Hidrograf Analizi. Hiyetograf. Havza Çıkışı. Havza. Debi (m³/s) Hidrograf. Zaman (saat)

Transkript

1 Hidrograf Analizi Hiyeograf Havza Debi (m³/s) Havza Çıkışı Hidrograf Zaman (saa) 1

2 Hidrograf Q Hiyeograf Hidrograf Hidrograf Q Gecikme zamanı Pik Debi B Alçalma Eğrisi (Çekilme Yükselme Eğrisi (kabarma) A C D 2

3 Hidrografı bilinmesi aşkınların ve kurak devrelerin incelenmesi Hidrografın Elemanları Hidrograf: Bir akarsu kesiindeki akış mikarının (debinin) zamanla değişimini göseren grafikir. 1.Yükselme Eğrisi : AB eğrisi boyunca debi zamanla armakadır. Yağışın başlangıcı ile pik (epe) nokası arasında yer alan yükselme eğrisi oldukça dikir. Şekli, yağış ve havza paramerelerine bağlıdır. 2.Tepe Nokası(g): Tepe nokası ile hiyeografın ağırlık merkezi arasındaki zaman aralığına gecikme zamanı denir. 3.Çekilme (alçalma) Eğrisi: BD eğrisi boyunca debi zamanla azalmakadır. Çekilme (alçalma) eğrisi: Tepe nokasından sonraki çekilme eğrisi, yükselme eğrisine göre oldukça yaıkır. Çekilme eğrisinin şekli, yağışan çok havzanın karakerisiklerine bağlıdır. Çekilme eğrisindeki debinin azalma hızı giderek yavaşlar ve eğri yaaya asimpo olarak sabi bir değere (aban akışı) yaklaşır. Taban akışı, yağışan önce var olan akış, dolaysız akış ise yağmurun ve varsa kar erimesinin neden olduğu ilave akış olarak düşünülebilir. 3

4 Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması Bir hidrografa dolaysız akışı göseren kısımla aban akışını göseren kısım birbirinden yaklaşık olarak ayrılabilir. Yağışın biişinden geçiş süresi kadar bir zaman sonra dolaysız akış sona erer. Büyük havzalarda dolaysız akışın epe nokasından N gün sonra sona erdiği kabul edilirse bu N değeri şu formülle yaklaşık olarak hesaplanabilir: Q N =0,9 A 0,2 (gün) Dolaysız Akış A Taban akışı C D Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması a-) Yüzeysel akışın başladığı A nokası ile D nokası düz bir çizgi ile birleşirilir. AD nin üzeri dolaysız akışı alı aban akışını göserir. 4

5 Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması b-) Başlangıçaki çekilme eğrisi aynı eğimle hidrografın epe nokası hizasına kadar uzaılıp F nokası belirlenir. Formülden hesaplanan N ile C nokası belirlenip F ile C nokası birleşirilir. AFC çizgisinin üzeri dolaysız akışı alı aban akışını göserir. Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması A nokası epe nokasının hizasına kadar düz çizgiyle birleşirilerek F nokası işarelenir. N formülden hesaplanıp C nokası belirlenir. F ile C birleşirilir. 5

6 Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması Q Dolaysız Akış E A Taban akışı D Birleşik Hidrograf Toplam yağış Ne yağış Hidrograf 6

7 Akarsu Havzasının Bir Sisem Olarak İncelenmesi Akarsu havzası: Yağışı akışa dönüşüren bir sisem. Sisemin girdisi: yağış, çıkısı: akış. Q() = f (i()) Amaç: siseme giren i()şiddeindeki yağış Q() debisini ahmin emekir. Örnek durum: Her havzada yeerince uzun veya hiç akım gözlemi yapılmamış olabilir. Akarsu havzalarındaki yağış-akış ilişkisi çok karmaşıkır. Bu nedenle, bazı kabuller yapılarak bu ilişki basileşirilmeye çalışılır ve sisemin bir maemaik modeli kurulur. Akarsu Havzasının Bir Sisem Olarak İncelenmesi Bu model kurulurken, başlıca iki yönemden yararlanılır: a. Paramerik (çok bileşenli) modeller: Yağış, sızma, yer alı akışı ve uma gibi hidrolojik olayların arasındaki ilişkiler belirlenir. b. Kapalı kuu modeller: Hidrolojik olayların ayrınılı olarak incelenmesinden vazgeçilip, sadece yağış ile akış arasındaki ilişkiyi dikkae alınır. Paramerik modeller kadar hassas değillerdir. Basi olduklarından yaygın olarak kullanılırlar. 7

