Türkiye akarsularında sediment taşınımının modellenmesi

Bir baraj ya da su yapısının tasarımı ve boyutlandırılmasında, hem yapının fonksiyonunu gerçekleştirmesi açısından, hem de oluşabilecek zararları önceden tahmin etmek açısından katı madde yükünün doğru bir şekilde hesaplanması büyük önem arz etmektedir. Katı madde miktarının belirlenmesiyle ilgili yapılan çalışmalarda katı madde (sediment) miktarını ya da konsantrasyonunu akarsu debisiyle ilişkilendiren modeller basit ama pratik yapılarıyla sıklıkla kullanılagelmiştir. Bir akarsu üzerinde anlık debilerle katı madde miktarı arasındaki ilişkiyi tanımlayan grafikler, sediment anahtar eğrileri olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında öncelikle Türkiye geneline yayılmış 80 adet akarsu ölçüm istasyonunun sediment verileri kullanılmış ve sediment miktarları ile anlık debilerin değişimini tanımlayan anahtar eğrileri elde edilmiştir. Bu kapsamda anlık debi ölçümleriyle, aynı anda toplanan sediment örneklerine ait veriler bir arada değerlendirilmiş, bunların arasındaki ilişki regresyon analiziyle araştırılmıştır. Farklı regresyon ilişkilerinin test edilmesi sonucunda tam logaritmik üssel regresyon ilişkisinin (y=a.x^b) debi ve katı madde miktarı arasındaki ilişkiyi en güçlü şekilde tanımladığı tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında sediment ölçümleri değerlendirilen 80 istasyonun 75 tanesinde anahtar eğrisinin tam logaritmik üssel regresyon ilişkisiyle anlamlı bir biçimde ifade edilebildiği göze çarpmaktadır. Daha sonra, tüm ülke için genelleştirilmiş bir anahtar eğrisi elde edebilmek amacıyla tüm istasyonların sediment ölçüm miktarları ve anlık debileri bir arada değerlendirilmiştir. Bunun sonucunda elde edilen tam logaritmik üssel regresyon ilişkisinin tüm Türkiye’yi başarılı bir biçimde temsil ettiği gözlenmiştir (R2=0.8538). Genelleştirilmiş anahtar eğrisi yardımıyla istasyon konumundan bağımsız olarak, herhangi bir akarsudaki anlık debi ölçümü kullanılarak, o akarsuyun taşıyacağı sediment miktarını yaklaşık olarak tahmin etme olanağı sağlanmış olmaktadır. Son olarak sediment miktarları ile istasyonların temsil ettiği havza büyüklükleri arasındaki ilişki incelenmiş, bu analiz sonucunda da anlamlı bir üssel regresyon ilişkisi elde edilmiştir (R2= 0.7386). Tüm ülke için elde edilen bu genelleştirilmiş bağıntı, başka herhangi bir coğrafi, hidrolojik ya da meteorolojik özelliği bilinmeyen bir bölge için dahi, sediment miktarının sadece havza alanına bağlı olarak yaklaşık bir biçimde tahmin edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

In designing and planning stage of a dam or water structure, it is very important to calculate the sediment load correctly, both in terms of performing the function of the structure and predicting the damages that may occur. In studies related to the determination of sediment amount, models that relate sediment amount or concentration to stream flow have been frequently used with their simple but practical structures. Graphs that define the relationship between instantaneous flow rates and sediment amount on a stream are called sediment rating curves. Within the scope of this study, firstly the sediment rating curves showing the change of sediment amounts and instantaneous flows were obtained. For this purpose, the data of 80 sediment measurement stations spread all over Turkey was used. In this context, the data of sediment samples and instant flow measurements were evaluated together, and the relationship between them was investigated by regression analysis. As a result of testing different regression relationships, it was determined that the full logarithmic exponential regression relationship (y=a.x^b) most strongly defined the relationship between flow rate and sediment amount. In 75 of the 80 stations examined within the scope of the study, it is seen that the key curve is expressed in a meaningful way with the full logarithmic exponential regression relationship. Then, sediment measurement amounts and instantaneous flow rates of all stations were evaluated together in order to obtain a generalized rating curve for the whole country. Consequently, the generalized exponential regression relationship was observed to give good results across Turkey (R2 = 0.8538). With the help of the generalized sediment rating curve, it is possible to estimate the amount of sediment that the river will carry by using the instantaneous flow measurement in any stream regardless of the station location. Finally, a generalized relationship between sediment amounts and basin areas of the stations was examined, and a significant exponential regression relationship was obtained as a result of this analysis (R2 = 0.7386). With the help of this generalized regression relationship obtained for the whole country, the amount of sediment for any region with unknown geographical, hydrological or meteorological characteristics can approximately be estimated depending only on the basin area.