T. C. Orman ve su iŞleri bakanliğITEMEL ARAŞTIRMA VE İZLEME
EK-2. SEDİMENT VE İKLİM ÖLÇÜMÜ YÖNTEM, EKİPMAN VE YERLERİNİN SEÇİMİNE İLİŞKİN RAPOR 03.10.2013 EROZYON MODELLEME VE SEDİMENT VERİMİ ÇALIŞMALARI Proje dahilinde üç adet mikro havzada su erozyonu ile toprak kaybı tahmin edilecek ve havza çıkışında yapılacak sediment ölçümleri ile havzaların sediment verimi belirlenecektir. Sediment tahmini RUSLE modeli ile yapılacak olup, model ile havzadan yılda yüzey erozyonu ile kaybolan toprak miktarı (ton) tahmin edilecektir. RUSLE modeli ABD başta olmak üzere dünyanın bir çok ülkesinde halen kullanılmaktadır. Model tarafından tahmin edilen sonuçlar kesin olmayıp, az ya da çok hata payı bulunmaktadır. Hatanın derecesi ise modellemede kullanılacak verilerin (girdilerin) ne kadar doğru olduğuna bağlıdır. Verilerin havzadaki değişkenliği burada belki de en önemli faktördür. RUSLE modelinin kullanımına ilişkin bilgiler daha önce yapılan toplantılarda verilmişti. Model ile elde edilecek verilerin havza çıkışında ölçülecek sediment verimi değerleri ile korele edilmesi, modelden elde edilecek sonuçların ne kadar güvenilir olduğunun belirlenmesinde önemli bir göstergedir. Yukarıda belirtildiği gibi, RUSLE modeli bir tahmin modelidir. Model, havzda aşınan materyalin tamemen havzdan uzaklaştığını varsayar. Ancak, havza içerisinde aşınma, taşınma ve birikme bölgeleri olabilir. Yani aşınan materyalin tamamının havzanın çıkışndan havzayı terk etmesi beklenemez. Dolayısıyla, RUSLE tarafından hesaplanan miktar ile havzanın çıkışında ölçümle belirlenen miktarların örtüşmesini beklemek yerine, RUSLE değerler ile havza çıkışında ölçülen değerler arasınraki korelasyonun belirlenmesi bizi daha gerçekçi sonuçlara götürecektir. Akarsu tarafından taşınan sediment miktarının ölçülmesi havza hakkında önemli bilgilerin elde edilmesine olanak sağlar. Havzanın birim alanından ortalama sediment verimi buradan elde edilen veriler ile hesaplanabilir. Sediment ölçümü bir çok yöntem ve cihaz kullanılarak yapılabilir. Kullanılan düzenekler tam otomatik, online olarak sürekli veri sağlayabilen ileri teknoloji ürünü sistemlerden, elle örnek alma ve hız ölçme yöntemlerine kadar bir seri sistemi içermektedir. Bu düzeneklerin kendine özgü avantaj ve dezavantajları vardır. Örneğin, manual yöntemler zaman alıcı, tehlikeli ve kişiye bağlı olurken; tam oromatik yöntemler pahalı, korunması zor ve iyi kalibrasyon ve kullanım için teknik personel gerektirmektedir. Tam otomatik düzeneklerin ölçüm ortamına (akarsuyun içerisi ya da dışaında bir nokta) kurulması ve bazı aşırı koşullara (taşkın gibi) karşı ve hırsızlığa karşı korunması için ilave tedbirler gerekebilir-ki bu ayrıca maliyet gerektirir. Diğer taraftan, sistemde kullanılan cihazların arızalanması halinde, teknik personel ihtiyacı doğacağından bu da ilave masraf gerektirebilir. Sistemin başta kalibre edilmesi ve kullanıma hazır hale getirilmesi ise satıcı firmanın sorumluluğunda olduğundan bu aşama için bir masraf gerekmemektedir. Otomatik sistemlerin en önemli avantajı, bu sistemlerin online olarak sürekli veri sağlayabilmesi ve istenen herhangi bir ortamdan (ofis, ev, seyahat esnasında, tatilde) verinin alınmasına olanak sağlamalarıdır. Bu çalışmada, daha önce de belirtildiği gibi, iki farklı sitemin kurulması önerilmektedir. Bunlar: A yarı-otomatik sediment örnekleme sistemi ve B tam otomatik örnekleme sistemi.
