Toprak Su Yapıları

1. SU İLETİM VE DAĞITIM YAPILARI

1.1. Genel Bilgiler

Yer üstü ve yeraltı su kaynaklarından sulama suyunun temin edildiği baraj, bağlama, kuyu, kaptaj tesisi vb. yapılardan suyun alınıp sulanacak alanlara taşınmasını ve dağıtılmasını sağlayan yapılara su iletim ve dağıtım yapıları denir.

Su iletim ve dağıtım sistemi, kaynaktan alınıp suyu sulanacak alanlara dağıtmak için gerekli olan açık kanallar, kanaletler ve boru hatları ile araziye verilecek suyun kontrolünü, paylaştırılmasını ve dağıtımın yapmak için gerekli sanat yapılarını kapsar. Sistem yetiştirilecek bitkilerin ihtiyacını karşılayacak miktarda suyun, erozyona neden olmadan ve yüksek randımanlı bir şekilde uygulanmasını sağlamalıdır. İyi ve uygun bir su dağıtım sisteminin planlanmasında özenle incelenmesi gereken hususlar aşağıda verilmiştir.

Sulanacak tarım arazisinin büyüklüğü,

Sulama suyu miktarı ve maliyeti,

Bünye, yapı, profil derinliği, su alma hızı ve kullanılabilir su tutma kapasitesi gibi toprak özellikleri,

Topografik durum,

Uygulanacak sulama yöntemi,

Erozyona sebep olmayacak ve etkili kök bölgesinde gerekli nem dağılımını sağlayabilecek debi ile su akış uzunluğu arasındaki ilişkiler.

1.2. Yerçekimi Sulama Sistemlerinde Kanallar

Yerçekimi sulama sistemlerinde sistemi teşkil eden kanallar fonksiyonlarına göre iletim kanalı, ana kanal, yedek kanal, tersiyer kanal ve tarla içi su iletim kanalı olarak isimlendirilir.

1.2.1. İletim Kanalı

Sulama suyunu depolama veya çevirme yapısından alarak ana kanala ileten kanallardır. Bu kanaldan sulama yapılmaz, sadece sulama suyunun iletilmesinden yararlanılır. Sulama alanının hemen su alma yerinden başlaması halinde iletim kanalına gerek duyulmaz.

1.2.2. Ana Kanal

Sulama suyunu sulama alanı içinde taşıyan ve yedek kanallara ileten kanallardır. İletim kanalı varsa iletim kanalı sonuna, iletim kanalının bulunmaması halinde su alma yapısından başlar ve en son yedek kanalda son bulur.

Ana kanalın genellikle ova tarafına işletme ve bakım yolu yapılır. Ana kanal taban kotu, ana kanaldaki üst su çizgisi doğal zeminle kanal ekseninde kesişecek şekilde bulunur 

Ana Kanalların Projelendirilmesi

Planlama raporunda verilen ana kanal başlangıç yeri, su kotu ve eğime göre ana kanalın projesine başlanır. Arazi tasnif sınıfı, kanal boyutları, hız limitleri ve yük kayıpları gibi etkenler teknik ve ekonomik yönden incelenerek eğim seçilir. Bu değerlere göre 1/5000 ölçekli ve sulama alanını gösteren topografik haritada başlangıç noktası seçilir ve kurplarla birlikte güzergah altında sulanamayan alan kalmayacak biçimde kazı ve dolgu miktarları dengeli olmalıdır Şekil 1.2 ve Şekil 1.3. dolguda ve kazıda kullanılması uygun kanal tipi enkesitleri, Şekil 1.4.’de güzergahtaki kurpların karakteristikleri ve minimum kurp yarıçapı verilmiştir.

R min ³ (3 ~7) T , 15 h, 25 mtre

a = Sapma açısı, 

A = Merkez açı, 

R = Kurp yarıçapı, 

T = Teğet boyu, [T=R tan(a/2)], 

D = Developman boyu, (D=a/7R/200), 

B = Bisektris uzunluğu, {B=[R Seç(a/2)]-ı}. 

Şekil 1.4. Kurp karakteristikleri ve minimum kurp yarıçapı.

Ana kanal güzergahı plana işlenirken karşılaşılacak başlıca durumlar, yan dere geçişleri, kara yolu ve varsa demir yolu geçişleri ve yerleşim yeri geçişleridir.

Yan dere geçişleri için kullanılan yapılar; alt sel geçidi, üst sel geçidi, ters sifon ve akedüktür. Bu yapılardan birinin projelenmesi için öncelikle yan derelerin taşkın debisinin, taşıdığı sediment miktarının, yatağın genişliğinin ve derinliğinin bilinmesi gerekir.

Sulama alanının üst sınırını belirleyen ana kanalların izleyeceği güzergahlar mevcut topografyaya bağlı olarak alternatifler arasından seçilip araziye aplike edilerek belirlenir. Kanal güzergahlarında kanalın temel zeminine bağlı olarak alternatif çalışma yapılmasını gerektiren başlıca hususlar ve alınması gereken önlemler aşağıda belirtilmiştir.

a) Kanaldan sızan suyun temel zeminine etkisi: Beton kaplamanın çatlaması ve çatlaklardan sızan suyun zemini ıslatması veya derz yerlerinden sızan suyun kaplama betonu altındaki ince malzemeyi yıkaması ve şev stabilitesinin bozulmasına neden olması durumuna karşı sızdırmadığın çok iyi sağlanması gerekir.

b) Yeraltı suyunun yüksek olduğu yerlerde alınması gerekli önlemler: Yeraltı suyunun yüksek olduğu kesimlerden kanal güzergahı geçirilirken iki önlem alınabilir. Birincisi yeraltı suyunu kanal betonuna ulaşmayacak seviyede tutacak drenaj önlemlerini almak, ikincisi yeraltı suyunun kaplama betonu ile temasının kesin olarak önlenmesi gereken durumda, zemin ile kaplama betonu arasında tecrit görevini yapacak önlemleri almaktır. Yeraltı suyu basıncının kaplamayı kaldırmasını önlemek için kanal kaplama betonunun altına en az 0.3 m kalınlığında filtre malzemesi serilir. Arazi enine eğiminin azaldığı yönde kanal taban filtresi altında drenfleks veya büz döşenir. Uygun yerlerde drenaj kanallarına bağlanan drenfleks veya büzlerle filtre içine toplanan su uzaklaştırılır.

1.2.3. Yedek Kanal

Suyu ana kanaldan alıp tersiyerlere ulaştırır. Genel olarak ana kanaldan başlar, sulama alanını eş yükseklik eğrilerine dik olarak keser ve su götürdüğü sulama alanının en yüksek yerinden geçer. Yedek kanalların aralıkları topografyaya bağlı olarak 5-6 km civarında olabilir. Uzunlukları sulama alanının büyüklüğüne bağlı olarak değişir. Genellikle her yedekten iki tarafa ayrılan tersiyerler karşılıklı getirilir. Böylece bir çek yapısından iki tersiyer yararlanır. Eş yükseklik eğrilerine dik geçtiklerinden genellikle eğimleri fazladır. Ancak yedek kanallarda eğimi belirli değerin altında tutmak için kanal üzerine düşü yapılır. Kanal eğimi 0.0007 den az olmalıdır. Yedek kanallarda su seviyesi tersiyer prizleri önünde doğal zeminden 20-30 cm yukarıda olur. Bu sebeple prizden sonra yapılan düşü ile su hattı doğal zeminin altından geçer ve kanal kazıda olur. Ancak kanal priz önünde tekrar dolguya geçer ve su seviyesi doğal zemin üstüne çıkar. Priz önlerinde kanaldaki su, kazıda 1.5 m/s den fazla olmamalıdır. Priz önlerinde su hızını 1.5 m/s nin altına düşürmek için yedek kanalın eğimi prize 50 m kala azaltılır ve istenen hız elde edilir. Yedek kanal boyunca kanalın bir tarafından işletme ve bakım yolu bulunur. Yedek kanal son tersiyerlere de suyu ilettikten sonra görevini tamamlar. Bundan sonra tamamen bir drenaj kanalı gibi geçirilir ve ana drenaj kanalına bağlanır.

Minimum kurp yarıçapı, kanaldaki suyun üst yüzey genişliğinin 3-7 katı veya su derinliğinin (h) minimum 15 katı olarak saptanır. Ayrıca bu değerin 25 m den büyük olması uygundur.

1.2.4. Tersiyer kanal

Tersiyer kanal yedek kanaldan aldığı suyu sulama sahasına taşıyan kanaldır. Genellikle eş yükseklik eğrilerini izler. Eğimi ana kanalda olduğu gibi, 0.0002-0.0005 arasında değişir. Tersiyerlerin aralıkları 300-400 m arasında olabilir. Arazi eğiminin azaldığı yerlerde bu mesafe azaltılır. Çünkü bu durumda çiftçi sulama suyunu tersiyerden alıp tarlaya götüremez. Tersiyer uzunluğu 2.5-3 km olabilir. Bir tersiyer kanalın hizmet ettiği sulama alanı en fazla 1200 dekardır. Tersiyer üzerinde 200-250 m aralıkla priz inşa edilir. Prizden alınan su araziye veya tarlabaşı kanalına verilir. Tersiyer kanalda su seviyesi doğal zeminden 0.20-0.25 m yukarıda bulunabileceğinden bu kanal genellikle dolguda inşa edilir. Tersiyer sulama kanalının üst tarafına daima bir tersiyer drenaj kanalı bulunur (Şekil 1.6.). Tersiyer kanal genellikle yedek drenaj kanalına 125-150 m kala tersiyer drenaj kanalına bağlanır.