8 Birim Hidrograf En yaygın olarak kullanılan havza modelidir. Havza modellerinin kurulmasında karşılaşılan en büyük güçlük: Yağış ile akış arasındaki ilişkinin lineer olmayışıdır. Yani, havzadaki i1 yağışının akım Q1 ve i2 yağışının akım Q2 ise, (i1 + i2) yağışının akım her zaman (Q1 + Q2) olmaz. Superpozisyon prensibinin uymadığı bu gibi sisemlere: nonlineer sisem Ancak, bazı kabuller yapılıp yağış ve akış değerleri bazı değişikliklere maruz bırakılarak sisem şöyle lineer hale geirilebilir: Toplam Yağış - Kayıplar = Arık (Ne) Yağış (Kayıplar: uma, yüzey birikinileri ve sızmalar) Toplam Akış - Taban Akışı = Dolaysız Akış Birim Hidrograf Su oplama havzasını, arık yağışı dolaysız akışa dönüşüren lineer bir sisem olarak kabul eden havza modeline "birim hidrograf modeli" adı verilir. Havzaya belirli bir süre boyunca sabi şiddee düşen birim yükseklikeki (1 cm) arık yağışın meydana geireceği dolaysız akışın hidrografıdır. 8

9 Birim Hidrograf Teorisi KABULLER Arık yağış havzaya üniform olarak dağılmışır. Arık yağışın şiddei sabiir. Belirli bir süre devam eden arık yağışın oluşurduğu dolaysız akışın süresi (hidrografın aban genişliği) yağış şiddeine bağlı olmayan sabi bir değerdir. (Ders Nou S. 77) Aynı süre boyunca devam eden çeşili yağışlara ai dolaysız akışların hidrograflarının ordinaları, herbirinin arık yağış yüksekliği ile oranılıdır. Bir havzada belirli süre devam eden sabi şiddee bir yağışın hidrografı havzanın büün fiziksel karakerisiklerini yansıır (havzanın özellikleri zamanla değişmez). Birim Hidrograf o 1 cm = arık yağış yüksekliği Q p Debi p zaman 9

10 KABULLERİN DEĞERLENDİRMESİ Yapılan bu kabuller her zaman gerçekleşmezse de, birim hidrografla elde edilen değerler, praike yeerince doğru sonuçlar verir. Ancak birim hidrograf, yağış süresinin havzanın geçiş süresinden büyük olduğu küçük havzalarda (5 km2 den) yağışın homojen olarak dağılmadığı çok büyük (> km2'den) havzalarda kar erimesi durumunda uygulanmamalıdır. Birim Hidrografın Kullanılması: i. Bir havzada sabi i şiddeinde bir yağışın neden olacağı akımın hidrografı birim hidrograf yardımıyla belirlenir. ii. Süperepozisyon prensibi ile n yılda oluşabilecek i şiddeinde bir yağışın oluşuracağı akışın hidrografı belirlenir. Bunun önemi baraj dolusavaklarının projelendirilmesinde oraya çıkar. iii. Çok büyük havzalar parçalara ayrılarak her bir parça için ayrı ayrı hidrograflar belirlenir ve bunlar havzanın çıkış nokasına kadar öelenerek süperpozisyon prensibi ile havzanın hidrografı elde edilir. iv. r süresinden %25 den fazla farkemeyen süreler için r süreli birim hidrograf kullanılabilir 10

11 Birim Hidrografın Elde Edilmesi Birim hidrografı (BH) elde emek için, ve üm havzaya üniform olarak yayılmış, şiddei fazla değişmeyen, kısa süreli diğer yağışlardan yeerince ayrılmış bir yağışın hiyeografından bir isasyondaki akım debilerinden yararlanılır. BH şu adımlarla elde edilir: a. Yağış analizi: Kaydedilen yağışın hiyeografı çizilir. b. Taban akışının çıkarılması: Gözlenen hidrografan, aban akışı ayrılır. Hidrografın ordinalarından aban akışı değerleri çıkarılarak dolaysız akış hidrografı elde edilir. Birim Hidrografın Elde Edilmesi c. Dolaysız akış yüksekliğinin bulunması: Dolaysız akış hidrografının alındaki alan ölçülerek (hacım boyuundadır) oplam akış hacmi (V) - Bu değer, havza alanına bölünerek dolaysız akış yüksekliği (Rd, cm) bulunur (Rd=V/A). d. BH'nın ordinalarının hesaplanması: Arık yağışın amamı dolaysız akışa geçiğinden arık yağış yüksekliği = dolaysız akış yüksekliği - Dolaysız akış hidrografının ordinaları dolaysız akış yüksekliğine (cm) ek ek bölünerek BH'ın U ordinaları belirlenir (U= Qd/Rd). e. BH'nın arık yağış süresinin (o) belirlenmesi: Hiyeograf üzerinde öyle bir yaay çizgi çizilir ki, çizginin üsünde kalan alan = arık yağış yüksekliği (dolaysız akış yüksekliğine, Rd) Bu çizginin hiyeografla kesişme nokaları arasındaki zaman aralığı (farkı), arık yağış süresini (BH'ın süresini) verir (Yaay çizginin ordinaı = Φ indisi) 11