A seçeneğinde kullanılması hedeflenen düzenekler aşağıda kısaca tanıtılmaktadır. 1. Debi Ölçer Debi ölçer; sensörlerin bağlandığı bir adet cihaz, sensörlerden gelen veriyi analiz etmek için bir yazılım ve sensörleri içermektedir. Debi ölçüm sensörü, akarsuyun belilirli bir derinliğine yerleştirilir. Sensör bulunduğu noktadan belirli bir açı ile (akış yönüne paralel) hızlı ses dalgaları (ultra sounds) yayar, dalglar akarsu içerisinde ilerlerken, su tarafından taşınmakta olan parçacıklar ve kabarcıklar tarafından geri yansıtılırlar. Sensör üzerindeki bir algılayıcı geriye yansıtılan dalgaları algılar. Bilgiler bir kablo yardımıyla dışarıdaki cihaza gönderilir. Saçılan ve yansıyan ses dalglarının arasındaki farktan ortamın akış hızı hesaplanır. Ses kaynağından uzaklaşmakta olan bir cismin yansıttığı dalgaların genliği artar. Buradaki genlik değişimi (artma) cismin hızı ile orantılıdır. Bu ilişkiden su içerisinde su ile beraber hareket etmekte olan parçacıkların ve baloncukların hızlarından suyun hızı tespit edilir. Cihazın ölçtüğü değer akarsuyun ortalama hızıdır. 2. Basınç ölçer Bu sensör, debi ölçer ile aynı cihaza monte edilebilir. Akarsuyun herhangi bir derinliğine, genellikle tabanına, yerleştirilen sensör, üzerindeki suyun ağırlığı nedeniyle kendisine uygulanan basınçtan, yerleştirildiği noktadaki suyun derinliğini belirler (1 m su yükeskliği 0.1 bar basınç oluşturur). Akarsuyun ölçümün yapıldığı yerdeki zemin kesiti (şekli) cihaza tanıtılır. Zemin kesiti ile derinlik çarpılarak suyun ölçüm alanında ırmağa akış yönüne dik kesit alanı belirlenir. Bu değer debi ölçer tarafından ölçülen ortalama akış hızı ile çarpılarak akarsuyun anlık debisi hacim üzerinden (örneğin m3/san) verilir.
Bu düzenek, 24 adet sediment örnekleme kabı (1 litre polietilen ya da 350 ml cam), kapların yerleştirildiği bir örnek saklayıcı ve örnekleyici aparatlar, örnekleyici kol ve sistemin hareketinden sorumlu bir yazılım programını içermektedir. Düzenek, örnekleme noktasında uygun bir yere monte edilir. Düzeneğin koruma altında olması şarttır. Bunun için gerekli emniyet tedbirlerinin alınması gerekmektedir. Örnekleme, zaman ve ya akış hızı bazlı olabilir. Yani sisteme komut verildiğinde istenen zaman aralıklarında sistem örnek alabilir. Ya da akış hızındaki değişmeye bağlı olarak sistemin örnek alması sağlanabilir. Akış hızına bağlı örneklemede, örnekleyici ile debi ölçer arasında iletişim sağlanır. Örnekleyici, debi ölçerden gelen bilgiye göre programlanan akış hızları gerçekleştiğinde örnek alır. Örneğin, debideki her 200 L/sn değişime karşı örnek al komutu verildiğinde, örnekleyici debi ölçerden gelen bilgi dahilinde bir önceki örnekleme debisi ile bir sonraki debi arasında 200 L/sn fark oluştuğunda örnek alır. Bu, taşkının yükselmesi esnasında ya da geri çekilme esnasında olabilir. Bu sistemin en büyük dezavantajı, örneklerin sistemden alınması, analiz edilmesi ve ölçüm noktasına ulaşım için zaman ve personel gerektirmesidir. Arka arkaya oluşan taşkınlarda örneklemede zorluklar yaşanabilir. Şekil 1. Bir otomatik örnekleyici, örnekleme kapları (24 adet) ve kapların yerleştirildiği büyük kap. Otomatik örnekleyici ülkemizde bir çok kurum ve kuruluş tarafından kullanılmaktadır. 