1.2.5. Tarla İçi Su Dağıtım ve iletim Yapıları

Tersiyer prizinden alınan sulama suyunu tarlaya kadar götüren kanallardır. Genellikle bu kanallar sulama projesine dahil değildir. Çiftçi tarafından inşa edilir. Boyları en fazla 500 m kadardır. Düz arazilerde bu mesafe küçültülür. Aralıkları ise 200 m kadardır. Bu kanallar genellikle mülkiyet hudutlarını izler.

1.3. Kanal Kaplamaları

Sulama kanalları, sızmayı önlemek, pürüzlülüğü azaltmak kanal kapasitesini arttırmak, şevlerin aşınmasını önlemek ve kanalların bakımını kolaylaştırmak için beton, taş, bitüm, plastik, kil vb. malzemelerle kaplanır. Ülkemizde en çok kullanılan kaplama tipi beton kaplamadır. Yapılması ve tamiri kolaydır. Sağlam ve pürüzsüz yüzey sağlanması, uzun ömürlü olması ve az bakım gerektirmesi sebebiyle tercih edilirler.

Beton kaplamalarda çimento dozajı 175 – 250 kg/m3 olarak alınabilir. Beton kalınlığı en az 8 cm en çok 15 cm olarak yapılır.

Taşın bol ve ucuz olduğu yerlerde taş kaplama (pere) yapılır. Su kanalında harçlı pere kullanılır. genellikle kaplama kalınlığı 30 cm’dir. Harçlı pere 300 dozlu çimento ile derzlenir. 

Petrol ürünü olan bitüm akıcı özelliğe sahip olduğundan beton asfalt şeklinde yerinde dökülebildiği gibi, prefabrike plaklar halinde de kullanılır. beton asfalt kaplama 5 cm kalınlıkta yapılır. 

Killi kum – çakıl sıkıştırıldığı takdirde oldukça sert ve geçirimsiz bir madde teşkil eder. Uygun malzemenin yakında bulunduğu yerlerde kil kaplama yapılır. Ucuz ve az geçirimli olan bu kaplama tipinin en büyük sakıncası otlanmaya uygun olmasıdır.

1.4. Kanaletler

Kanalet, prefabrike olarak yapılan ve değişik yükseklikte prefabrike ayaklar üzerine yerleştirilen kanal anlamında kullanılmaktadır. Genel olarak kanaletlerin normal taşıma mesafeleri 50 – 100 km arasında olmaktadır.

Kanaletlerin hidrolik hesaplamalarında aşağıda verilen Bazin eşitliği kullanılır.

Q = Kanaletin debisi, m3/s,

A = Kanalet kesit alanı, m2,

R = Hidrolik yarı çap, m,

S = kanalet eğimi,

g = kanalet Bazin pürüzsüzlük kat sayısı (0,12 – 0,16)

Kanaletler genellikle 5 ve 7 m uzunluğunda betonarme olarak imal edilir. Birleşme yerlerinde dayanma eyerlerine oturur. Eyerler ayaklara, ayaklarda temel parçaları üzerine oturur (Şekil 1.7.-1.8).

1.5. Sulama ve Drenaj Sistemlerindeki Sanat Yapıları

Sulama ve drenaj sistemlerinde kullanılan sanat yapıları üç grupta toplanabilir. Bunlar;

İletim görevi yapan sanat yapıları

Kontrol görevi yapan sanat yapıları

Geçit görevi yapan sanat yapıları

1.5.1. İletim Görevi Yapan Sanat Yapıları

Kanallardaki suyun bir noktadan diğer bir noktaya ileten yapılardır. İletim görevi yapan sanat yapıları arasında, geçiş yapısı (rakortmon) ters sifon, süt, akedük, tünel, galeri, düşü ve çökeltim havuzu sayılabilir.

1.5.1.1. Geçiş Yapısı

Kanallarda kesit değişince, değişik iki kesiti birbirine bağlayan geçiş yapıları yerleştirilerek enerji kayıpları azaltılır. Genellikle geçiş yapıları, trapez (yamuk) kesiti dikdörtgen kesite, dikdörtgen kesiti trapez kesite veya daire kesiti trapez kesite, trapez kesiti daire kesite bağlar (Proje 1 -2).

1.5.1.2. Sifon

Sulama kanallarının derin vadiler içindeki kuru dereleri, köprü yapımına uygun olmayan yol ve demir yollarını, çok fazla sediment taşıyan akarsuları geçmeleri halinde ve kanal olarak dolaşılmasının ekonomik olmadığı durumlarda sifon kullanılır. Sulamada sifon ters sifon adı ile bilinir. Ters sifon daima enerji kaybına sebep olur. Su kotunun kaybedilmesi düşünülmüyorsa sifon inşaatından kaçınmak gerekir.

Sifondaki hız kanaldaki hızın en az 1,5 katı olmalıdır. Sifonlarda en küçük çap 1.00 – 1.20 m olmalıdır. Küçük debili kanallarda hız çok azalacağı için sifon yerine akedük tercih edilmelidir. (Proje 3 – 4 – 5 – 6)

1.5.1.3. Düşü ve Şüt

Topografyanın gerektirdiği yerlerde kanal güzergahında kot düşmeleri zorunludur. Bu kısımlarda düşü ve şüt adı verilen sanat yapıları inşa edilir. Düşü 4,5 m’den düşük seviye farklarında kullanılan yapıya denir. Su seviyeleri arasındaki farkın 4,5 m’den büyük olduğu yere yerleştirilen ve genellikle uzun boylarda devam eden yapıya şüt adı verilir. Akım her ikisinde de sel rejimindedir. Düşü ve şütler yedek sulama ve yadek drenaj kanallarında kullanılır. (Proje 7 – 8)

1.5.1.4. Akedük

Sulama kanallarını geniş ve debisi büyük akarsulardan geçirirken dere derinliği 5 m’yi geçmiyor ise akedük yapısı da uygulanabilir. Akedükde maksimum ayak yüksekliği 5.00 m’dir. Normal açıklık 10 m olup daha büyük genişliklerde açıklık sayısı artar. Bu durumda seçenekler arasında ekonomik kıyaslama yapılması gerekir. 

1.5.1.5. Tünel Ve Galeri

Sulama kanalı kotuna göre yüksek kottan bir yerden geçmek veya uzun bir yamaçtan dolaşma ile karşılaşıldığında ekonomik kıyaslama yapılarak tünel veya galeri inşa etmek daha elverişli olabilir. Tünel yüksek zemin veya dağ altında inşa edilen iki ağzı olan ve sulama ve drenaj kanalı, su borusu, demiryolu ve karayolu geçişine imkan veren geçiş yoludur. Galeri ise tamamlandıktan sonra yapı içinde kalan belirli kesitteki boşluk veya geçittir. 

Tünellerde minimum çap 2.20 m olarak saptanmıştır. Tünellere verilecek eğim, % 85 dolu çalışmayı sağlayacak şekilde seçilmelidir. 

1.5.2. Kontrol Görevi Yapan Sanat Yapıları

Kontrol yapıları sulama kanallarındaki su seviyesini kontrol ederek istenilen seviyeye kadar ayarlar. Kanalın taşıyabileceğinden fazla su gelmesi halinde fazla suyu araziye zarar vermeden uzaklaştırır. Araziye verilecek suyu alıp miktarını ölçmeye yarar. Kontrol yapıları genellikle debi ölçme yapısı (savak), su alma yapısı (priz), su seviyesini kontrol yapısı (çek) ve emniyet yapısı (yan savak, otomatik sifon) olarak gruplandırılır.

1.5.2.1. Debi Ölçme Yapıları

Sulama kanallarındaki su seviyesini ayarlamak ve ihtiyaç kadar suyu araziye ulaştırmak için sürekli olarak debi ölçmeleri yapılmalıdır.

1.5.2.2. Sabit Yüklü Orifizli Priz 

Sulama kanallarında 1 m3/sn’lik debilere kadar sabit yüklü orifizli priz kullanılır. ölçme düzeni, sakinleştirme havuzunun memba tarafından ayarlanabilir bir orifis ile havuzun mansabındaki bir prizden ibarettir. Priz kapağı açılıp kapatılarak, 6 cm’lik sabit yükü verecek şekilde ayarlanır. (Proje 9 – 10 – 11 – 12 – 13)

1.5.2.1.2. Keskin Kenarlı Savak

Keskin kenarlı savak, savağın geometrik şekline göre dikdörtgen, yamuk ve dik üçgen savak olarak adlandırılır. Savak ve orafis arasındaki esas fark; birisinde suyun üstten akması, diğerinde içinden geçmesidir. Savaktan önceki akımın durumuna göre bu savaklar yanal büzülmeli ve yanal büzülmesiz olmak üzere iki gruba ayrılır. Yanal büzülmesiz keskin kenarlı savak dikdörtgen kesitli, diğer savaklar ise yanal büzülmeli keskin kenarlı savak olarak kullanılır.

