HİDROLOJİ. Yağış. Yrd. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 HİDROLOJİ Yağış Yrd. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

2 YAĞIŞ Atmosferden sıvı veya katı halde yeryüzüne düşen sulara yağış denilmektedir. Yağış, yağmur, kar, dolu, çiğ ve kırağı olmak üzere farklı şekillerde yeryüzüne düşmektedir. Yağışın meydana gelmesi için: Atmosferde yeterli miktarda su buharının bulunması gerekmektedir. Hava soğumalıdır: doyma noktasının üzerine çıkılınca su buharı sıvı hale geçebilir. Yoğunlaşma olmalıdır. Yeryüzüne düşebilecek büyüklükte damlalar oluşmalıdır. 2

3 Yağış Tipleri 1. Konvektif Yağış Yeryüzüne yakın hava fazla ısınırsa yükselir. Bu özellikle etrafı dağlarla çevrili bölgelerde yaz aylarında görülür Bu tür yağış yerel, kısa süreli ve şiddetlidir. 3

4 Yağış Tipleri 2. Orografik Yağış Nemli bir hava kütlesi bir dağ dizinini aşmak için yükselirken soğur ve orografik yağışa yol açar. Denize paralel dağ sıralarının denize bakan yamaçlarında denizlerden gelen nemli ve sıcak hava kütleleri bu şekilde yağış bırakır (Türkiye de Kuzey Anadolu dağları ve Toroslar). 4

5 Yağış Tipleri 3. Depresyonik Yağış (Cephe Yağışı): Bir sıcak hava kütlesi ile soğuk hava kütlesi düşey bir cephe boyunca karşılaştıklarında sıcak hava yükselir, soğuk hava aşağı iner. Cephe boyunca soğuk havanın sıcak havayı iterek ilerlemesi durumunda soğuk cephe yağışı, Sıcak havanın soğuk havayı iterek ilerlemesi durumunda ise sıcak cephe yağışı meydana gelmektedir. Soğuk cephe yağışları daha şiddetli ve etkilidir. 5

6 Yağışın Ölçülmesi Yatay bir yüzeye düşen ve düştüğü yerde kalarak biriktiği kabul edilen su sütununa "yağış yüksekliği" adı verilir. Genellikle mm cinsinden ifade edilir (1mm = 1 kg/m2). Yağmurun ölçülmesi yazıcı ve yazıcı olmayan türdeki yağışölçerler yardımıyla yapılmaktadır. 6

7 Yazıcı Olmayan Yağış Ölçerler (lüvyometre) En çok kullanılan plüvyometre tipi, 20 cm çaplı bir silindir şeklindedir. Yazıcı olmayan yağış ölçerler, yağış yüksekliğinin zaman içindeki değişimini vermez. Sadece belirli bir zaman aralığındaki toplam yağış miktarını vermektedir. Okumalar genellikle günde 6 saatte veya 12 saatte bir yapılır. 7

8 Yazıcı Yağış Ölçerler (lüvyograflar) Bu tür yağış ölçerler, yağış yüksekliğinin zamanla değişimini kağıt üzerinde kaydederler. 1. Tartılı yağışölçerler: yağmur yağdıkça kova ağırlaşarak aşağı doğru hareket edip dönen bir kâğıt şerit üzerindeki yazıcı ucu hareket ettirir ve böylece yağış yüksekliğinin zamanla değişimi kaydedilir. Türkiye de en çok tercih edilen plüvyograf türüdür. 8

9 Yazıcı Yağış Ölçerler (lüvyograflar) 2. Devrilen Kovalı: Bir giriş kabına giren yağış çok küçük bir kovada toplanır, kova dolunca bir ucu kağıt şerit üzerinde belli bir miktar hareket ettirir ve aynı zamanda ters çevrilerek boşalır. 9

10 Yağış Ölçüm Ağı Yağış gözlem istasyonlarının sıklığı, Yağışın konumda dağılımındaki değişmeler, Verilerin kullanılma yerleri En önemlisi ekonomik duruma göre değişir. Geniş ve düz bir alanda yıllık ortalama bulmak ya da genel geniş sağanak çalışmaları için seyrek bir ölçü ağı yeterli olabilir. Diğer taraftan topografyanın çok değiştiği alanlarda veya tek bir sağanağın yağışının incelenmesinde ağın çok sık olması gerekir. Genel olarak bakıldığında, çok sık ölçüm ağı hatayı azaltır ancak gözlem masraflarını arttırır. 10

