekanslı tekerrür süreli yağışlar gözönüne alınarak kapasitelendirilir. Yerleşim alanlarından geçen açık drenaj kanalları da çoğunlukla 10 yıllık frekanslı debiye göre kapasitelendirilir.

Yüzey Akış Miktarının Hesaplanması 1. Mac Math Yöntemi Mac Math yöntemi genellikle her büyüklükteki düz arazide, özellikle yüzey drenaj kanallarının kapasitelerinin bulunmasında iyi sonuç vermektedir. Ancak bu yöntem dik eğimli yamaçlardan beslenen yan dereler için iyi sonuç vermemektedir. Mac Math yöntemi aşağıdaki eşitlikle ifade edilir; Eşitlikte; Q = En yüksek yüzey akış debisi (m3/s) C = Toprak cinsi, topoğrafya ve bitki örtüsüne bağlı bir katsayı I = Yağışların seçilen tekerrür aralığı için konsantrasyon zamanına eşit yağış şiddeti (mm/h) S = Yatak eğimi x 1000 A = Drenaj alanı (ha)

a) C katsayısının bulunması (C = C1+C2+C3) Akım koşulları Bitki örtüsü Toprak cinsi Topoğrafya   C1 C2 C3 Alçak Çok iyi örtülü 0.08 Kumlu 0.08 Düz 0.04 Alçak-Orta İyi örtülü 0.12 Hafif 0.12 Hafif eğimli 0.06 Orta Oldukça örtülü 0.16 Orta 0.16 Tepelik 0.08 Yüksek Seyrek örtülü 0.22 Ağır 0.22 Tepelik-dik 0.11 Çok yüksek Çıplak 0.30 Kaya 0.30 Dik 0.15

b) Yağış İntensitesinin (I) bulunması I değeri, seçilen tekerrür süresinde konsantrasyon zamanına eşit bir yağış süresi için yağış şiddetini göstermektedir. Alanın en uzak noktasına düşen yağışın ölçüm yapılan yere kadar gelmesi için geçen süre olarak tanımladığımız konsantrasyon zamanı yağış süresi olarak kabul edilir. İstenilen tekerrür süresine bağlı olarak, havzaya ilişkin yağışların şiddet-süre-tekerrür değerlerini gösteren grafiklerden, yağış şiddeti saptanır. Ankara ili için yağış-şiddet-süre tekerrür eğrileri

Yağışların konsantrasyon zamanının bulunmasında ise aşağıdaki eşitlik kullanılmaktadır. Eşitlikte; Tc = Konsantrasyon zamanı (min) L = Su toplama havzası veya gözönüne alınan drenaj kanalı uzunluğu (m) H = Su toplama havzasının yüksekliği veya gözönüne alınan drenaj kanalının başı ile sonu arasındaki kot farkı (m). Ya da yandaki nomogram yardımıyla da havza uzunluğu ile havza yüksekliği biliniyorsa Tc, konsantrasyon zamanı dakika ve saat cinsinden kolayca bulunabilir.

c) Yatak eğiminin (S) bulunması Eşitliğindeki S değeri, ana yatak eğiminin 1000 katı diğer bir deyişle 1000 metre uzunluğundaki yatakta metre olarak düşülen miktarıdır. Yatak eğiminin hesaplanmasında iki yol izlenebilir. Birinci yol; Yatağın memba noktası başlangıcı ile mansap noktası sonu arasındaki kot farkının yatak uzunluğuna bölünmesidir (S=1000x(H/L)). İkinci yol ise, mansap noktasından başlayarak L yatak uzunluğunun 0.10 L ve 0.85 L değerlerindeki kotların farkını bu noktalar arasındaki yatak uzunluğuna (0.75 L) bölerek eğimin hesaplanmasıdır. Böylece eşitlikteki tüm değişkenler bulunduğu için yüzey akış miktarı kolayca belirlenebilir.

2. Rasyonel Yöntem En yüksek yüzey akış debisinin tahmininde kullanılan rasyonel yöntem, yağışın alana, konsantrasyon zamanına eşit bir sürede üniform şiddette düştüğü ve yağış şiddetinin tüm alanda üniform olduğu varsayımına göre geliştirilmiştir. Genellikle 25 km2 den küçük alanlarda uygulanan yöntem aşağıdaki eşitlikle ifade edilir. Q = En yüksek yüzey akış debisi (m3/s) C = Yüzey akış katsayısı I = Tekerrür aralığı ve konsantrasyon zamanına eşit bir yağış süresi için yağış şiddeti (mm/h) A = Drenaj alanı (ha).

a) Yüzey akış katsayısının (C) bulunması Drenaj alanının ortalama C katsayısı Çizelgedeki C katsayılarının, alanın özelliğine göre tartılı ortalaması alınarak hesaplanır. Topoğrafya ve örtü durumu Kumlutın Killi, siltlitın Killi Ağaçlık arazi Düz (% 0-5) Dalgalı (% 5-10) Yokuşlu (% 10-30) Mer'a Düz Dalgalı Yokuşlu Ekili arazi 0.10 0.25 0.30 0.16 0.22 0.50 0.52 0.35 0.36 0.42 0.60 0.72 0.40 0.55 0.70 0.82

K = L3/2/H1/2 b) Yağış şiddetinin (I) hesaplanması Öncelikle konsantrasyon zamanı bulunur. Tc = Konsantrasyon zamanı (min) L = Yatak veya kanal uzunluğu (m) H = Yatak veya kanal kot farkı (m) K = L3/2/H1/2 Tc konsantrasyon zamanı K değerine bağlı olarak yandaki abaktan da bulunabilir.

Konsantrasyon zamanı hesaplandıktan sonra, konsantrasyon zamanı yağış süresi olarak kabul edilerek istenilen tekerrür süresine bağlı olarak Mc Math yönteminde olduğu gibi alana ait yağış şiddeti-süre-tekerrür eğrilerini gösteren abaklardan, yağış şiddeti (I) değeri belirlenir. Eşitliği ile yüzey akış miktarı hesaplanır.