İNŞ 343 MÜHENDİSLİK HİDROLOJİSİ 2.1.YAĞIŞIN MEYDANA GELMESİ İÇİN GEREKLİ ŞARTLAR 2.2. YAĞIŞ TİPLERİ

Transkript

1 İNŞ 343 MÜHENDİSLİK HİDROLOJİSİ BÖLÜM-2 YAĞIŞ Atmosferden katı yada sıvı halde yeryüzüne düşen sulara yağış denilir. Sıvı haldeki yağış yağmur şeklindedir, katı haldeki yağış ise kar, dolu, çiğ, kırağı şekillerinde olabilir. Yrd. Doç. Dr. Hatice ÇITAKOĞLU YAĞIŞIN MEYDANA GELMESİ İÇİN GEREKLİ ŞARTLAR 1. Atmosferde yeterince su buharı bulunmalıdır. 2. Hava kütlesi soğumalıdır. Hava soğuyunca, su buharı taşıma kapasitesi de azalır. Belirli bir sıcaklıktan sonra da su buharı sıvı haline gelir. 3. Yoğunlaşma olmalıdır. Yoğunlaşma olayı, "yoğunlaşma çekirdeği" adı verilen çok küçük tozlar üzerinde gerçekleşir YAĞIŞ TİPLERİ 1. Konvektif yağış (yaz yağmurları), 2. Orografik Yağış, 3. Depresyonik (Siklonik) Yağışlar 4. Yeryüzüne düşebilecek irilikte (yaklaşık 1 mm) damlalar oluşmalıdır. Bu ya üzerinde su buharının yoğunlaşa bileceği buz kristallerinin varlığıyla ya da küçük damlacıkların çarpışarak birleşmesi sonunda olabilir

2 1. Konvektif yağış: Yeryüzüne yakın hava fazla ısınırsa yükselir. Bu özellikle etrafı dağlarla çevrili bölgelerde yaz aylarında görülür. Yağış yerel, kısa süreli ve şiddetlidir. İç Anadolu da yaz akşamlarında görülen sağanakların nedeni budur. 2. Orografik Yağış: Nemli bir hava kütlesi bir dağ dizisini aşmak için yükselirken soğur ve orografik yağışa yol açar. Ülkemizde denize paralel dağ sıralarının (Kuzey Anadolu dağları,toroslar) denize bakan yamaçlarında denizlerden gelen nemli ve sıcak hava kütleleri bu şekilde yağış bırakır. Orografik yağış alan bölgelerde arazinin kotu ile yağış yüksekliği arasında bir ilişki vardır Depresyonik (Siklonik) Yağışlar: Bir sıcak hava kütlesi ile bir soğuk hava kütlesinin düşey bir cephe boyunca karşılaşmaları halinde; sıcak hava yukarıya, soğuk havada aşağıya doğru hareket eder. Böylece sıcak havanın yukarıda soğuması ile oluşan depresyonik (siklonik, cephe) yağışlar, orta şiddette ve uzun süreli olup oldukça geniş alanlarda etkili olabilirler. Yurdumuzda meydana gelen yağışların çoğu bu şekildedir Depresyonik (Siklonik) Yağışlar: Not: Soğuk cephe daha şiddetli ve etkilidir. 8 2

3 2.3. YAĞIŞIN ÖLÇÜLMESİ Yatay bir yüzeye düşen ve düştüğü yerde kalarak biriktiği kabul edilen su sütununa "yağış yüksekliği" adı verilir ve genellikle mm cinsinden ifade edilir (1mm = 1 kg/m 2 ). Yağmurun Ölçülmesi: Yazıcı Olmayan Ölçekler (Plüvyometre): Yazıcı Ölçekler (Plüvyograf): 9 YAZICI OLMAYAN ÖLÇEKLER (PLÜVYOMETRE): Düşey kenarlı bir kap En çok kullanılan plüvyometre tipi, 20 cm çaplı bir silindir şeklindedir. Okuma hassasiyetini artırmak için, bu silindirden daha küçük ikinci bir silindir iç kısma yerleştirilmiştir. Plüvyometreler, yalnızca belirli bir zaman aralığındaki toplam yağış yüksekliğini verirler, yağış yüksekliğinin zamanla değişimini kaydedemezler. 10 b. Yazıcı Ölçekler (Plüvyograf): Bunlar, yağış yüksekliğinin zamanla değişimini kaydederler. 1.Tartılı plüvyograflar: Yağmur, alt tarafına yay monte edilmiş bir kovada toplanır; yağmur yağdıkça kova ağırlaşarak aşağı doğru hareket edip dönen bir kâğıt şerit üzerindeki yazıcı ucu hareket ettirir ve böylece yağış yüksekliğinin zamanla değişimi kaydedilir. o o Bu sistemle, oldukça hassas ve doğru ölçümler yapılabilir. Türkiye'de en yaygın olarak kullanılan plüvyograf tipidir. 2. Devrilen kovalı plüvyograflar: Giriş kabına yağan yağmur küçük bir kovada toplanır. Kova dolunca devrilir ve her devrilme ile yazıcı bir uç kâğıt şerit üzerinde hareket eder. Bir kovacık devrilince yerine bir diğeri geçerek dönel şerit üzerinde basamaklı çizgiler elde edilir. o Hassasiyeti daha azdır Şamandıralı plüvyograflar: Kaptaki su seviyesinin yükselmesi ile su yüzeyinde bulunan bir şamandıra (yüzgeç), yazıcı bir ucu hareket ettirerek kâğıt şerit üzerinde yazı yazmasını sağlar. 12 3

