HİDROLOJİ DERS NOTLARI

Transkript

1 Balıkesir Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü HİDROLOJİ DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Umut OKKAN Hidrolik Anabilim Dalı

2 Ders Kapsamında Yararlanılabilecek Bazı Kaynaklar

3 Balıkesir Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Bölüm 1 Giriş ve Hidrolojik Çevrim Hidrolojinin Tanımı Hidrolojinin Mühendislikteki Yeri Hidrolojinin Metotları Hidrolojik Çevrim Hidrolojinin Temel Denklemleri Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar

4 Hidrolojinin Tanımı Suyun hareketini hidromekanik inceler. Su biliminin teknikteki uygulamasına hidrolik denir. Hidroloji özet tanımıyla su bilimdir. Hidroloji daha geniş tanımı ile yerkürede (yer yüzeyinde, yeraltında ve atmosferde) suyun çevrimini,dağılımını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, çevreyle ve canlılarla karşılıklı ilişkilerini inceleyen temel ve uygulamalı bir bilimdir (Bayazıt, 200).

5 Mühendislikteki Yeri ve Önemi (1) Suyun kullanılması amacıyla yapılan çalışmalar: Barajlar Sulama Hidroelektrik Akarsu ulaşımı

6 Mühendislikteki Yeri ve Önemi (2) Su miktarının kontrolü amacıyla yapılan çalışmalar: taşkın kontrol yapıları, kurutma tesisleri, kanalizasyon sistemleri gibi. () Su kalitesinin kontrolü amacıyla yapılan çalışmalar (su kirliliği önleme çalışmaları)

7 Hidrolojinin Metotları ölçüm (rasat) verilerin işlenmesi Hidrolojik Çalışmalar matematik modeller olasılık teorisi ve istatistik

8 Hidrolojik Çevrim Suyun doğada katı, sıvı ve gaz halde dönüp durduğu yolların tümüne birden hidrolojik çevrim denir. Bu süreç sürekli meydana gelir ve bu çevrim için gerekli enerji güneşten ve yerçekiminden sağlanır. Atmosfer Biriktirme Sistemi Yüzeysel Biriktirme Sistemi Yeraltı Biriktirme Sistemi Hidrolojik çevrimin temel elemanları

9 Hidrolojik Çevrim Hydrologic Buharlaşma ve Cycle Terleme Yağış Atmosfer Biriktirme Sistemi Yüzeysel Biriktirme Sistemi Yağış Buharlaşma Yağış Buharlaşma Sızma Yüzeysel akış Zemin nemi Biriktirme Sistemi Yüzeyaltı akışı Akarsu Biriktirme Sistemi Akarsu akışı Deniz ve Göl Biriktirme Sistemi Perkolasyon Yeraltı Biriktirme Sistemi Yeraltı akışı Mühendislik hidrolojisi açısından yukarıdaki hidrolojik çevrim diyagramı hidrolojik sistem kavramının da bir temsilidir (DEÜ, Hidroloji ders notları)

10 Şekilde görüldüğü üzere sistemin bulunduğu çevresiyle ilişkileri girdi-çıktı vektörleri ile ifade edilir. y(t)=f(x(t)) t anında sistemde depolanan su miktarına göre girdiler çıktıya dönüşür. Sistem Kavramı Hidrolojik Çevrim GİRDİ x(t) HİDROLOJİK SİSTEM y(t)=f(x(t)) Akarsu havzası ÇEVRE ÇIKTI y(t) Su ayrım çizgisi Sistem, düzenli bir şekilde birbiriyle ilişkili olan ve çevresinden belli bir sınırla ayrılarak bir bütünü oluşturan bileşenler takımı olarak adlandırılır. Söz konusu sistem, akışını aynı çıkış noktasına gönderen bölge olarak tanımlanan bir su toplama (drenaj) havzasıdır.

11 Sistem Kavramı Hidrolojik Çevrim (yağış) X=Girdi (sistem sınırı) (akım) Y=Çıktı Havzayı veya alt havzaları komşu havza veya alt havzalardan ayıran su ayrım çizgilerinden geçen düşey yüzeyler sistemin sınırlarını oluşturur.