11 Yağış Verisi Standart yağış ölçümü Ana akarsu kolu Havza sınırı

12 Ölçüm Hataları lüvyometre ve plüvyograflarla yağışın ölçülmesinde çeşitli hatalar meydana gelebilir. Okunan değerler genellikle gerçek değerlerden küçük seviyede kalmaktadır. Hataların en önemlisi rüzgar etkisinden kaynaklanmaktadır. Ölçeğin yerden yüksekliği arttıkça rüzgarın hızı da artar ve ölçeğe girebilen yağış yüzdesi azalır. 12

13 Ölçüm Hataları Ölçüm hataları genel olarak; Kap içine veya dışına su sıçramaları Buharlaşma kayıpları Yağış başlangıcında kap yüzeyinin ıslatılmasında olan kayıplar Alet girişinin seviye ayarlamasındaki hatalar Rüzgarın giriş hunisi etrafında meydana getirdiği türbülansın etkileri Ölçeğin etrafındaki engeller: Yağış ölçeğinin etrafındaki ağaç, bina gibi engeller 13

14 Ölçüm Hataları Bu hatalar, rastgele hatalar ya da örnekleme hataları ve sistematik hatalar olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Rastgele Hatalar (Örnekleme hataları), gözlemde yanlış okuma, yazma, basma veya rakamların yuvarlanmasından kaynaklanmaktadır. Bu hatalar bazen pozitif bazen de negatif olduklarından düzeltilme ihtiyacı yoktur. Zamansal ve yersel olarak birbirlerini götürdükleri kabul edilir. 14

15 Ölçüm Hataları Sistematik Hatalar; istasyon yerinin değişmesi, toplayıcı huninin yanlış yerleştirilmesi veya bir tarafa kaydırılması, aletin bir kısmının değişmesi ve çevrede değişiklik olması gibi sebeplerden kaynaklanmaktadır. Bu tip hatalar birbirlerini götürmez ve gözlenen değerler gerçek değerlerden ya daima az ya da daha çoktur. Bu nedenle tek yönlü olan bu tip hataların düzeltilmesi gerekir. 15

16 Yağış Kayıtlarının Analizi Yağış Ölçerden elde edilen yağış kayıtları hidrolojik çalışmalarda kullanılmak amacıyla çeşitli şekillerde değerlendirilmektedir. Yağış süresi (t): Bir yağışın başlama anı ile sona erişi arasında geçen süredir. Toplam yağış eğrisi: Yağış kayıtları düzenlenerek, toplam yağış () ordinatta, zaman (t) apsiste olmak üzere toplam yağışın zamanla değişimini veren grafiğe "toplam yağış eğrisi" denir. Yağışın zaman içerisindeki değişimini, artışını, azalmasını durmasını gösteren diyagramdır. Toplam yağış eğrisi daima artan bir eğri şeklinde olup, yağışın olmadığı zamanlarda yatay bir konuma geçmektedir. 16

17 Yağış Kayıtlarının Analizi Herhangi bir zaman anında toplam yağış eğrisinin eğimi yağış yoğunluğunu (yağış şiddeti) vermektedir. Yağış şiddeti (i): Birim zamanda düşen yağış yüksekliğine "yağış şiddeti" denir. Birimi [mm/saat], [cm/saat]. Hafif yağışlarda 1 mm/saat, şiddetli yağışlarda 10-20mm/saat olabilir. i = d / dt Δ / Δt Hiyetograf: Yağış şiddetinin zamanla değişimini gösteren grafiğe "hiyetograf" denir. Yağış şiddeti (i, mm/saat veya mm/dk) ordinatta, zaman (t, saat veya dk) apsiste gösterilir. 17

18 Yağış Kayıtlarının Analizi Hiyetografta zaman aralığı incelenen bölgenin büyüklüğüne göre değişmekte olup genellikle 1-6 saat arasında kalmaktadır. Şiddeti 2.5 mm/saat ten küçük yağışlar hafif şiddetli, mm/saat arasında olanlar orta şiddetli ve 7.5 mm/saat ten büyük olanlar ise şiddetli yağış olarak sınıflandırılmaktadır. Yağışın süresi büyüdükçe yağış süresi boyunca hesaplanan ortalama yağış şiddeti genellikle azalır. 18

19 Yağış Kayıtlarının Analizi Bir mevsim yada yıldaki yağış süresi çeşitli yağış fırtınalarından oluşmaktadır. Bir yağış karakteristiği: şiddeti (mm/saat), süresi (dakika, saat, gün), frekansı (5, 10, 20, 40, 60 veya 100 yıl) alansal dağılım şeklinde ifade edilebilir. 19

