Visualisation of the solitary grain sediment dynamics of paerticles of varying shape: Implications for sediment transport over coarse-gravel bed rivers

Authors : Tuncer DEMİR

Pages : 26-49

View : 16 | Download : 11

Publication Date : 2018-10-15

Article Type : Research Paper

Abstract :Akarsu yataklarında taşınan yatak yükünün şekil, boyut ve yoğunluk özellikleri onların hidrodinamik davranışını kontrol eden temel özelliklerdir. Yatakta taşınan tanelerin şekil özellikleri, onların su içerisindeki çökelme ve yatak üzerinde hareket mekanizmasını kontrol etmeleri bakımından oldukça önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmanın amacı akarsu yataklarında bulunan çakılların şekil özelliklerinin onların harekete geçmesi ve yatak içerisindeki taşınması üzerine olan etkilerinin araştırılmasına dayanmaktadır.   Çalışma kapsamında tane hareketini fotoğraflama deneyleri yoluyla farklı şekil, boyut ve ağırlıklara sahip doğal ve yapay olarak üretilmiş çakılların hareket mekanizmaları tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, etrafı saydam camla kaplı dolayısı ile içerisi kolaylıkla görülebilen ve 10 litre su ile doldurulmuş dikdörtgen şeklindeki bir tank ile bu tankın tam karşısına sabit bir konumda durabilecek bir fotoğraf makinesi monte edilmiştir.  İlk olarak değişik boyut ve şekle sahip taneler su ile dolu tankın içerisine yukarıdan bırakılmış ve onların su içerisinde batma hareketi, batma hızı ile eğimli cam yüzey üzerindeki hareketleri sürekli fotoğraflama metodu ile tespit edildi. Aynı deney düzeneği kullanılarak bu sefer değişik yüzey pürüzlülüklerine (7 ve 14 mm) sahip cam levhalar üzerinde farklı şekil, boyut ve ağırlıklara sahip taneler yerleştirilmiş ve bunların ilk hareket açıları tespit edilmiştir. Bu amaçla üzerine değişik boyut ve şekle sahip taneler yerleştirilen levhaların yatak eğimleri, üzerine konulan tane hareket edinceye kadar, sürekli olarak artırılmış ve bu tanelerin ilk harekete geçtiği yatak eğimi açısı ile söz konusu pürüzlü yüzey üzerinde tanenin hareket mekanizması tespit edilmiştir.  Bulgular, tane şekli özelliklerinin onların su içerisindeki çökelme oranı ile yatak üzerindeki hidrodinamik hareketleri üzerine önemli etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Bu etkiler tane boyunun artması oranında daha da belirgin olarak ortaya çıkmaktadır. Tane şeklinin küresellikten uzaklaşma oranı onun su içerisindeki batma hızının da azalmasına sebep olmaktadır. Yapılan bütün deneyler göstermiştir ki, test edilen bütün tane boyutlarında, aynı boyut ve ağırlıktaki taneler içerisinde kübik/küresel ve silindirmsi/kalemsi şekilde olanlar su içerisinde daha yüksek batma oranına sahipler ve yatak üzerinde yuvarlanarak hareket etme eğilimi gösterirler. Buna karşılık disk ve bıçağımsı şekilde olan tanelerin su içerisindeki batma oranları daha yavaş  ve büyük bir çoğunlukla yatak üzerinde kayma şeklinde hareket etme eğilimi gösterirler. Düzensiz şekle sahip doğal çakıllarla yapılan deneyler oldukça değişebilir çökelme oranları ile yatak üzerinde düzensiz hareket örnekleri göstermişlerdir. Hemen her tane boyutu sınıfında, küresel/kübik ve silindirimsi taneler disk ve bıçağımsı şekle sahip tanelere göre hareket etmeleri için daha düşük kritik yatak eğimine ihtiyaç duyarlar. Hemen her şekil gurubu için tanenin üzerinde bulunduğu yatağın pürüzlülük oranı arttıkça onların harekete geçmeleri için daha yüksek kritik yatak eğimi açısı gerektirir. Tanenin hareketi bakımından, genellikle tane boyutu ile tanenin üzerinde bulunduğu yatağın pürüzlülük oranı arasında ters bir ilişkinin olduğu ortaya çıkmıştır. Yüksek pürüzlülük oranına sahip yüzeyler üzerinde küçük boyuttaki tanelerin hareket etmeleri için daha yüksek yatak eğimine ihtiyaç duyarlar. Bu deneyler sonucunda tespit edilen bulgular akarsu yataklarındaki yatak yükü taşınma süreçlerinin yorumlanması bakımından önemi tartışılmıştır. 
Keywords : Tane şekli, Yatak pürüzlülüğü, Yatak yükü taşınması, Sediman dinamiği, Nehirler