Haverkamp Modelin 4 Terimli Uzantısını Kullanılarak Teras Zeminin Doygun Hidrolik İletkenlik ve Sorptivite Tayini

Uzunçayır su tutma barajı Tunceli ilinde bulunmaktadır. Türkiye'nin doğusundaki bu yarı kurak dağlık bölge erozyona eğilimlidir. Bu fenomenle mücadele etmek için Munzur Üniversitesi kampüsü sınırlarına boyunca, eğimli yamaçlara teraslar inşa edilmiştir ve çam ağaçları dikilmiştir. Amaç iki yönlüdür, bir yandan toprak erozyonunu önlemek ve barajı sediment birikintilerinden korumak, diğer yandan yağmur suyunun sızmasını ve eğimli toprağın bitki örtüsünü teşvik etmektir. Ancak terasların zaman içindeki sözde eko-fonksiyonları kanıtlanamamıştır. Terasların zaman ve mekâna göre infiltrasyon kapasitelerinizlenmesi, bunların havza hidrolojisine katkılarını ve toprak erozyonu üzerindeki etkilerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacaktır. Beerkan infiltrasyon tekniği basit ve ucuz deneysel protokoller sunar. Ayrıca, bu tür verilerin analiz yöntemleri sürekli olarak gelişmektedir. Son zamanlarda, Haverkamp’ın implisit kümülatif infiltrasyon denkleminin dört terimli uzantısı önerildi. Bu karmaşık fakat sağlam formülasyon, bu çalışmada Tunceli'deki teras toprağının zemin sorptivitesini ve doymuş hidrolik iletkenliğini tahmin etmek için kullanılmıştır. Çalışılan alanın ortalama Ks değeri 0,0112 mm/s ve standart sapma 0,0852 mm/s olarak tahmin edildi. Zeminin sorptivitesi S 2,1227 mm/s 0,5 ortalama değeri ve 0,5855 mm/s 0,5 standart sapması ile belirlenmiştir. Kullanılan modelin deneysel verileri ile uyumu mükemmeldi. Yeni model kullanılarak S ve Ks’nin hızlı ve sağlam bir şekilde tahmin edilmesinin mümkün olduğunu gösterdi.

Anahtar Kelimeler:

: Beerkan infiltrasyon, Teras zemin, Ters yöntem, Zemin hidrolik özellikleri

Estimation of the Soil Saturated Hydraulic Conductivity and Soil Sorptivity of Terraced Soil Using Four-Term Expansions of the Haverkamp Model

Uzunçayır water retention Dam is located in the Tunceli province. This semi-arid mountainous region in eastern Turkey is prone to erosion. To combat this phenomenon, terraces along the edge of the Munzur University campus were built on sloping ground with pine plantations. The objective is twofold, on the one hand to mitigate soil erosion and protect the dam from sediments deposits, and on the other hand to promote the infiltration of rainwater and the vegetation of the sloping soil. However, the so-called ecofunctions of the terraces over the time are not proven. Monitoring the infiltration capacities of the terraces over time and space will allow a better understanding of their contribution to the hydrology of the watershed and their effect on soil erosion. The Beerkan infiltration technique offers simple and inexpensive experimental protocols. In addition, treatment methods are constantly improving. More recently, the four-term expansion of the implicit Haverkamp cumulative infiltration equation has been proposed. This complicated but robust formulation was used in this study to estimate the soil sorptivity S and saturated hydraulic conductivity Ks of terrace soil at Tunceli. The average Ks value of studied site was estimated to be 0.0852 mm/s with a standard deviation of 0.0112 mm/s. The soil sorptivity values were more extensive with mean value of 2.1227 mm/s0.5 and a standard deviation of 0.5855 mm/s0.5. The fit of the model used was perfect, showing that fast and robust estimation of S and Ks are possible using the new model.

Keywords:

Beerkan infiltration, Terrace soil, Inverse solution, Soil hydraulic properties,

PDF

___

1. Alexander, L.V., 2016. Global Observed Long-term Changes in Temperature and Precipitation Extremes: A Review of Progress and Limitations in IPCC Assessments and Beyond. Weather and Climate Extremes, 11, 4-16.
2. Berberoglu, S., Cilek, A., Kirkby, M., Irvine, B., Donmez, C., 2020. Spatial and Temporal Evaluation of Soil Erosion in Turkey Under Climate Change Scenarios Using the Pan-european Soil Erosion Risk Assessment (PESERA) Model. Environmental Monitoring and Assessment, 192(8), 1-22.
3. Ozsoy, G., Aksoy, E., Dirim, M.S., Tumsavas, Z., 2012. Determination of Soil Erosion Risk in the Mustafakemalpasa River Basin, Turkey, Using the Revised Universal Soil Loss Equation, Geographic Information System, and Remote Sensing. Environmental management, 50(4), 679-694.
4. Yuksel, A., Gundogan, R., Akay, A.E., 2008. Using the Remote Sensing and GIS Technology for Erosion Risk Mapping of Kartalkaya Dam Watershed in Kahramanmaras, Turkey. Sensors, 8(8), 4851-4865.
5. Kalkan, B., Taşdemir, C., Gökbulak, F., Tiryaki, O., 2017. Elazığ Yöresinde Seki Teraslarda Uygun Düşey Aralığın Belirlenmesi. Ormancılık Araştırma Dergisi,v4(2), 121-132.
6. Pekal, K., 2009. Artvin Çoruh Nehri Su Havzasında Erozyon Kontrolü Amaçlı Ağaçlandırma Çalışmalarının Değerlendirilmesi: Sümbüllü ve Salkımlı Yöresi Ağaçlandırma Çalışmaları. Master’s Thesis, Artvin Çoruh Üniversitesi.
7. Taysun, A., Ünal, H. B., Şahin, A., Vurgun, H. Z., 2000. Determining the Efficiency of Forward-sloped Bench Terraces on Soil Conservation: The Case of the Aydın-Bozdoğan-Alamut Terracing Area. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 24(6), 729-736.
8. Posthumus, H., Stroosnijder, L., 2010. To Terrace or Not: the Short-term Impact of Bench Terraces on Soil Properties and Crop Response in the Peruvian Andes. Environment, Development and Sustainability, 12(2), 263-276.
9. Nie, W., Ma, X., Fei, L., 2017. Evaluation of Infiltration Models and Variability of Soil Infiltration Properties at Multiple Scales. Irrigation and Drainage, 66(4), 589-599.
10. Braud, I., De Condappa, D., Soria, J.M., Haverkamp, R., AnguloJaramillo, R., Galle, S., Vauclin, M., 2005. Use of Scaled Forms of the Infiltration Equation for the Estimation of Unsaturated Soil Hydraulic Properties (The Beerkan Method). European Journal of Soil Science, 56(3), 361-374.
11. Haverkamp, R., Ross, P.J., Smettem, K.R.J., Parlange, J.Y., 1994. Three-dimensional Analysis of Infiltration from the Disc Infiltrometer: 2. Physically Based Infiltration Equation. Water Resources Research, 30(11), 2931-2935.
12. Lassabatere, L., Angulo-Jaramillo, R., Soria Ugalde, J.M., Cuenca, R., Braud, I., Haverkamp, R., 2006. Beerkan Estimation of Soil Transfer Parameters Through Infiltration Experiments-BEST. Soil Science Society of America Journal, 70(2), 521-532.
13. Yilmaz, D., Lassabatere, L., Angulo-Jaramillo, R., Deneele, D., Legret, M., 2010. Hydrodynamic Characterization of Basic Oxygen Furnace Slag Through an Adapted BEST Method. Vadose Zone Journal, 9(1), 107-116.
14. Bagarello, V., Di Prima, S., Iovino, M., 2014. Comparing Alternative Algorithms to Analyze the Beerkan Infiltration Experiment. Soil Science Society of America Journal, 78(3), 724-736.
15. Rahmati, M., Latorre, B., Lassabatere, L., Angulo-Jaramillo, R., Moret-Fernández, D., 2019. The Relevance of Philip Theory to Haverkamp Quasi-exact Implicit Analytical Formulation and its Uses to Predict Soil Hydraulic Properties. Journal of Hydrology, 570, 816-826.
16. Moret-Fernández, D., Latorre, B., López, M. V., Pueyo, Y., Lassabatere, L., Angulo-Jaramilo, R., Rahmati, M., Tormo, J., Nicolau, J.M., 2020. Three-and Four-term Approximate Expansions of the Haverkamp Formulation to Estimate Soil Hydraulic Properties from Disc Infiltrometer Measurements. Hydrological Processes, 34(26), 5543-5556.
17. Campbell, S.L., Chancelier, J.P., Nikoukhah, R., 2010. Modeling and Simulation in SCILAB. In Modeling and Simulation in Scilab/Scicos with ScicosLab 4.4. Springer, New York, NY, 73-106.
18. Angulo-Jaramillo, R., Bagarello, V., Di Prima, S., Gosset, A., Iovino, M., Lassabatere, L., 2019. Beerkan Estimation of Soil Transfer Parameters (BEST) Across Soils and Scales. Journal of Hydrology 576, 239–261.
19. Yilmaz, D., 2021. Alternative α* Parameter Estimation for Simplified Beerkan Infiltration Method to Assess Soil Saturated Hydraulic Conductivity. Eurasian Soil Science, 54(7).
20. Marquardt, D., 1963. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters. SIAM Journal on Applied Mathematics, 11,431-441.
21. Yilmaz, D., Lassabatere, L., Angulo-Jaramillo, R., Deneele, D., Legret, M., 2013. Influence of Carbonation on the Microstructure and Hydraulic Properties of a Basic Oxygen Furnace Slag. Vadose Zone Journal, 12(2), vzj2012-0121.
22. Yilmaz, D., Cannavo, P., Séré, G., Vidal-Beaudet, L., Legret, M., Damas, O., Peyneau, P.E., 2018. Physical Properties of Structural Soils Containing Waste Materials to Achieve Urban Greening. Journal of Soils and Sediments, 18(2), 442-455