19 Mayıs Üniversitesi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Ankara 1. Organize Sanayi Bölge Müdürlüğü, Arçelik Çamaşır Makinası İşletmesi, Adana Hacı Sabancı Organize Sanayi Bölge Müdürlüğü, Bursa Organize Sanayi Bölge Müdürlüğü, Çorum Belediyesi, Denizli Belediyesi, Eskişehir Belediyesi, Giresun Belediyesi, Gaziantep organize Sanayi Müdürlüğü, Osmaniye Belediyesi ve Türkiye Şeker Fabrikaları bu kuruluşlardan bazılarıdır. 4. Akarsu Tarafından Belirli Bir Zamanda Taşınan Sediment Miktarının Hesaplanması Debi ölçer ile hesaplan debi (m3/sn) aynı zaman dilimi için sediment toplama cihazından alınan örneklerde ölçülen sediment konsantrasyonu ile çarpılarak birim zamanda ya da belirli bir zaman periyodunda taşınan sediment miktarı (örneğin ton/gün) hesaplanabilir. Örneğin, şayet 11.5 saat süren bir taşkında ortalama debi 2 sat süreyle 10, 2 saat süreyle 16, 1 saat süreyle 20, 30 dk süreyle 26, 1 saat süreyle 22, 2 saat süreyle 15 ve 3 saat süreyle 10 m3 sn-1; ortama sediment konsantrasyonları ise; sırasıyla 8, 15, 20, 25, 21, 10, 5 gr L-1 ise; ortalama sediment verimi; sırasyla, 80, 80, 400, 650, 462, 250 ve 40 kg/m3; her bir akış hızı aralığında taşınan mikatarlar sırasıyla 576, 576, 1440, 1170, 1663, 1080 ve 432 ton; taşkın boyunca taşınan toplam miktar ise 6937.2 ton olarak hesaplanır. Tek tek taşkınlarda hesaplanan değerler toplanır ve havzanın yıllık sediment verimi hesaplanır. Yıllık verim havza alanına oranlandığında ise havzanın yıllık birim alan başına (ton/ha) sediment verimi hesaplanabilir. Hesaplanan yıllık değerler RUSLE modeli ile tahmin edilen değerler ile karşılaştırılır. Hesaplanan ve ölçülen değerler arasında pozitif yönde yeterli bir korelasyonun olması yapılan işin doğru olduğunu gösterir. Aksi taktirde tahmin edilen ve/veya ölçülen veriler hatalıdır. II. B SEÇENEĞİ B seçeneği, A seçeneğine göre daha otomatik olup, daha pahalıdır. B seçeneğinde kullanılması hedeflenen düzenekler ve bu düzeneklerin çalışma esasları ve teknik özellikleri aşağıda kısaca tanıtılmaktadır. 1. Lazer-Dopler Debi Ölçer Lazer-dopler debi ölçer suya temas etmeksizin suyun akış hızını ölçebilmektedir (Şekil 2). Cihaz tek ya da çoklu ışık kaynağını kullanabilir. Çalışma şekli Şekil 3'de görülmektedir. Bir lazer kaynağından gönderilen lazer ışınları bir ayrıştırıcı aynadan geçer ve bir lens tarafından çapraz yönlendirilir. Test ortamını (bu bir akarsu olabilir) geçtikten sonra karşı bir lense ulaşan ışınlar buradan bir toplayıcı kaynağa yönlendirilirler. Daha sonra bir sinyal işleyici tarafından değerlendirilirler. Yöntemin çalışma esası: Test ortamından geçen lazer ışınlarının bir kısmı ortamın akış hızına bağlı olarak dağıtılır, akış ne kadar fazla ise dağıtılma o derece fazla olacağından sinyal işleyiciye ulaşan lazer hıza bağlı olarak zayıflar. Buradaki zayıflama ile hız arasındaki ilişkiden akıcı ortamın akış hızı hesaplanır. Çoklu lazer kaynağından çıkan lazer ışınları da yine aynı esasa bağlı olarak işlenir. Hesaplanan hız, derenin ölçüm yerindeki ortalama akış hızıdır. Hızın saniyede birim hacme dönüştürülmesi için akışın kesit alanının bilinmesi gerekir. Bunun için derenin taban kesiti sisteme önceden tanıtılır daha sonra lazer - dopler debi ölçer ölçüm esnasında belirlemiş olduğu yükseklik ile bu kesiti kullanarak ölçüm esnasında akmakta olan suyun kesit alanını hesaplar bu alanı hızla çarparak birim zamandaki akış miktarını (örneğin, m3/sn) hesaplar.