12 Birim Hidrograf Q o Q p Dolaysız Akış Taban akışı Debi p zaman Değişik Süreli BH'ların Elde Edilmesi Bir havzaya ai o (örneğin 2 saa) süreli bir BH yukarıdaki şekilde belirlenir. Ancak, arık yağış süresi farklı (örneğin 5 saa) olan bir BH gerekli olabilir. Bunun hesabında iki ayrı durumla karşılaşılabilir: a. İsenen 1 süresi, verilen (hesaplanan) o süresinin am kaı ise (örneğin 2 saalik BH veriliyor ve 6 saalik BH iseniyorsa), o süreli BH, adımlarla ve (1-o)/ defa öelenir ve oplanır. Burada;, BH apsisleri arasındaki zaman aralığıdır. Toplam değerleri o/1 ile çarpılarak 1 süreli BH elde edilir. 12

13 Değişik Süreli BH'ların Elde Edilmesi b. İsenen 1 süresi, o'nin am kaı değilse (örneğin; 2 saalik BH veriliyor ve 5 saalik BH iseniyorsa) veya ondan küçükse (örneğin 4 saalik BH veriliyor ve 2 saalik BH iseniyorsa), S hidrografından yararlanılır. Sabi bir i şiddeindeki sonsuz süreli bir yağışın meydana geireceği hidrografa "S hidrografı" denir. S hidrografını elde emek için, o süreli BH lar o zaman aralıklarıyla öelenir ve oplanır. S hidrografı, 1 (isenilen birim hidrograf süresi) kadar öelenir. İki hidrografın ordinaları farkı o/1 ile çarpılarak 1 süreli BH elde edilir. zaman zaman S hidrografı yönemiyle r1 süreli birim hidrografan r2 süreli birim hidrograf elde edilmesi 13

14 Birim Hidrografla Yağışan Akışa Geçilmesi BH yardımıyla herhangi bir yağış anında oluşacak akışın hidrografı şöyle elde edilir: a. Hiyeografan sızma mikarı çıkarılarak arık (ne) yağış hiyeografı elde edilir. b. Arık yağış hiyeografı, her biri o süreli olan parçalara ayrılarak her bir parçanın ii oralama yağış şiddei ve Pi = ii * o eşiliğiyle de arık yağış yüksekliği bulunur. - Eğer arık yağış hiyeografı o süreli parçalara bölünemezse, bu hiyeografın bölünebileceği uygun bir o değeri seçilir ve bu süreye karşılık gelen BH yukarıda anlaıldığı gibi elde edilir. Birim Hidrografla Yağışan Akışa Geçilmesi c. Bir anındaki hidrograf ordinaı (U) şöyle hesaplanır: Önce U değerleri ilk 0 süresindeki P1 değeri ile çarpılır. Sonra BH o kadar öelenip ikinci o süresindeki P2 değeri ile, Tekrar o kadar öelenip P3 değeri ile çarpılır. Yağış sona erene kadar aynı işlemler ekrarlanır. Tüm değerler oplanarak dolaysız akış hidrografı elde edilir; Ve aban akışı eklenerek oplam akış hidrografı bulunur. 14

15 SNYDER YÖNTEMİ Snyder Yönemi = g 0 c.75c ( L. L ) 0,30 birim hidrografın aban genişliğini(sa) Q p 2.78C = L L: Ana kanalın boyu (km) p A L = Çıkış nokası ile havzanın en uzak nokası arasındaki akarsu uzunluğu (km) Lc: Alanın ağırlık merkezinin kanal üzerindeki izdüşümü ile kanalın alanı erk eiği noka arasındaki mesafe (km) Zemin Cinsi C Cp Zemine bağlı kasayılar: Kumlu 1,65 0,56 C : 1,5 Balçık 1,50 0,63 Cp : 0,63 Killi veya kayalık 1,35 0,69 H. E. ÇELİK HİDROLOJİ 30 15

16 L = Çıkış nokası ile havzanın en uzak nokası arasındaki akarsu uzunluğu (km) Lc = Çıkış nokası ile havzanın ağırlık merkezi arasındaki akarsu uzunluğu (km) L = g ' ( ) r r L = Düzelilmiş gecikme zamanı (s) L b = 3+ 8 b = Birim hidrografın aban genişliği (baz zamanı) ' g r = Arık yağış süresi (s) r = = Sandard arık yağış süresi (s) 5,5 = 5 + p 0. r L Pik debiye ulaşma zamanı C kasayısı havzanın eğimi arıkça azalmakadır. C p ise C arıkça azalmakadır. Dağlık bölgelerde C kasayısı küçük değerler alır. 1.2 Boyusu Birim Higrograf Q/Qp /p 16

17 BOYUTSUZ BİRİM HİDROGRAFIN VERİLERİ Time Raios Discharge Raios Time Raios Discharge Raios (/p) (q/qp) (/p) (q/qp)