4 ÇEŞİTLİ PLÜVYOGRAF TİPLERİ 2.4. KARIN ÖLÇÜLMESİ Yağmur ölçekleri kullanılır. Karın donmasını önlemek için ölçüm aletine kalsiyum klorür veya etilen glikol gibi antifriz maddeler konur. Karın erimesiyle oluşacak akış miktarını hesaplamak için karın su eşdeğerinden yararlanılır. Karın su eşdeğeri: Kar eridiğinde oluşacak su miktarının su yüksekliği cinsinden değeridir. Karın yoğunluğu ile kar yüksekliğinin çarpımına eşittir. Ayrıca, radarlar yardımıyla da yağmur ölçümleri yapılmaktadır. 13 Yeni yağmış karın yoğunluğu 0.1, eski (sıkışmış) karın yoğunluğu ise arasındadır ÖLÇÜM HATALARI a. Rüzgâr tesiri: Rüzgâr nedeniyle, yağışın bir kısmının ölçeğe girmesi engellenir. Bunu önlemek için, yağış ölçeği rüzgâr etkisinden uzak bir yere konur; ayrıca rüzgâr perdeleri de kullanılabilir. b. Ölçeğin etrafındaki engeller: Yağış ölçeğinin etrafındaki ağaç, bina gibi yüksek engeller, doğru ölçüm yapılmasına mani olur. Tedbir olarak, ölçeklerin, engel yüksekliğinin en az iki katı uzağına yerleştirilmesi gerekir. c. Ölçek kabında buharlaşma: Tedbir olarak, su yüzeyinde ince bir yağ tabakası teşkil edilir. d. Civardan sıçrayan damlalar: Ölçek, yerden en az 1 m yükseğe yerleştirilmelidir YAĞIŞ ÖLÇEKLERİ AĞI Yağışın yerel dağılımının öğrenilebilmesi için bir ölçüm ağının kurulması gerekir. Özellikle dağlık bölgelerde yağış miktarı ve şiddeti hızla değiştiğinden, bu yerlerde oldukça sık bir ölçüm ağı kurulmalıdır. Dünya Meteoroloji Teşkilatı, (WMO), optimum ölçek sıklığı olarak, düz bölgelerde km 2 de, dağlık bölgelerde ise km 2 de bir ve ayrıca en çok 500 m kot farkıyla ölçek yerleştirilmesini tavsiye etmektedir. Türkiye'de ölçümler MGM ve DSİ tarafından yapılmaktadır. 16 4

5 2.7. YAĞIŞ VERİLERİNİN ANALİZİ a. Yağış süresi (t): Bir yağışın başlama anı ile sona erişi arasında geçen süredir. b. Toplam yağış eğrisi: Yağış kayıtları düzenlenerek, toplam yağış (P) ordinatta, zaman (t) apsiste olmak üzere toplam yağışın zamanla değişimini veren grafiğe "toplam yağış eğrisi" denir. c. Yağış şiddeti (i): Birim zamanda düşen yağış yüksekliğine "yağış şiddeti" denir. Birimi [mm/saat], [cm/saat]. o Hafif yağışlarda 1 mm/saat, i = dp/dt ΔP/Δt şiddetli yağışlarda mm/saat olabilir. d. Hiyetograf: Yağış şiddetinin zamanla değişimini gösteren grafiğe "hiyetograf" denir. Yağış şiddeti (i) ordinatta, zaman (t) apsiste gösterilir. Yağışın zaman içerisindeki değişimini, artışını, azalmasını durmasını gösteren diyagramdır. 17 e. Yağış frekansı: Belirli bir şiddetteki bir yağışın belli bir zaman süresi içinde (1 yıl, 10 yıl, 50 yıl vb.) oluşma sayısına "yağış frekansı" adı verilir VERİLERİN HOMOJEN HALE GETİRİLMESİ Bir yağış ölçeğinin yer veya konumunda, ölçme yönteminde veya çevre şartlarında yapılan değişiklikler sonucu, bir istasyonda ölçülen eski ve yeni yağış değerleri arasındaki homojenlik bozulmuş olabilir. Homojenliğin bozulup bozulmadığını belirlemek ve bozulmuşsa homojenliğini sağlamak için "çift toplama yağış yöntemi" kullanılır. Yıllık yağış ort. kullanılarak kümülatif (eklenik) grafik çizilir ve eğimde kırıklık aranır... Bu verileri homojenleştirmek için, o yıldan önceki veriler, kırıklığın olduğu noktadan önceki doğrunun eğiminin (m1) kırıklıktan sonraki doğrunun eğimine (m2) oranı (m1/m2) ile çarpılır. Bu yöntem, yalnızca yağışlar için değil, her türlü hidrolojik veriler için de kullanılabilir