1.5.2.1.3. Kalın Kenarlı Savak

Kalın kenarlı savak da sulama kanalını enine kesen savaklardandır. En kesitleri daire ve parabol olabilir.

1.5.2.1.4. Kesik Boğazlı Savak

Açık kanallardan geçen suyun debisini ölçmek üzere yatay bir taban üzerine giriş ve çıkış kesitleri aynı kalmak üzere kesitin daraltılması ile meydana gelmiştir.

1.5.2.1.5. Parshal Savakları

Açık kanallardan geçen suyun debisini ölçmek üzere kanal kesitinin daraltılması ve tabanın yükseltilmesi ile akımı büzen özel şekilli debi ölçme yapısıdır. Parshal savağı 1 – 85 m3/s arasındaki debileri ölçmekte kullanılır. (Proje 14 – 15 – 16)

Parshal savaklarının üstünlükleri ve sakıncaları

a.Üstünlükleri :

1.Serbest akım halinde bir ölçüm ile debi bulunur.

2.Boğaz kısmında akım hızlıdır.

3.Daha hassas ölçme yapar.

4.Enerji kaybı diğer savaklara göre daha azdır.

5.Çok küçük ve çok büyük debiler için kullanılabilir.

6.Ölçme aralıkları büyüktür.

b.Sakıncaları

Kanalların düz kısımlarında kullanılırlar, kurpdan veya bir kapaktan hemen sonra kullanılmaz.

İnşası hassasiyet ister, yapımı güç ve maliyetleri yüksektir.

1.5.2.2. Kanallardan Su Alma Yapıları

Ana, yedek ve tersiyer kanallardan su alma yapılarına priz adı verilir. 

Ana kanaldan yedek ve tersiyer kanal ayrılır. Ayrıca uygun yerlerde çiftçi arkı da bulunabilir. Priz yerlerindeki su katları ana kanal altında sulanamayacak alan kalamayacak şekilde seçilir.

Yedek kanal prizleri genellikle sabit yüklü orifizli priz olarak tesis edilir. Bu prizlerde normal su seviyesini temin etmek için çek konulur. Yeterli kabarma var ise çek konulmayabilir. 

Normal olarak priz yerlerinde su katları doğal zeminden 30 – 40 cm yüksek seçilir. Priz önlerinde en az 40 – 50 m’lik kısmın eğimi 0,0004 – 0,0006 gibi düşük tutulur. Böylece akımın prize girerken nehir rejiminde olması sağlanır (Proje 17 – 18).

1.5.2.3. Su Seviyesi Kontrol Yapıları

Sulama projelerinde kapasite hesapları için maksimum sulama modülü esas alınmaktadır. Yurdumuzda sulama mevsimi genellikle Nisan – Ekim ayları arasındadır. 

Maksimum su ihtiyacı Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında olur. Projede su profili için hidrolik hesaplar ve çizimler maksimum seviyeye göre yapılmaktadır.

Sulama kanallarında sulamanın rahatlıkla teminini sağlamak için suyu belirli bir seviyede bulundurmak gereklidir. Kanallarda suyun az olduğu zamanlarda normal su seviyesinin temini için çek adı verilen seviye kontrol yapısı tesis edilir. Bunlar genellikle kapaklı olur.

1.5.2.4. Emniyet Yapıları

Sulama ve drenaj kanallarının emniyetini sağlayan yapılardır. Sulama kanallarında yamaç sularının kanala alınması durumunda veya ani priz kapatma halinde kanallardaki su seviyesini kontrol eden otomatik sifon, yamaç sularının kanala zarar vermemesi için yapılan yamaç su alma tesisleri, yan derelerin taşkın sırasında kanala zarar vermeden geçebilecekleri sel geçitleri, ana sulama kanalının suyunu boşaltan ana kanal tahliyeleri, doğal tahliye ve tersiyer drenaj kanallarının kavşaklarında yedek drenaj kanallarını koruma yapıları olarak özetlenebilir.

1.5.2.4.1. Otomatik Sifon

Sulama kanallarında su seviyesinin, ani priz kapatmaları, yamaç sularının kanala alınması veya başka bir sebeple su seviyesinin yükselmesi halinde su kanaldan dışarı taşarak tarım arazisine zarar verir. Sulama kanalından suyun taşmasını önlemek için gerekli yerlere otomatik sifon inşa edilir. Otomatik sifon normal su seviyesinin artması ile kendi kendine çalışarak kanaldaki fazla suları dışarı atar. Kanaldaki su seviyesi normal seviyeye düştüğü zaman sifonun çalışması durur. Otomatik sifonlar dere yatakları veya tahliye kanallarının bulunduğu kısımlara konur. (Proje 19 – 20)

1.5.2.4.2. Yamaç Su Alma Tesisi

Ana kanal güzergahı üzerindeki yamaçtan su geliyorsa ve bu suyun debisi ve taşıdığı sediment miktarı az, kalitesi sulama suyuna zarar vermeyecek durumda ise bu su sulama kanalına alınabilir. Bu amaçla yamaç su alma tesisi inşa edilebilir. Yamaç su alma tesisi için en büyük debi 2.0 m3/s olabilir. (Proje 21)

1.5.2.4.3. Sel Geçitleri

Kanalların yan dere geçitlerinde kullanılan yapılardandır. Sel geçitlerin yan derelerin özellikle taşkın sırasındaki en büyük debisini kanala zarar vermeden geçirecek kapasiteye sahip olmaları gerekir. 

Taşkın suları ana kanalın üstünden geçiriliyorsa üst sel geçidi, ana kanalın altından geçiriyorsa alt sel geçidi denir. Arazi eğiminin az olduğu yerlerde üst sel geçidi, çok olduğu yerlerde alt sel geçidi tesis etmek uygundur(Proje 22–23–24–25–26).

1.5.2.4.4. Kanal Tahliyesi

Kanalın sifon, galeri, tünel, akedük veya her hangi bir yerinde meydana gelecek arızaların onarılması için veya başka sebeplerle kanalın suyunun tamamının boşaltılması gerekebilir. Bunun için kanaldaki suyun tamamını tahliye kanalına veya dere yatağına boşaltılmasını sağlayan tahliye yapıları yapılır. Tahliyelerin özellikle önemli sifon ve tünellerin memba tarafına inşa edilmesi uygun olur.

1.5.3. Geçit Görevi Yapan Sanat Yapıları

Sulama kanaları uzun mesafeler kat ettiği için, bazen yerleşim yerleri arasındaki yolları veya demir yollarını keser. Bu tür geçişler genellikle köprü veya menfez biçiminde olur. Kararlı zeminlerde köprü, kararlı olmayan zeminlerde menfez yapılması uygundur.

Köy, bucak ve ilçe yolları gibi küçük yollarda basit köprüler ya da menfezler inşa edilir. İller arası karayollarında ise karayolu köprü tipleri uygulanır. (Proje 27)

2. ENERJİ KIRICI TESİSLER

2.1. Genel

Kanallarda suyun enerjisi aşağıdaki şekillerde kırılabilir.

a.Enerji “Hidrolik sıçrama” ile bir havuz içine kırılır. (düşü havuzları)

b.Özellikle borulu düşülerde, boruyu terk eden yüksek hızlı suyun enerjisi bir perdeye çarptırılarak yok edilir. (çarpma tipli enerji kırıcı)

c.Eğik düzlem üzerine (yani düşü kanalı içine) bir takım dişler konularak; suyun enerjisi düşü kanalın içinde kırılır (dişli eğik düzlemler)

Yukarıda belirtilenlerden (Düşü havuzları) bütün düşülerde en yaygın olarak kullanılır. Çarpma tipli enerji kırıcılar, genellikle borulu düşülerde, (dişli eğik düzlemler) ise mansap su seviyesi değişken, örneğin su seviyesi değişken tabii bir yatağa veya rezervuara su boşaltan tahliye kanallarında kullanılırlar. Bu neden ile sulama kanalları üzerindeki uygulanması sınırlıdır.

2.2. Düşü Havuzları

Enerji kırma işlemi en ekonomik ve en emniyetli şekilde temin edilebilir. 

Bu ise düşü havuzu boyutlarını iyi tayin edebilmekle kabildir. Düşü havuzu derinliğinin teorik hesaplar ile kati olarak bulunabilmesine mukabil, uzunluğu; doğrudan doğruya model tecrübeleri yapılarak veya şimdiye kadar yapılmış tecrübelerden elde edilen neticelerden faydalanılarak hesaplanabilir. 