Şekil 2. Lazer dopler debi ölçerin metrenin monte edilmiş hali. Şekil 3. Lazer dopler debi ölçerin çalışma prensibi 2. Turbidite (Bulanıklık) Ölçer Bulanıklık ölçer cihazının çalışma prensibi, ışığın bulanıklık oluşturan objeler tarafından kırılarak dağıtılması esasına dayanır (Şekil 3). Cihaz tarafından ölçüm ortamına şiddeti bilinen bir ışık gönderilir. Işık ortamdan geçerken askıdaki objeler tarafından kırılarak dağıtılılır. Ortamın karşı tarafına ulaşan ışık miktarı, büyük parçacıklar ve küçük parçacıklar tarafından dağıtılan ışık miktarları birer dedektör tarafından toplanır ve ana kaynaktan gelen ışığın ne kadarının dağıtıldığı belirlenerek ortamda askıdaki maddelerin konsantrasyonu Eşitlik (1) kullanılarak hesaplanır. T= I90 / (d0 * It + d1 * Ifs + d2 * Ibs + d3 * I90) (1) Eşitlik 1'de; T türbidite (bulanıklık); d0, d1,d2, d3 Kalibrasyon katsayıları, dt ortamı geçip karşıdaki dedektöre ulaşan ışık şiddeti, Ifs 11o ileri saçılan ışık, Ibs geriye yansıtılan miktar ve I90 ise ortamda ışık yönüne 90 ile (dik) yansıtılan ışık miktarıdır (Şekil 3). Şekil 3. Bulanıklık ölçer cihazının çalışma prensibi (EPA Guidance Manual. 1999. Bölüm 11. Basıc Turbidimeter Design and Concepts). Cihaz kullanılmadan önce kalibrasyonu yapılarak d0, d1,d2, d3 katsayıları belirlenir. Daha sonra, Eşitlik 1'deki diğer değişkenler ölçülerek bu katsayılarla birlikte eşitlik 1'de yerine konur ve hesaplamalar yapılır. Cihazın 0-30.000 mg/l arasında ölçüm yapabilme kapasitesi vardır. Cihazla ilgili daha fazla bilgi (EPA Guidance Manual. 1999. Bölüm 11. Basıc Turbidimeter Design and Concepts) kaynaktan bakılabilir. 3. Akarsu Tarafından Belirli Bir Zamanda Taşınan Sediment Miktarının Hesaplanması Hesaplamalar tıpkı A Seçeneğinde verildiği gibi yapılır. Yani bulanıklık ölçer tarafından ölçülen sediment konsantrasyonu (kg/ton), lazer-dopler debi metre ile ölçülen debi (m3/zaman birimi) ile çarpılarak ilgili zaman birimindeki taşınan miktar hesaplanır. III. A VE B SEÇENEKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI A seçeneği daha ucuzdur, ancak kullanımı B seçeneğine nazaran daha zordur. Buradaki zorluk genelde sediment örnekleme düzeneğinden kaynaklanmaktadır. Her ne kadar bu düzeneğin yedek örnekleme aparatları olsa da, özellikle örneklerin sistemden alınması, laboratuara taşınması ve analiz edilmesinde hem zaman hem de işgücüne ihtiyaç vardır. Özellikle sık sık taşkın olması, örnekleme kaplarının sık sık değiştirilmesini gerekli kılar-ki bu bazen sorun olabilir. A sistemi yarı otomatik olup, debi ölçümleri online olarak aktarılabilir. Ancak bu ekstra masraf gerektirir. B seçeneği ise, A seçeneğine göre daha pahalıdır. Ancak sistemin kullanımı hem kolaydır, hem de daha sık aralıklarla (anlık) veriler