6 EKSİK VERİLERİN TAMAMLANMASI Bir istasyondaki kayıtların bir kısmı eksik ise, bu eksik verileri tamamlamak için yakında bulunan ölçeklerin kayıtlarından faydalanılır. - Bunun için aşağıdaki eşitliğinden yararlanılır: 2.9. EKSİK VERİLERİN TAMAMLANMASI YÖNTEMLERİ a) Aritmetik Ortalama Metodu b) Normal Oran Metodu c) Ağırlıklı Ortalama Metodu Burada: yakında bulunan n istasyon sayısı, Px eksik yağış değeri, Ax yağış değeri eksik olan istasyonun yıllık ortalamasıdır

7 a) Aritmetik Ortalama Metodu b) Normal Oran Metodu Eksik verisi olan istasyonun civarındaki üç istasyon esas alınır. Bu metot, komşu istasyonların yıllık normal yağışları eksik verili istasyonunkinden % 10 dan fazla değiştiği zaman kullanılır. Bu metot, civar istasyonlarla eksik verili istasyonun yıllık normal yağışları birbirinden % 10 miktarından daha az faklı ise kullanılır. N x Nx N 1.1,, x N A NB NC N 0.9 x N, x N, x 1.1 N A NB NC N x ait eksik yağış yüksekliği PX 1 PA PB PC 3 25 N x ait eksik yağış yüksekliği 1 N x N x N P x X PA PB PC 3 N A NB NC 26 c) Ağırlıklı Ortalama Metodu Ortalama Yağış Yüksekliğinin Hesabı: Eksik verisi bulunan istasyon merkeze yerleştirilerek çizilen kartezyen koordinat eksenleri istasyon etrafında dört bölge meydana getiri. Kuzey Bir bölgedeki çeşitli noktalarda yağış gözlemleri yapılmışsa, o bölgenin ortalama yağış yüksekliği çeşitli yöntemlerle hesaplanabilir. P1 P2 P3 P d1 d2 d3 d P 4 x d1 d2 d3 d4 Batı P 4 P 1 P 3 d 4 d 3 Güney d 2 d 1 P 2 Doğu Burada en çok uygulanan üç yöntem açıklanacaktır. a. Aritmetik Ortalama Yöntemi, b. Thiessen Yöntemi, c. İzohiyet Yöntemi

8 Alansal Ortalama Yağış Bir bölgenin ortalama yağış yüksekliği şöyle tanımlanır: Burada: P i her istasyonun yağış değeri, A i istasyonun temsil ettiği alan, A toplam alandır. a. Aritmetik Ortalama Yöntemi: - Bu yöntemde, bölge içindeki tüm istasyonların değerlerinin ortalaması alınarak bölgenin ortalama yağış yüksekliği bulunur. - Çok basit olan bu yöntem, dağlık bölgelerde ve şiddetli yağışlar sırasında uygulanamaz. Çünkü bu durumlarda yağış şiddeti çok kısa mesafelerde hızla değişebilir. - Yağış ölçeklerinin oldukça üniform olduğu 500 km 2 den küçük bölgelerde bu yöntem uygulanabilir b. Thiessen Yöntemi: Bölgedeki yağış istasyonlarının dağılımı üniform değilse bu yöntem, uygulanır. Bölge içinde olmayan yakındaki yağış istasyonlarının verileri de kullanılabilir. Birbirine yakın istasyonlar doğru parçalarıyla birleştirilir; bu doğru parçalarından orta dikmeler çıkılarak her bir istasyona ait bir çokgen (Thiessen Çokgeni) teşkil edilir. Her bir çokgenin sınırladığı alanın o istasyonla temsil edildiği varsayılarak aşağıdaki eşitlik yardımıyla ortalama yağış yüksekliği hesaplanır. c. İzohiyet Yöntemi: Bu yöntem, özellikle dağlık bölgelerde iyi sonuçlar verir. Yağış yüksekliği aynı olan noktaları birleştiren izohiyetler (eş yağış yüksekliği eğrileri) çizilir. İki ardışık izohiyet arasındaki alanda yağış yüksekliğinin, izohiyetlerin değerlerinin ortalamasına eşit olduğu varsayılarak ortalama yağış yüksekliği aşağıdaki eşitlik ile bulunur