Düşü havuzlarının etkin bir şekilde çalışabilmesi için girişteki Froude Sayısının (F = [IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/aysegul/LOCALS%7E1/Temp/msoclip1/01/clip_image002.gif[/IMG]) 4,5 ile 15 arasında olması gerekir. Formülde d1, havuz girişindeki su derinliği V1 ise giriş hızıdır. Froude sayısının belirtilen sınırları dışında; özel çalışma ve model tecrübeleri gerekir. 

Girişte Froude sayısı, 4,5’ten küçük ise, havuzda dengeli bir sıçrama meydana gelmez. 10’dan büyük Froude sayılarında ise, “Düşü Havuzları” enerji kırılmasında en etkin bir yapı olmayabilir “düşü havuzları” yerine başka tip enerji kırıcılarda kullanılabilir. 

Düşü havuzunda hidrolik sıçrama oluşarak enerji kırılması için, havuz mansabında, yeterli bir su derinliğine (kuyruk suyu) derinliğine ihtiyaç vardır.

Tatbikatta genellikle yatay tabanlı, sabit taban genişliğinde dikdörtgen kesitli havuzlar kullanılmaktadır. Çünkü trapez kesitin iki yanında yer alan üçgen alanlardaki su sıçramaya etkili şekilde katılmamakta ve sıçrama havuzun orta kısımlarında teşekkül ederek yeterli bir enerji kırılması olmamaktadır. 

Dikdörtgen kesitli bir kanalda, debisi Q olan bir akım göz önüne alalım. Böyle bir akımın Şekil no : 2.1. taralı olarak gösterilen bir süreksizlik bölgesinden geçtiğini ve derinliğinin Y1 ve Y2 ye atladığını kabul edelim.

Süreksizlik bölgesindeki akış düzensiz ve enerji kaybı doğuracak şekilde çalkantılıdır. Bu bölgeden yeteri kadar uzaktaki (1) ve (2) kesitlerinde ise akış üniformdur. Böle bir akışta (1) ve (2) kesitleri arasında kütle ve momentumun korunumu prensiplerinin sağlanması gereklidir. 

Kütlenin korunumu prensibine göre birim zamanda (1) kesitinden geçen akışkan kütlesine eşit olmalıdır.

rb Y1 V1 = r bY2 V2 Süreklilik denklemi

Y1 V1 = Y2 V2 = q q = 

Momentum prensibine göre (1) ve (2) kesitleri arasındaki bölgeye etki yapan dış kuvvetlerin toplamı, birim zamanda bölgeden çıkan hareket miktarı ile bölgeye giren hareket miktarlarının farkına eşittir. Çeperlerdeki sürtünmeler ihmal edildiğine göre; bölgeye etki yapan dış kuvvetler (1) ve (2) kesitlerindeki basınçların doğurduğu P1 ve P2 kuvvetleridir.

S P = rQ (V2 – V1)

P1 - P2 = 

Y2 derinliğinin, düşü yatağından sonraki kanaldaki su derinliği (Yk) ile mukayesesinin düşü yatağı derinliği hesaplanabilir. Yk < Y2 olması halinde; düşü yatağı (Y2 - Yk) kadar derinleştirilerek, mansapta sıçrama için yeterli su derinliği sağlanmaktadır.

Sıçramanın başladığı ve nihayet bulduğu noktanın teorik olarak tayini mümkün olmadığından, enerji kırıcı havuz uzunluğunun bulunmasında Amprik formüllere müracaat edilmekte veya U.S. Bureau of Reclamation’nin yaptığı çok sayıda model tecrübeleri neticesinde geliştirdiği çeşitli tiplerdeki havuzlar kullanılmaktadır. Son zamanlarda amprik formüller yerine bu tipler tercih edilmektedir. 

Tiplerin tetkikinden görüleceği gibi; havuza girişteki Froude sayısı; düşü havuzu seçiminde esas rolü oynamaktadır. Giriş Froude sayısının yanlış hesap edilmesi neticesinde, uygun olmayan bir tip seçilebilir ve enerjisi kırılmamış su mansap kanalına intikal eder.

Düşü Havuzunda Hava Payı :

Düşü havuzu kenarındaki duvar yüksekliği 
H0 = D2 + (hava payı) dır. 
Hava payı amprik olarak 0,1 (V1 + d2) formülüne göre bulunabilir.










2.3. Çarpma Tipli Enerji Kırıcılar

Bu tipte enerji boyutları Şekil no : 2.6. verilmiş bir perdeye, su çarptırılmak suretiyle kırılır. Çarpma tipli enerji kırıcılarda; düşü havuzlarında olduğu gibi, etkin şekilde enerji kırılması mansapta yeterli bir su derinliği bulunmasını gerektirmez. 
Kuyruk suyuna ihtiyaç göstermemesi nedeniyle, mansap su seviyesi kontrol edilemeyen veya debideki ani artışlara rağmen mansap su seviyesi geç oluşan durumlarda özellikle bu tip enerji kırıcılar uygun olup, iyi projelendirildiğinde, hidrolik sıçramalı enerji kırıcılara nazaran, daha etkin yapılardır.
Çeşitli Froude sayılarına göre, Şekil no : 2.5. W ile gösterilen genişlik aralığındaki grafikten faydalanılarak bulunmalıdır. 
 formülünde, V = [IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/aysegul/LOCALS%7E1/Temp/msoclip1/01/clip_image004.gif[/IMG] dir. (Teorik hız) h, kırılması düşünülen hidrolik yük olup, yaklaşık olarak memba ve mansap tabanları arasındaki kot farkı olarak alınabilir. Ancak, uzun şütlerde sürtünme kayıpları göz önüne alınmalıdır.
(d) değeri; boruyu terk eden su jeti kare kesit kabul edilerek;
A = formülüne göre bulunur.
Şekil no : 2.5. incelenirse , değeri 3 için, Froude sayısı 1 bulunur ki, F = 1 için enerji minimumdur. Bu nedenle  için 3’ten küçük değerler kullanılmasının pratik bir önemi yoktur. elirtilen şekilde bulunan W minimum bir değerdir. Ancak, minimum değerden çok uzaklaşan W değerleri seçilmesinden kaçınılmalıdır. Aksi takdirde enerji etkin bir şekilde kırılamaz. Çünkü; su jeti perdeye çarpmadan perde altından mansaba intikal eder.

Boruyu terk eden su jetinin teorik hızı, kavitasyon ve aşırı çarpma tesirlerini önlemek için 15 m/sn. (50 fps) ile sınırlandırılmıştır.
Boru çapı; borunun tam dolu olması halinde max. 3,6 m/sn. (12 fps) kabul edilerek tespit edilecektir.

2.4. Dişli Eğik Düzlemler İle Enerji Kırılması

Eğik düzlem üzerine bir takım dişler konularak, enerji eğik düzlem üzerinde kırılmaktadır. Dişli eğik özellikle suyun düşürüldüğü mansap su seviyesinin değişken olması halinde etkindirler. Bu neden ile sulama kanalları üzerinde uygulaması sınırlıdır. Genellikle tahliye kanalları, tahliye yapılarının mansabındaki düşüler veya bir rezervuara su boşaltan kanallarda daha geniş tatbikat sahası bulmuştur. Bu tip enerji kırıcılar, büyük debili düşülerde de kullanılabilirse de, bu durumda yapı genişliği ve enerji kırıcı diş (blok) adedi çok fazla artacağından ekonomik olmazlar.

2.4.1. Dişli Eğik Düzleme Giriş Şartları

Eğik düzleme girişte, genellikle bir eşik teşkil edilir. Bu eşiğin görevi, giriş hızını düşürmek ve aynı zamanda membadaki su seviyesi kontrol etmektir. Eşiğin yüksekliği; memba kanalı ile giriş arasında, enerji dengesinden faydalanılarak bulunur. 

Es1 = Esc + hg + hs

hs = Es1 – Esc – hg, Burada

hs, eşik yüksekliği

Es1 = d1 + hv1 ; memba kanalında özgül enerji

Esc = dc + hvc, eşikte (kontrol kesitinde) özgül enerji

hg = 0,5 (hvc – hv1), girişte enerji kaybı

= 0,5 ([IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/aysegul/LOCALS%7E1/Temp/msoclip1/01/clip_image002.gif[/IMG]) 

Eğik düzleme girişte giriş kanalının uzunluğu 2d1 olup, bu kanaldaki hız kritik hızdan küçük olmalı ve giriş hızı [IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/aysegul/LOCALS%7E1/Temp/msoclip1/01/clip_image004.gif[/IMG]yi aşmamalıdır.

Vc = [IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/aysegul/LOCALS%7E1/Temp/msoclip1/01/clip_image006.gif[/IMG]dir.

Şekil no : 2.8. gösterildiği şekilde eşik üzerinde bırakılan bir yarık vasıtasıyla eşik arkasındaki suyun dranajı sağlanır.

2.4.2. Dişli Eğik Düzlemlerin Kapasitesi

Dişli eğik düzlemlerin kapasitesi, birim boydan geçen müsaade edilen debinin bir fonksiyonu olarak aşağıdaki tablo üzerinde gösterilmiştir.