elde etmek mümkündür. Çünkü lazer dopler debi ölçer ve bulanıklık ölçer düzenekleri eşzamanlı ölçüm yaptıklar için sediment verimi anlık olarak online sistem ile istenen bilgisayara aktarılabilir. Bu imkan aynı zamanda, sistemin çalışıp çalışmadığı hakkında da otomatik olarak kullanıcıyı uyarabilir. Bu seçeneğin pahalı olması yanında bir diğer dezavantajı ise, sediment konsantrasyonun 30 g/L nin üstüne çıkması halinde bulanıklık ölçer cihazının ölçüm yapamaması ya da, sonucu maksimum değer olarak vermesidir. Bu durumda özellikle 30 g/L değerinin üzerindeki konsantrasyonlarda sistemin hatalı sonuç vermesi kaçınılmazdır. Bizim çalışma havzalarımızda özellikle bahar aylarında karın erimesi ile sediment miktarının 30 g/L’nin üzerine çıkacağını düşünmekteyiz. Bu vesile ile A seçeneğinin bizim çalışma alanlarımız için daha uygun olduğunu düşünmekteyiz.
B SEÇENEĞİ
V. A VE B SEÇENEKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI A seçeneği daha ucuzdur. Ancak B seçeneği daha fazla parametrenin ölçümüne izin verir. B seçeneğindeki data logger daha kapsamlıdır ve daha fazla sensorun ileride gerektiğinde düzeneğe bağlanmasına olanak sağlar. B seçeneğinde ayrıca toprak rutubetinin de ölçümü mümkün olacaktır. Toprak neminin bilinmesi havza hakkında yapılacak değerlendirmelerde avantaj sağlar. B seçeneğinde yer alan kar eritme adaptörü yağan karın anında eritilerek yağış suyuna çevrilmesini sağladığından daha doğru sonuç verir. A seçeneği ile elde edilecek veriler projenin hedeflerine ulaşması için yeterlidir. Ancak imkânların elvermesi halinde B seçeneğinin seçimi daha avantajlı olacaktır. SEDİMENT VE METEROROLOJİ ÖLÇÜM MİKROHAVZALARININ SEÇİMİ Mikro havzaların seçiminde topoğrafik yapı (eğim faktörü, alt orta, üst havza vb), bitki örtüsü (orman, mera vb.), iklim (yağış miktarı, karakteristikleri vb), toprak yapısı (texstür, strüktür vb) gibi erozyona etki eden faktörler göz önüne alınmıştır. Çalışmada elde edilecek çıktıların, yani erozyon miktarlarını (ton/yıl) Çoruh Havzasının geneline uyarlanabilmesi için ana havzadaki yapıyı temsil edebilecek mikro havzaların seçilmesi gerektiği görüşünden hareketle; Şavşat-Veliköy, Oltu-ve Yusufeli-Bıçakçılar mikro havzaları başlangıçta seçilmiştir. İstasyon yeri seçimindeki diğer önemli bir husus da, seçilen havzaların havza niteliğini taşıması yani havzanın temsil etmekte olduğu alanın üzerine düşen yağışın havzanın çıkışında belirli bir kesitten (istasyon noktasından) geçmesidir. Mikro havzaların gerçekte kapladıkları alanların plan üzerindeki alanlardan farklı olması halinde seçim zorlaşmaktadır. Diğer taraftan, havzaya ulaşım da (özellikle kışın) önemli bir kriter olarak karşımıza çıkmaktadır. 