9 2.11. Yağış Yüksekliği-Alan- Süre (P-A-t) Analizi Bir yağış sırasında yağış yüksekliğinin yerel dağılımını belirlemek için eş yağış eğrileri çizilir. Yağış merkezinden uzaklaştıkça yağış yüksekliğinde bir azalma olur. Bu azalma oranı, yağış süresi ile ters yönde değişir. Yani, kısa süreli bir yağışın yerel değişimi, uzun süreliden daha fazladır YAĞIŞIN YEREL DAĞILIMI Horton Formülü : Burada; Po, merkezdeki yağış yüksekliği; A, yağış alanı; P, alanı A olan bölgedeki yağış yüksekliği, k ve n her yağış süresi için belirlenen sabitlerdir. YAĞIŞ YÜKSEKLİĞİ-SÜRE- TEKERRÜR (P-T-T) ANALİZİ Bir havzadaki veya bölgedeki çeşitli tekerrür süreli (T), yağış yüksekliklerinin (P), yağış süresi (t) ile değişimini belirlemek için, yağış yüksekliği-yağış süresitekerrür süresi arasındaki ilişkiler belirlenir. 35 Yağış yüksekliği-süre-tekerrür analizine benzer olarak, yağış yüksekliği yerine yağış şiddeti dikkate alınarak, yağış şiddetisüre-tekerrür (i-t-t) analizleri yapılabilir. 36 9

10 MUHTEMEL MAKSİMUM YAĞIŞ Bir havzada belli bir yağış süresi için fiziksel olarak mümkün olabilecek en büyük ve aşılması ihtimali çok küçük olan yağışa "Muhtemel Maksimum Yağış" adı verilir. Bu yağış, özellikle, yıkılması halinde çok büyük can ve mal kaybına yol açabilecek barajların dolu savaklarının boyutlandırılmasında dikkate alınır. Muhtemel maksimum yağışın tahmin edilmesi çalışmalarında meteoroloji uzmanlarıyla işbirliği yapılmalıdır Muhtemel maksimum yağışın hesabında kullanılan yöntemler ikiye ayrılırlar: a.fiziksel Yöntemle Muhtemel Maksimum Yağış Hesabı [Havzada mevcut veya diğer bir havzadan taşınan yağış değerleri, çeşitli tekniklerle büyütülerek, o havzada olabilecek en büyük yağış tahmin edilir (maksimizasyon)] b. İstatistik Yöntemle Muhtemel Maksimum Yağış Hesabı İkinci yöntemin uygulaması oldukça kolay olmasına karşılık, elde edilen sonuçlar fiziksel yöntem ile elde edilenlerden daha hatalı olmaktadır. Örn: Pmax=Xort+(5~30)*Sx 39 Örnek 2.1. Bir kaydedici yağış ölçeğinde bir yağış sırasında aşağıda görülen toplam yağış eğrisi elde edilmiştir. Bu yağış sırasında yağış şiddetinin zamanla değişimini hesaplayarak yağış hiyetografını çiziniz

11 Örnek 2.3. Örnek 2.2. Yıllık ortalama yağış yükseklikleri N x =600 mm, N A =550 mm, N B =720 mm, N C =680 mm dir. bir yağış sırasında P A =50 mm, P B =55 mm, P C =40 mm olarak ölçülmüştür. X istasyonunun ölçümü yapılamayan yağış yüksekliği nedir? Örnek 2.3. Bir önceki slayta verilen şekillerden görülen ölçeklerde iki günlük yağış okumaları ve Thiessen poligonları ile izohiyet eğrileri arasında kalan alanlar bir önceki slayta verildiğine göre a) Yukarıdaki alana ait ortalama yağış yüksekliğini aritmetik ortalama, Thiessen poligonları ve izohiyet yöntemleri ile hesaplayınız. b) Bu yağışa ait hiyetografı Aritmetik ortalama ve Thiessen Poligonları yöntemiyle çiziniz. Örnek 2.4. Yüzölçümü 2 km 2 olan bir havza üzerinde 30 dakika süren bir yağış sırasında yağış şiddetinin zamana göre değişimi i= 3/t 0.5 şeklindedir. a) Bu yağışa ait toplam yağış eğrisinin denklemini bulunuz. b) Yağış Sonunda toplam yağış yükseliği ne kadar olur?