Q

q

Kapasite

Lt/sn

Birim boydan geçen debi (lt/sn/m)

0 – 1104

466 – 928

1132 – 2803

928 – 1394

2831 – 5351

1394 – 1857

5378 - 13023

1857 – 2785

Birim boydan geçen debinin (q) ara değerleri için enterpolasyon yapılmalıdır.

2.4.3. Eğik Düzlem ve Diş Boyutları

1. Lüzumlu boyutlar aşağıdaki sıraya göre tespit edilecektir.

2. Eğik düzlem meyli 2/1 (tg Θ = 0,50) alınacaktır.

Eğik düzlemin yaklaşık genişliği, B,

B = dan bulunur.

Q : max. Toplam debi

q : Birim genişlik için müsaade edilen debi

1.Blokların ilk sırası; kret kotundan max. 30 cm aşağıda olacak şekilde yerleştirilir.

2.Blok yüksekliği, (hb) hb = 0,9 dc. dir.

3.Blokların genişlikleri ve ara mesafeleri eşit olup, hb den küçük ve 1,5 hb den büyük alınmamalıdır. hb olmalı ve yan duvarlardan başlatılmalıdır. Bu hale göre 1,3,5,7,.......... sıraları kısmi bloklar ile başlayacak ve 2,4,6,8,........ sıraları ise şaşırtmalı olacaktır.

4.İki blok sırası arasındaki meyilli mesafe S, en az 2 hb, en çok 1.80m olmalıdır. Blok yüksekliği 90 cm den küçük ise; blok sıraları arasındaki mesafe 180 cm alınabilir.

5.En az 4 sıra blok kullanılmalıdır. Dişli eğik düzlem, mansap kanalı tabanından daha derine kadar uzatılmalı, en az bir sıra blok, mansap kanalı tabanı altında kalmalı ve en son blok sırası da inşa edildikten sonra normal kanal tabanına kadar dolgu yapılmalıdır. Kanal tabanı altında kalan en son blok sırasından sonra; eğik düzlem (S) mesafesi kadar uzatılmalıdır.

6. Blok memba yüzleri, kanal tabanına dik olacak şekilde yerleştirilmelidir. Blok üst genişliği T, en az 20 cm en fazla 25 cm olmalıdır. (Şekil no:2.8. Blok Detayı)

7.Kanal yan duvarları, kanal tabanına dik ölçülmek suretiyle 3 hb kadar yükseklikte olmalıdır.

2.4.4. Dişli Eğik Düzlemlerin Kaynamaya Karşı dengesinin Araştırılması

1. Uzun, Dişli Düzlemler:

Özellikle; mansap kanalı ile, eğik düzlemin birleştiği kısımda toprağın oyularak boşaltılması halinde, yapının bütünü ile kayması mümkündür. Dişli eğik düzlemler üzerindeki model çalışmalarında, dişler üzerinde yapılan piyozometre okumalarında, mansap doğrultusunda; dişler üzerindeki ortalama net su basıncının 1,20 ile 1,50 m yüksekliğine eş değer olduğu tespit edilmiştir. Bu ise dişlere, mansap doğrultusunda 0,12 kg/cm2 ile 0,15 kg/cm2 lik, bir basınç etki ettiğini gösterir.

2. Kısa Dişli Düzlemler:

Mansap kanalının tamamen oyulduğu kabulü ile, kısa dişli eğik düzlemlerde de kayma tahkiki yapılmalıdır. Bu halde; kaymanın yatay bir düzlem üzerinde olduğu farz edilir. (uzun eğik düzlemlerde; kaymanın eğik bir düzlemde olduğu varsayımı daha doğrudur.) 

Kanalda maksimum proje debisinde, yatay düzlemde yapıyı kaymaya zorlayan kuvvetler Fs, aşağıda belirtilen kuvvetlerin toplamına eş değerdir.

Fs = F1+ F2+ F3 +F4 , burada

F1 : Memba Cutoff yüzeyine, memba yönünde etkiyen hidrostatik basınç

F2 : Giriş eşiğinin memba yüzeyine etkiyen hidrostatik basınç

F3 : Enerji kırıcı dişlerin memba yüzeyine etki eden hidrostatik basınç kuvvetinin yatay bileşimi

F4 : İse mansap Cutoff duvarının memba yüzeyine etki eden doygun toprak itkisidir. 

Kanalda max. Proje debisi varken, kaymaya karşı koyan kuvvet FR ise, zemin ile kanal tabanı arasındaki sürtünme ve pasif toprak etkisidir. Sürtünme direncinin, yalnızca (L1 +L2) uzunluğundaki giriş kısmında oluştuğu, eğimli kısmın (L3), yatay doğrultuda serbestçe kaydığı kabul edilir. Sürtünme direnci, alttan kaldırma kuvveti ile hafifletilmiş yapı ağırlığının, pasif toprak itkisi ise, içsel sürtünme açısının bir fonksiyonudur. Cutoff duvarının mansap yüzeyindeki hidrostatik itki bir emniyet faktörü olarak ihmal edilir. 

Buna göre FR = k . (Wc + Ww - u) + Pasif toprak itkisi

k : Sürtünme kat sayısı, (Özel zemin şartları hariç genellikle 0,35 kabul edilebilir)

Wc : Yapının giriş kısmındaki beton ağırlığı,

Ww : Giriş kısmındaki su ağırlığı

U : Lane’in “ağırlaştırılmış sürtünme yolu” metoduna göre tayin edilen alttan kaldırma kuvveti. Hidrostatik alttan kaldırma kuvvetini yaklaşık olarak tespit için, memba max. su seviyesi ile mansap su seviyesini birleştiren çizgi, basınç çizgisi olarak kabul edilir. 

Hesaplanan FR’in bir emniyet faktörü kadar Fs den büyük olması lazımdır. Bu şartın gerçekleştirilmemesi halinde; ilave Cutoff’ların inşası gerekir.

3. AKARSU DÜZENLEME YAPILARI

3.1. Düzenleme amaçları ve Kapsamı

Kendi haline bırakılan akarsu, dar vadilerde yamaç kaymaları, geniş ve birikinti vadilerde ise kollara ayrılarak morfolojik değişikliklere uğrar. Bu durumdan yerleşim alanları, tarım, ulaşım ve enerji üretimi etkilenir ve zarar görür. Akarsuyun zamanla uğradığı morfolojik değişiklikler engel olmak, taşkınları önlemek, su yapılarının stabilite ve işletme emniyetlerini sağlamak, bir akarsudan daha iyi yararlanmak amacıyla, taban ve kıyılarda yapılan çalışmalara akarsu düzenlemesi, bu amaçla inşa edilen yapılara da düzenleme yapıları denir. Akarsu düzenlemesi ile aşağıdaki amaçlardan biri veya birkaçı gerçekleştirilmek istenir.

a.Taşkın zararlarını önlemek veya azaltmak,

b.Suyun enerjisinden yararlanmak,

c.Yeni tarım ve yerleşim alanları kazanmak,

d.Sulama ve drenaj şartlarını düzeltmek,

e.Akarsu yatağındaki kenar ve taban oyulmalarını önlemek,

f.Akarsu ulaşımını sağlamak,

g.Su yapılarının emniyetini sağlamak,

h.Yer altı su seviyesini düzenlemek,

i.Akarsuyun kendi kendini temizlemesini sağlamak,

j.Akarsuyun doğa ile uyumunu sağlamak.

3.2. Düzenleme ile İlgili Ön Çalışmalar

Akarsu düzenlemesi ile ilgili ön çalışmalar üç grupta toplanabilir:

Jeodezik,

Hidrolojik,

Ekonomik çalışmalar.

a.Jeodezik Çalışmalar: Bir akarsu ile ilgili düzenleme projesinin hazırlanabilmesi için 1/25.000 ölçekli bir genel plan ile akarsu planı ve 1/1.000 – 1/5.000 ölçekli boykesitine (profiline) ihtiyaç vardır. Büyük çaptaki düzenleme çalışmalarında hava fotoğraflarından yararlanılır. Hava fotoğrafları özellikle akarsu yatağındaki değişimleri, kum adacıkların yerlerini ve taşkın suları altında kalan alanları belertmek için çok uygundur.

b.Hidrojik Çalışmalar: Akarsu düzenlemesi ile ilgili hidrolojik ön çalışmalarda akarsudaki su seviyeleri, su hızları, su yüzeyi eğimleri, süspanse sediment miktarı ve yatak yükü miktarı belirlenir. Ölçülen veya hesaplanan karakteristik akımlar akarsuyun hidrolojik boykesitinde gösterilir. Hidrolojik boy kesitte ayrıca havzanın büyüklüğü, su kalitesi, kirlilik yükü ve istatistiksel olarak belirlenen düşük, orta ve yüksek su seviyeleri gibi karakteristik değerler gösterilir.

c.Ekonomik Çalışmalar: Akarsu düzenlemesi ile ilgili çalışmalar ekonomik esasa dayalı olan fizibilite çalışmaları ile tamamlanır. Maliyet analizlerinin yapılabilmesi için istimlak fiyatlarına esas olacak arazi sınıfları, malzeme ocaklarının yerleri ve uzaklıkları, mevcut ulaşım durumu, yeni yapılacak servis yolları, işçilik ve iş gücü tahmini gibi birçok hususun detaylı olarak incelenmesi gerekmektedir.