26 Eylül 2013 tarihinde yapılan toplantıda, ölçüm yapılacak mikro havzaların faaliyet alanı olarak seçilen havzalar arasından olması gerektiği yetkililer tarafından vurgulanmıştır. Yetkililerin bu talebi dikkate alınarak, sediment istasyonu kurulacak mikro havzaların seçiminde değişikliğe gidilmesi kararlaştırılmıştır. Daha önce belirlenen Oltu mikro havzasında faaliyet olması nedeniyle, bu havzada ilk istasyonun kurulması planlanmaktadır. Diğer iki havza ise Tortum Kuzey ve Olur olacaktır. Kılıçkaya (Kılıçkaya deresi), İspir Çaydere ve Şenkaya havzalarında ana dereler olmayıp birden çok yan dereler havzayı drene etmektedir. Ayrıca, bu mikro havzalar Çoruh havzasında en çok erozyonun olduğu mikro havzalardan olmaları nedeniyle, sediment istasyonlarının buralarda olması havzada erozyonun sağlıklı ölçümüne de katkı sağlayacaktır. Meteoroloji istasyonlarının seçiminde ise, sediment ölçümünün yapılacağı mikro havzada bir meteoroloji istasyonunun olup olmadığına bağlı kalındı. Şayet sediment ölçüm havzasında istasyon yoksa istasyonun tarafımızdan kurulması kararlaştırıldı. İstasyonun olması halinde ise istasyonun, istasyonun olmadığı (sediment ölçümü yapılmasa dahi) başka bir mikrohavzaya kurulmasına karar verildi. Bıçakçılar ve Şenkaya mikro havzalarında meteoroloji istasyonu olmaması nedeniyle buralara istasyon kurulumu elzemdir. Diğer mikro havzaların hemen hepsinde veya yakında istasyon mevcut olduğundan üçüncü istasyonun alınıp alınmayacağı idarenin takdiridir. İstasyonların kurulacağı mikrohavzaların belirlenmesinde dikkate alınan bir diğer husus ise ileride yapılacak enterpolasyonlarda, istasyonların konumlarının verinin enterpolasyonuna izin verecek şekilde düzenlenmesine dikkat edilmesidir. Çığ çalışmaları kapsamında kurulacak meteoroloji istasyonlarının konumu da, tarafımızdan kurulacak istasyonların yerlerinin belirlenmesinde dikkate alınacaktır. Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN Prof. Dr. Aydın TÜFEKÇİOĞLU Çankırı Karatekin Üniversite Orman AÇÜ Orman Fakültesi Fakültesi Toprak İlmi ve Ekoloji ABD, Çankırı Toprak İlmi ve Ekoloji ABD, Artvin Yrd. Doç. Dr. Mustafa TÜFEKÇİOĞLU AÇÜ Orman Fakültesi Havza Yönetimi ABD, Artvin 1 Çevre ve Orman Bakanlığı’nın 06/04/2011 tarihli ve 6223 sayılı Kanunun verdiği yetkiyle Çevre ve Şehircilik Bakanlığı ve Orman ve Su İşleri Bakanlığı olarak görevleri ayrılmıştır. 2 Çevre ve Orman Bakanlığı’nın 06/04/2011 tarihli ve 6223 sayılı Kanunun verdiği yetkiyle Çevre ve Şehircilik Bakanlığı ve Orman ve Su İşleri Bakanlığı olarak görevleri ayrılmıştır. Çevre ve Orman Bakanlığı bünyesinde hizmet veren Ağaçlandırma ve Erozyon Kontrolu Genel Müdürlüğü’nün görevleri sonlanarak tüm yetkileri Orman Genel Müdürlüğü’ne devredilmiştir Yüklə 1,57 Mb. Dostları ilə paylaş: |