12 Ülkemizdeki havzalar Sistem Kavramı Hidrolojik Çevrim

13 Sistem Kavramı Hidrolojik Çevrim Medar Alt Havzası Kayacık Alt Havzası Gediz Nehri Anakol İstasyonları Gördes Alt Havzası Demirci Alt Havzası DeliinişAlt Havzası Selendi Alt Havzası Acısu Alt Havzası Nif Alt Havzası Alaşehir Alt Havzası Gediz Havzasındaki alt havzalar Alaşehir Alt Havzası İçerisinde Yer Alan Afşar ve Buldan Baraj Havzaları

14 Sistem Kavramı Hidrolojik Çevrim İnsan doğal bitki örtüsünü değiştirerek tutma, sızma ve evapotranspirasyon sürecini etkileyebilir. Bu durum yüzeysel akışı da etkiler. Ormanların azalması halinde yüzeysel akış hacmi artmakta ve buna bağlı olarak taşkın kapasitesi de artmaktadır. Şehirleşme sızma kayıplarını azaltacağından, yeraltısuyu depolaması ve yüzeysel akış hacmi üzerinde etkili olur. İnsanlar tarafından tasarlanan biriktirme olanağı sağlayan baraj hazneleri akarsudaki akış rejimini değiştirirler. Hazneler ayrıca buharlaşma kayıplarını arttırmakta ve çevrimde önemli bir unsur haline gelmektedir.

15 Hidrolojinin Temel Denklemleri Girdi x(t) sistem (drenaj havzası) Çıktı y(t) Genel bir hidrolojik sistem modeli olarak, sistemin durumunun herhangi bir anda sistemde depolanmış S su miktarı ile ifade edildiği modeli ele alalım. Sistemdeki suya kütlenin korunumu yasasının ifadesi olan süreklilik denklemini (su dengesi, su bütçesi) uygularsak aşağıdaki eşitliği elde edebiliriz: x-y=ds/dt Yukarıdaki denklem sonlu bir Δt zaman aralığındaki değerler esas alınarak x-y=δs şeklinde yazılabilir. Enerjinin korunumu ilkesi de ısı ile ilgili buharlaşma, kar erimesi gibi değişkenler için uygulanabilir (giren ısı-çıkan ısı=ısıdaki değişim).!!! Hidrolojinin temel bu denklemlerinde büyüklükleri ölçmek oldukça zordur. Bu nedenle Δt küçüldükçe denklemlerin güvenirliği azalır.

16 Yerkürede Suyun Dağılımı Yerkürede Suyun Dağılımı Tuzlu Sular (% 98) Tatlı Sular (% 2) Buzullar (% 77) Yeraltı Suları (% 22) Nehirler, Göller (% 1) Kaynak:Bayazıt,200

17 Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar ÖRNEK-1: Yağış alanı 8000 km 2 olan bir akarsu havzası üzerine düşen yıllık ortalama yağış 1000 mm, havza çıkışında ortalama yüzeysel akış m olup, yıllık net sızma kaybı 600 mm civarındadır. Akarsu havasından buharlaşma ve terleme yoluyla atmosfere geri dönen yıllık ortalama net su hacmini hesaplayınız. U? P 1000 mm / yıl P ( U S) R 1000 mm ( U 600 mm) 175mm U 225 mm / yıl R 1400* *10 m 6 m 6 2 S 600 mm / yıl m V U 225*10 *8000* * / m hm yıl