3.3. Düzenlemede Kullanılan Yapı Elemanları

Akarsu taban ve şevleri elastiki olup, bu yüzeylere etki eden sürükleme kuvveti sürekli olarak değişmektedir. Bu nedenle akarsu düzenlemesinde seçilecek yapı elemanları taban ve şevlerdeki değişimlere, deformasyonlara ve hareketlere ayak uydurabilecek özellikte olmalıdır.

Düzenleme yapılarında, sağlamlık ve konomi birlikte düşünülerek aşağıdaki yapı elemanlarından biri ve birkaçı kullanılır.

Anroşman: Anroşman taş yığını veya taş dolgu demektir. Akarsu yatağını suyun etkilerinden korumak için taşların veya beton küplerin gerekli yerlere doğrudan doğruya iyi dağıtılarak rastgele su içine atılması ile oluşturulan koruyucu örtüdür. Taşların büyüklüğü akarsu yatağındaki sürükleme kuvvetine bağlı olarak değişir.

Kaplama: Kaplama, akarsuyun tabanını ve kıyı yüzeylerini suyun etkilerinden korumak için, bunların uygun malzeme ile düzenli olarak örtülmeleri işlemine verilen addır. Akarsularda kaplamanın en önemli amacı, yatak cidarlarını erozyona karşı korumaktır. Kullanılan malzemeye göre başlıca kaplama tipleri; kargir, beton, asfalt, çim kaplamadır.

c.Çalı Demetleri. Ağaç ve çalıların bol olduğu yörelerde ince ağaç dalları genellikle çapı 0,10-0,20 m. arasında değişen dairesel kesitli demetler şeklinde bir araya getirilmesi ve her 0,5 m.’de bir çelik tel ile bağlanması ile oluşturulur. Demet boyları 2/4 m. arasında değişir. İnce yatak malzemesinin taşınmasına engel olduklarından ve yatak şeklindeki değişikliklere uyabildiklerinden iyi sonuç vermektedirler.

d.Batırma Salları: Ağaç ve çalı demetlerinin bir sal teşkil edecek şekilde birbirlerine bağlanması ile oluşturulan şilte biçimindeki tablalardır. Yüksekliği 0,6-1,5 m. uzunluğu ve genişliği ise çok farklı değerlerde olabilir.

e.Çitler: Şeve ayaklarını veya dik yüzeylerini oyulmaya karşı korumak amacıyla bir sıra kazık üzerine sepet örgüye benzer şekilde, esnek dalların veya bitki saplarının çaprazlama örülmesi ile oluşturulan bir yapı elemanıdır.

f.Tel ve Ahşap Kafesler : Tel sandıklar olarak da bilinen tel kafesler, şev ayaklarının korunmasında etkilidir. Taban şekline ve değişimlerine kolay uyum sağlar. Kafes delikleri doldurulacak malzeme büyüklüğüne bağlı olarak seçilir. Kafesler prizmatik veya silindirik olabilir. Kullanılacak tel çapı 2,5-4 mm. arasında değişir.

3.4. Düzenleme Yapılarının Sınıflandırılması

Akarsu düzenleme yapıları genellikle koruma yapıları, daraltma yapıları ve özel düzenleme yapıları olmak üzere üç ana grupta toplanabilir.

Koruma Yapıları: 

a) Taban koruma yapıları ve 

b) Kıyı koruma yapıları olmak üzere iki kısımda incelenebilir.

Daraltma Yapıları: 

a) Sabit daraltma yapıları (mahmuz, paralel yapılar) ve 

b) Hareketli daraltma yapıları olmak üzere iki grupta toplanabilir.

Özel Düzenleme Yapıları: 

a) Yargınlar, 

b) Taban eşikleri, 

c) Akarsu kavşakları, 

d) Akarsuyun kollara ayrılması, 

e) Yataktaki kayaların temizlenmesi ve benzeri yapılar olarak sınıflandırılabilir.

3.4.1. Koruma Yapıları

Koruma yapılarının en önemli amacı, yatak yüzeylerini erozyona karşı korumaktır. Böylece bu tabakaların stabilitesi de sağlanır. Uygulanacak koruma yapısının seçiminde gözönüne alınması gereken faktörler: düzenleme yapılacak akarsuyun özellikleri, korumanın amacı, kullanılacak malzemenin özellikleri, yapım ve bakım çalışmalarının kara ve su tarafından yapılıp yapılamayacağı vb. dir.

3.4.1.1. Taban Koruma Yapıları

Doğal olarak her akarsu zaman içinde yatağını aşındırır ve yatak tabanı alçalır. Bu durumun yapay sebeplerden dolayı hızlandırılması artırılması sonucu birtakım zararlar meydana gelebileceğinden, tabandaki değişimlerin belirlenmesi gerekmektedir.

Bir akarsuda su seviyesi ve taban alçalmalarının başlıca sebepleri arasında,- jeolojik durum, tektonik hareketler, yataktan ve vadiden malzeme alınması, yapıların yüksek yapılması, taşkın yatağında su seviyesinin yükselmesi sonucu ana yatakta sürükleme kuvvetinin artması, katı materyal geçişinin azaltılması veya engellenmesi, akarsu yatağının daraltılması ve akarsu boyunun kısaltılması sayılabilir.

Akarsu yatağındaki erozyonu durdurmak veya azaltmak için yukarıdaki sebepleri ortadan kaldırmak veya etkisini azaltmak gerekmektedir.

Taban korumanın amacı, mevcut yapıyı akıntıya, dalgalara ve suyun diğer etkilerine karşı korumak ve stabilite için gerekli yüklemeyi sağlamaktır.

Bir akarsuda dik eğim, büyük hızlara, taban oyulmalarına ve şev kaymalarına sebep olur. Taban düşüşü ile yataktaki su düzeyi kısa bir mesafede alçaltılarak, akarsuyun enerji fazlası yok edilir ve yukarıda belirtilen zararlar önlenir. Taban düşüşünün yeri, büyük toprak hareketlerini önlemek ve yeraltı su düzeyini arzu edilen seviyede tutmak için, arazi şartlarına göre belirlenir. Bir taban düşüşü temel, savak duvarı, düşü yatağı ve kanat duvarlarından oluşur. Taban düşüşü kesitleri genellikle akarsu kesitinden daha dar olup, dikdörtgen, trapez, üçgen ve parabol şeklinde planlanabilir. Planlamada mansap su seviyesinin memba su seviyesine oranının 0.8 den küçük olması gerektiğine de dikkat edilmelidir. Şekil 3.1.’de bir taban düşüşü görülmektedir. 

Taban düşüşünün taşkın sırasında da etkili olabilmesi için Bleines aşağıdaki eşitliklerin kullanılması önermektedir.

3.4.1.2. Kıyı Koruma Yapıları

Bir şev yüzeyine etki eden kayma gerilmesi veya akım hızı izin verilen hızdan daha büyükse kıyı yüzeylerinin aşınmasını önlemek için alınacak önlemler; kıyı şev yüzeyini daha yatık yapmak, su yüzeyi eğimini azaltmak, akım kesit alanını büyüterek akım hızını düşürmek ve kıyı yüzeylerini korumaktır (Şekil 3.2).

3.4.1.2.1. Düşük Eğimli Kıyı Yüzeylerinin Korunması

Eğik kıyı yüzeylerini kayma ve aşınmaya karşı etkili bir şekilde koruyabilmek için etki eden kuvvetleri gözönüne alarak kıyı yüzeyini üç farklı bölgeye ayırmak ve kıyı koruma yapısının tipini belirlemek gerekmektedir.

A) Sürekli su altında kalan kıyı yüzeyleri (Alt kıyı): Sürekli düşük su seviyesinin altında kalan yüzeyler anroşman, batırma salları, çalı demetleri, çit ve tel kafes gibi yapı elemanları yardımıyla korunabilir. Kıyı topuk noktaları en iyi şekilde ağır ve köşeli taşların kullanılmasıyla oluşturulacak anroşman ile emniyet altına alınır.

B) Su seviyesi değişim bölgesindeki kıyı yüzeyleri (Üst kıyı): Düşük su seviyesi üstünde kalan ve akan su, dalga ve buz tarafından etkilenen bu bölgede 1/2 ile 1/3 eğimde boşlukları asfalt ile doldurulabilen anroşman, taş kaplama, beton kaplama ve asfalt kaplama kullanılabilir. Ortalama su seviyesinin üzerindeki kıyı yüzeyleri çim kaplama ile en iyi şekilde korunabilir.

C) Su seviyesi üzerindeki kıyı yüzeyleri (Yüksek kıyı): Sadece çok büyük taşkınlar sırasında su altında kalan bu yüzeyleri çim kaplama ile korumak yeterlidir.

3.4.1.2.2. Dik Eğimli Kıyıların Korunması

Akarsu yatağının yerleşim yeri içinde kalan veya ulaşım yollarının yakınındaki kesimlerde, yükleme, boşaltma yapılan kıyılarda ve genellikle düşük eğimli şevler için yeterli yer temin edilemeyen yerlerde uygulanır. Kıyı duvarları taş veya beton ağırlık duvarı, ahşap, çelik ve palplanş kıyı koruma yapıları şeklinde planlanabilir. Kıyı koruma duvarlarının kesitleri istinat duvarlarında olduğu gibi statik esaslara göre belirlenir.

Kıyı yüzeylerinin stabilitesi önemli ölçüde zemin katmanlarının su kapsamına ve geçirgenliğine bağlı olduğundan zemin içindeki su katmanları ve akımları gözönüne alınmalıdır. Yeraltı su seviyesinin akarsudaki su seviyesi düşüşlerini nasıl izlediğini bilmek çok önemlidir.

Kıyı koruma yapıları için önemli özelliklerden birisi esnekliktir. Eğer bir koruma yapısı alt katmanların oturmalarına, topukta oluşan erozyona, yeraltı su eğimindeki düzensizliklere ayak uyduramazsa ya kırılır ya da alt katmanların kayma gerilmeleri ile uyum sağlamadığı için kayar. Bu kayma gerilmesi kritik kayma gerilmesinden az olmalıdır. Bu nedenle kritik kayma gerilmesi mümkün olduğu kadar büyük olmalıdır. Koruma yapısı ile alt toprak katmanı arasındaki pürüzlü geçişle bu sağlanır. Kıyı koruma yapılarının neden olduğu kayma gerilmesi kaplama üzerindeki su akımına ve eğimin sözkonusu olduğu durumlarda kaplama ağırlığının eğim yönündeki bileşkesine bağlıdır. Su akımının eğim yönündeki bileşkesi yerçekimi kuvvetinin bileşkesine göre küçük olduğundan ihmal edilebilir. Bir fikir vermek açısından birkaç şevdeki eğim değerleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Çizelge : Su Seviyesine Göre Sev Eğimleri

Su seviyesine göre eğimin durumu

Şev eğimi

Su seviyesi üstündeki kaplamalarda eğim

1/1.5- 1/2.5

Su altındaki kaplamalarda eğim

1/3 - 1/4

Çirn kaplı şevlerde eğim

1/6 - 1/10

Su altındaki şev yüzeylerindeki koruyucu tabakaların taş boyutlarını belirlemek için tabandaki kayma gerilmelerini küçültme faktörü ile çarpmak yeterlidir.

Tks = nTkt

n = cosa

Eşitliklerde;

Tks = Şev yüzeyindeki kayma gerilmesi,

Tkt = Tabandaki kayma gerilmesi, 

a = Şevin yatayla yaptığı açı, 

Æ = İçsel sürtünme açısı.

3.4.2. Daraltma Yapıları

Akarsu yatağına yeni verilecek biçim belirlendikten sonra istenmeyen kısımların doldurulması gerekebilir. Doldurma işlemi, yapay olarak gerçekleştirildiği takdirde çok pahalıya mal olacağından istenmeyen kısımların katı materyal ile doğal şekilde dolmasını sağlayan yapılar inşa edilir. Bu yapılara daraltma yapıları denir. Düzenlemeden önceki ve sonraki kesit ile ıslak çevre arasında aşağıda verilen ilişki yazılabilir.

İlişkide: As ve as sırasıyla düzenlemeden önceki ve sonraki kesit alanları, Us ve Us ise yatak ıslak çevreleridir. Geniş yataklı akarsularda ıslak çevre ilk yaklaşım olarak yatak genişliğine eşit kabul edilebilir. Yatağa verilecek yeni şekil planda düzenleme çizgisi ile belirlenir. Daraltma yapıları, enine yapılar (mahmuz), boyuna (paralel) yapılar ve hareketli yapılar olarak üç grupta incelenebilir (Şekil 3.3.).

3.4.2.1. Enine Yapılar (Mahmuz)

Mahmuz, akarsu yatağını daraltmak için kıyıdan yeni düzenleme çizgisine kadar akım yönüne göre enine doğrultuda inşa edilen düzenleme yapılarındandır. Mahmuzlar, eğimi az olan geniş yataklı akarsularda özellikle mansap bölgesinde etkili olmakta ve çok iyi sonuçlar vermektedir. Dağlık bölge akarsuları için uygun bir düzenleme yapısı değildir.

Mahmuzun kıyıya bağlandığı kısma mahmuz kökü, suyun içindeki uç kısmına mahmuz başı, memba tarafına mahmuz önü, mansap tarafına arka yüz ve iki mahmuz arasında kalan su yüzeyine mahmuz alanı denir.

Mahmuz tepe yüksekliği genellikle ortalama su seviyesinde, bazı durumlarda ise minimum su seviyesinde seçilir. Yüksek su seviyelerinde mahmuz üzerinden su aşacağından şevlerin, mahmuz tepesinin ve başının anroşman, taş kafesler vb. ile iyi bir şekilde korunması gerekir.

Mahmuz, eksenlerinin akım yönü ile yaptığı açıya göre;

a) Mansaba yönelik (çevirici) mahmuz,

b) Normal (koruyucu) mahmuz,

c) Membaya yönelik (doldurucu) mahmuz olarak adlandırılır (Şekil 3.5.).

Mansaba yönelik mahmuzlarda, mahmuz alanında birikmeler daha az ve mahmuz köklerindeki taban aşınması daha fazladır. Akım yönüne dik eksene sahip olan normal mahmuzda katı maddeler, mahmuz alanının ortasında toplanır. Mahmuz başlarında az miktarda oyulma görülür. Membaya yönelik mahmuzda, mahmuz alanlarında katı materyal

birikimi fazladır. Mahmuz başlarında büyük oyulmalar olur. Gel-git hareketi olmayan akarsularda genellikle bu tip mahmuz tercih edilir. Ayrıca birbirinden çok uzakta bulunan mevcut mahmuzların arasına çengel mahmuz inşa edilebilir.

Düz akarsu kesimlerinde mahmuz eksenleri yatak orta çizgisinde kesişecek şekilde karşılıklı düzenlenir 

Mahmuzların etkili olabilmeleri için ara mesafelerin belirlenmesine özel bir önem verilmesi gerekir. Bir mahmuz alanında suyun çevrinti hareketi ile mahmuz alanı içinde akabilmesi için mansap tarafındaki mahmuzun B noktasındaki su yüzeyi kotunun memba tarafındaki mahmuzun A noktasındaki su seviyesi kotundan büyük olması gerekir (Şekil 3.7.). Bu ise mahmuzlar arasındaki hidrolik yük kayıplarının hız yükünden (V /2g) küçük olması ile mümkündür.

Mahmuz ara mesafeleri aşağıda verilen ilişkiye göre belirlenir.

Düzenlenmiş akarsularda ortalama değerler olarak c=45 m/s ve a=0.6 alınabileceğinden L < 60h değeri elde edilir. Mahmuzların ara mesafesi ile mahmuz boyu arasında Nackel tarafından aşağıdaki ilişki verilmektedir.

L £ 4 . 75b 

ilişkide, b=Mahmuz boyunu ifade etmektedir.

Mahmuz yapımında etkili olan sürükleme gerilmesinin büyüklüğüne bağlı olarak seçilebilecek başlıca yapı elemanları; anroşman, batırma demetleri ve dalları, batırma çitleri ve taş sandıklardır. Mahmuz başları kaymalara karşı korunmalı, mahmuz kökleri ise mevcut kıyıya iyice bağlanmalıdır.

Mahmuzların avantajları:

1. Mahmuzlar yeni şartlara daha kolay ve ucuz adapte olur. Düzenleme genişliğinin çok büyük veya çok küçük seçilmesi durumunda çok fazla masraf yapılmadan mahmuz boyunun değiştirilmesi mümkündür.

2. Mahmuzlar ekonomiktir. Düzenlenmemiş akarsuyun en derin yerinde sadece mahmuz başı bulunur. Kıyıya yaklaştıkça mahmuz yüksekliği, dolayısıyla hacmi azalır. Ayrıca mahmuz boyu iki mahmuz arasındaki mesafeden daha küçüktür.

3. Mahmuz alanlarının dolması boyuna yapılara göre daha çabuk olur.

4. Açık mahmuz alanları ideal balık yetiştirme yerleridir.

5. Mahmuz alanlarından yapı malzemesi elde edilebilir.

6. Bakım masrafları daha azdır. Mahmuzların sakıncaları:

1. Mahmuz alanlarında çevrintiler ve ters akımlar oluşur. Özellikle yüksek su seviyelerinde su yüzeyi çalkantılıdır.

2. Ulaşım yapılan akarsularda üzerinden su aşan mahmuzlar gemiler için tehlikeli olur.

3 . Mahmuzlar akarsulara boyuna yapılarda

olduğu gibi düzgün bir güzergah vermez. Mahmuz başlarındaki oyulmalar düzenleme profilinde düzensizliklere sebep olur.