18 Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar ÖRNEK-2: Ortalama göl yüzey alanı 48 km 2, 2016 yılının başında haznedeki su hacmi 95 hm olan bir baraj haznesinden bu yıl içinde sulama amacıyla 254 hm su kullanılmış ve haznedeki su hacmi yıl sonunda 25 hm olarak gözlenmiştir. Baraj bölgesi yakınında bulunan bir meteoroloji istasyonunda 2016 yılında 550 mm yağış düştüğü, yıllık tava buharlaşmasının ise 1600 mm olduğu saptanmıştır. Baraj gölünden sızma kayıplarını ihmal ederek 2016 yılında baraj gölüne giren su hacmini hesaplayınız. VGİREN? VSulama 254 hm / yıl Agöl P 550 mm / yıl E 48km tava mm / yıl E C E P E C E net, buh tava tava 0 E 0 net, buh net, buh tava net, buh 0.7 alınabilir 0.7* mm / yıl 6 Vnet, buh 570*10 * 48* hm / yıl V V ( V V ) V HAZNE, YB GİREN SULAMA NET, BUH HAZNE, YS 95 V ( ) 25 V GİREN GİREN hm

19 Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar ÖRNEK-: Yağış alanı 500 km 2, ortalama yağışı 800 mm/yıl olan bir akarsu havzasında dönemindeki ortalama akış 84 hm /yıl olarak hesaplanmıştır.bu havzada, 1961 yılında ortalama göl yüzey alanı 20 km 2 olan bir baraj inşa edilmiş, ayrıca tava buharlaşma gözlemleri yapan bir meteoroloji istasyonu açılmıştır. Meteoroloji istasyonunda ölçülen yıllık ortalama tava buharlaşması 100 mm/yıl mertebesindedir. Baraj haznesinin dönemindeki işletme kayıtlarının değerlendirilmesi sonucunda ortalama akışın 76 hm /yıl değerine düştüğü görülmüştür. a-baraj yapılmadan önceki ve sonraki toplam kayıpları bulunuz. b dönemindeki havza özelliklerinin döneminde değişmediğini kabul ederek baraj haznesinden sızma yoluyla eksilen ek su miktarını bulunuz. KAYNAK: (DEÜ, Hidroloji ders notları,200)

20 Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar ÖRNEK- İÇİN ÇÖZÜM: P 800 mm / yıl P 800 mm / yıl Vakış a) 84hm A 500km 6 VP 800*10 *500* hm / yıl kayıp hm / kayıp hm / 2 yıl yıl Vakış b) Etava 100 mm / yıl 76hm Abrj gölü 20km 2 net, buh net, buh A 480km ( V ) 76 E V 6 (800*10 * 480*10 ) (16* 2.2 Vbrj, sızma ) 76 Vbrj, sızma 2.44 hm / yıl brj, sızma 2 0.7* mm 110*10 *(20*10 ) 2.2 hm 6

21 Yerkürede Suyun Dağılımı Örnek Uygulamalar ÖRNEK-4: Bir sulama barajında 2016 yılının Haziran ayı başında 11.6 milyon m su bulunduğu, aybaşında göl yüzey alanının 600 ha olduğu, Haziran ayında baraj gölüne 0.1 m /sn debi girdiği, sulamaya 0.5 m /sn su verildiği, ay sonunda göl yüzey alanının 560 ha olduğu belirlenmiştir. Baraj yakınındaki bir meteoroloji istasyonundan, 2016 yılının Haziran ayında bu bölgeye 11 mm yağış düştüğü ve tava buharlaşma yüksekliğinin 10 mm olduğu saptanmıştır.baraj haznesinden sızma kayıplarını ihmal ederek 2016 yılının Haziran ayı sonunda baraj göl seviyesinin ne kadar değiştiğini belirleyiniz. Qgiren 0.1 m / s E V hm A ha ayb, 0.7* mm net buh 11.6 ; ayb 600 h? V? ; A 560 ha ays ays Qsulama 0.5 m / s A ( ) / ha 580*10 m ort 4 2 Vnet, buh 80*10 *(580*10 ) / hm 6 Q 0.1 m / s V 0.1*0*86400/10 giren Vsulama 4 6 giren hm 0.5*0*86400/ hm V V ( V V ) V V ayb giren net, buh sulama ays ays ( ) hm 6 ( )*10 h m 4 580*10 Baraj göl seviyesinde ~26 cm alçalma gözlenmiştir.