4. Mahmuzlar, özellikle yatağı fazla daraltması durumunda taban oyulmalarına sebep olur. Bu durumda taban kaplaması veya taban eşiklerine ihtiyaç vardır.

3.4.2.2. Boyuna Yapılar

Boyuna yapılar, akarsuyun eksenine paralel olarak kıyı çizgisinden başlayarak yeni düzenleme çizgisini belirleyen şedde tarzında yapılardır. Boyuna yapılar ile normal düzenleme kesitinin kıyı çizgisi tesbit edilir ve emniyete alınır. Akarsu güzergahı süreklilik kazanarak akımlar istenilen yöne sevk edilir. Boyuna yapılar genellikle tek taraflı olarak kıvrımlarda dış kıyıda veya oyulmalar görülen kıyılarda öngörülür. Karşı kıyıda mahmuzların planlanması durumunda birleşik sistemden söz edilir.

Boyuna yapılarda başlangıçta her iki tarafta su bulunur. Zamanla arka tarafı katı materyal ile dolar. Arka kısmın dolmasını hızlandırmak ve boyuna akımları engellemek için paralel yapılar ile eski kıyı çizgisi arasına, üzerinden su aşacak yükseklikte enine bağlantılar (traversler) öngörülür (Şekil 3.10b). Enine bağlantıların ara mesafeleri yatak genişliğinin 2-5 katı arasında seçilir. Kazılardan çıkan dolgu malzemelerinin mevcut olması durumunda yeni düzenleme çizgisinin arkasındaki kısım tamamen doldurularak düzenleme yapılır (Şekil 3.10d). Boyuna yapılarda akarsu genişliğinin 1/4-1/6 arasında açıklıklar bırakılması durumunda başlangıçta sedimentlerin buradan girmesi mümkün olabilir (Şekil 3.10.c ve e) .

Boyuna yapıların yüksekliği, tepe kotu ortalama su seviyesinde veya onun biraz üzerinde olacak şekilde inşa edilir.

Boyuna yapıların avantajları:

1. Su akımına kılavuzluk ettikleri için yeknesak bir akım elde edilir, çevrintiler ve enine akımlar önlenir.

2 . Kıyı çizgilerinin özellikle kıvrım dış yüzeylerinde iyi bir şekilde tesbiti mümkündür.

3. Çabuk bir düzenleme sağlarlar.

4. Mahmuzlarda görülen yerel oyulmalar

görülmediğinden düzenleme enkesiti korunur.

5. Sediment dengesi için şartlar oluşur.

6. Ulaşım yapılan akarsularda gemi işletmeciliği için emniyetlidir.

Boyuna yapıların sakıncaları:

1. Düzenleme çizgisi başlangıçta doğru tesbit edilememiş ise düzeltilmeleri pahalı olur.

2. Düzenlemeden sonra yatak genişliğini değiştirmek, boyuna yapıların yerini değiştirmekle mümkün olduğundan ekonomik olarak mümkün değildir.

3 . Fazla miktarda malzeme ve işçilik gerektirir.

4. inşaat ve bakım masrafları fazladır.

Şekil 3.11. ve Şekil 3.12. de boyuna yapı örnekleri görülmektedir.

3.4.2.3. Hareketli Daraltma Yapıları

Geniş akarsu yataklarını daraltmak ve düzenleme çizgisinin gerisindeki arazinin çabuk dolmasını temin etmek amacıyla bu tip yapılar kullanılır. Geçirimli, yapı elemanlarıyla teşkil edilen bu sistemin arkasındaki bölge ile akarsu yatağı arasında oluşan enerji seviyesi farkı nedeniyle suyun dolayısıyla katı maddelerin bir bölümü arkadaki bölgeye yönelir. Sistem iki farklı şekilde oluşturulabilir. Birinci sistemde, kazık serisine alçak su seviyesi yüksekliğinde asılan dal demetleri akım yönüne eğik olarak yerleştirilir, ikinci sistemde, kazıklara yatay olarak bağlanan yuvarlak ağaçlardan geçirimli bir duvar oluşturulur 

Geçirimli hareketli yapılar fazla miktarda sediment taşıyan akarsular için ucuz ve uygun bir çözümdür. Sistem daha sonra boyuna yapılara dönüştürülür.

3.4.3. Akarsu Düzenlemesinde Özel Yapılar

3.4.3.1. Yargınlar

Yargınlar, akarsu yatağının eğimini arttırmak, buz yığılmalarını önlemek, yataktaki su seviyesini düşürmek, bölgedeki akım şartlarını iyileştirmek, yeraltı su seviyesini düşürmek gibi değişik amaçlar için fakat daima çok dar akarsu kıvrımlarını düzeltmek üzere yapılır. Yargın yapay olarak akarsu boyunu kısaltarak eğimin artmasına sebep olur. Yargın ortalama hızın ve sürükleme gerilmesinin artmasına neden olur. Taşınan sediment miktarının ve akımların aynı kalması durumunda, yargının sonunda membaya doğru ilerleyen bir taban derinleşmesi görülür. Doğal veya yapay engellerin olmaması durumunda derinleşme daha da yukarıya doğru ilerler. Bu durum yatak direnci ile suyun sürükleme gücü arasında denge kuruluncaya kadar devam eder. Akarsuyun normal yatak eğimine geçtiği mansap bölgesinde, yargın bölgesinden taşınan malzemenin bir kısmı bırakılır.

Yargın bölgesinde veya daha yukarısında aşırı oyulmalara veya yatak daralmasına engel olmak için taban eşikleri planlanır ya da yatak tabanı kaba malzeme ile örtülür. Bir yargının eğimi aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanabilir.

3.4.3.2. Taban Eşikleri

Taban eşikleri, yatak tabanını aşırı su etkilerinden korumak, oyulmaları ve taban alçalmalarını önleyerek tabanı istenilen bir seviyede tutmak veya meydana gelen oyulma ve taban alçalmalarını gidererek su seviyesini eski durumuna yükseltmek, akarsuyun eğimini düşürmek amacıyla öngörülür. Özellikle dağ akarsularının düzenlenmesinde yaygın olarak uygulanır. Taban eşiklerinin tepe kotu su altında bulunur. Malzeme olarak; anroşman, batırma demetleri, çitler, beton, kargir ve ahşap malzeme kullanılır.

Eşiklerin tepe kotu, yatak düzenlemesi ile istenen taban kotunun 0.3-0.5 m altında fakat mevcut taban kotunun üstünde planlanır. Taban eşikleri ara mesafeleri fazla büyük seçilmemeli ve tüm akarsu tabanı boyunca devam etmeli, kıyılara iyi bir şekilde'.-bağlanmalıdır. Ayrıca enerji kırıcı düşü yatağı da planlanmalıdır. Taban eşiklerinin kesitleri farklı seçilebilir. Şekil3.16’da taban eşiklerine ilişkin örnekler gösterilmiştir.

3.4.3.3. Akarsu Kuşakları ve Akarsuların Kollara Ayrılması ile İlgili Yapılar

Akarsuların birleşme noktalarının düzenlenmesinde aşağıdaki hususlara dikkat edilmesi gerekir.

a) Akarsuların taşıdığı sediment miktarına, dane dağılımına ve bileşimine,

b) Fazla miktarda sediment taşıyan yan derelerde kavşak noktasından önce sediment tutucu yapıların planlanmasına,

c) Yan akarsuyun ana akarsuya dış kıyıdan karışmasının sağlanmasına (3.17a)

d) Yan akarsuyun ana akarsuya iç kıyıdan karışmasının önlenmesine, bunun mümkün olmadığı durumlarda yan kolun kavşaktaki yatağının değiştirilmesine (3.17b),

e) Aynı büyüklükteki iki akarsuyun birleşmesi durumunda kavşağın her iki akarsuda da dış kıyıda olmasına (3.17.c),

f) Çok fazla eğimli bir derenin akarsuya karışmadan önce eğimin bir eşikle düşürülmesinin sağlanmasına,

g) Ana akarsuda taban oyulması durumunda tabanın korunmasına,

h) Eğimin yan koldan küçük olması durumunda ana akarsuda taban yükselmesinin beklenmesine,

i) Ana akarsu kolundaki kabarmalardan fazla etkilenmemesi için yan akarsu kolunun kavşakta mümkün olduğu kadar yüksekte tutulmasına dikkat edilmelidir.

Akarsu yatağının kollara ayrılması genellikle buz yığılmalarının esas nedenlerinden biridir. Akarsu yatağındaki kolların düzenlenmesi veya küçük kolun kapatılması durumunda sediment birikimleri, düzensiz akımlar ve diğer birçok sakıncalar ortadan kalkabilir. Birçok halde her iki kolun da düzenlenmesi en uygun çözüm olur. Bu gibi durumlarda kolların benzer kesitlere sahip olduğu varsayımı esas olmak şartıyla, su yüzeyi genişliklerinin hidrolik yarıçaplara oranı sabit kabul edilerek aşağıdaki eşitlikler yazılabilir