20 Yağış Kayıtlarının Analizi 20

21 21

22 Örnek Tabloda verilen yağış verilerini kullanarak; (a) Toplam yağış eğrisini çıkarınız (b) Hiyetografı çıkarınız (c) Maksimum yağış şiddetini belirleyiniz 22

23 23

24 Eksik Verilerin Tamamlanması Bir yağış gözlem istasyonunda kısa süreli veri eksiklikleri bulunabilmektedir. Bu eksik verilerin kullanılmadan önce bu istasyonun çevresindeki en yakın ve düzgün dağılımlı istasyonların verileri kullanılarak tamamlanmalıdır. Bunun için üç farklı yöntem önerilmektedir: Normal Oran Yöntemi Aritmetik Ortalama Yöntemi Ağırlıklı Ortalama Yöntemi 24

25 25 Eksik Verilerin Tamamlanması Normal Oran Yöntemi Bir yağış gözlem istasyonunda eksik kısmı tamamlamak için yakında bulunan yağış gözlem istasyonlarından faydalanılabilir. ) * * *.( 3 1 C C X B B X A A X X N N N N N N En yakın üç yağış gözlem istasyonundaki yıllık ortalama yağışlar C B A N N N,, Eksik olan yağışa karşı gelen okumalar C B A,, X N X yıllık ortalama yağışı olan istasyonda bilinmeyen yağış yüksekliği şu şekilde hesaplanır.

26 Eksik Verilerin Tamamlanması Aritmetik Ortalama Yöntemi Bu yöntemde eksik verisi olan istasyona komşu üç istasyon göz önüne alınır. N, A, NB NC N X Bu yöntem, değerlerinin den farkları % 10 dan az olması durumunda kullanılabilir. X A 3 B N X N X N X 0.9,, 1.1 N N N C A B C N, N, A A B B,, C N C En yakın üç yağış gözlem istasyonundaki yıllık ortalama yağışlar Eksik olan yağışa karşı gelen okumalar 26

27 27 Eksik Verilerin Tamamlanması Ağırlıklı Ortalama Yöntemi Eksik verisi bulunan istasyon merkeze yerleştirilerek çizilen kartezyen koordinat eksenleri istasyon etrafında dört bölge meydana getirir. Eksik verilerin tamamlanmasında kullanılabilecek diğer bir formül şu şekilde verilebilir. ) 1/ /( ) / ( i İ i İ İ X D D : kayıtları eksik olan istasyona göre en yakın 4 istasyondaki okumaları ve bu istasyonların eksik verisi olan istasyona olan uzaklıklarını göstermektedir. İ İ ve D d d d d d d d d x

28 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması Bir gözlem istasyonundan alınan yağış gözlem kayıtları noktasal yağış olarak tanımlanabilir. 50 km 2 den küçük havzalarda noktasal yağış ortalama havza yağışı olarak dikkate alınabilir. Büyük havzalarda yağışın üniform olarak değişim göstermediği için havzaya ait ortalama yağış değerini bulmak için çeşitli yöntemler önerilmiştir. 29

29 Yağış Verisi Standart yağış ölçümü Ana akarsu kolu Havza sınırı

30 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması 1. Aritmetik Ortalama Metodu: Bir bölgedeki ortalama yağış yüksekliği aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanabilir. Bu yöntem özellikle küçük havzalarda ve yağışın üniform olarak dağıldığı bölgelerde uygulanan basit bir yöntemdir. ort = σ i=1 n n i ort: Ortalama yağış yüksekliği n: Yağış gözlem istasyon sayısı i: i istasyonundaki yağış yüksekliği 31

31 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması 2. Thiessen oligon Yöntemi: Bu yöntem her bir istasyon için ağırlık katsayılarını kullanarak üniform dağılmayan yağışlarda uygulanabilmektedir. Bu yöntemde, bölge her bir ölçeğin çevresinde o şekilde parçalara bölünür ki her nokta en yakın olduğu ölçeğe ait parçanın içinde kalsın. Bunu yapmak için de, birbirine yakın ölçekler doğru parçalarıyla birleştirilip orta dikmeler çizilir ve her bir ölçeğin çevresinde bu dikmelerin meydana getirdiği çokgenin o ölçekteki yağışla temsil edildiği kabul edilir. 32

32 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması 2. Thiessen oligon Yöntemi: Thissen çokgeni çizilirken, bölgenin dışında kalan, fakat meteorolojik olarak bölge ile homojen karakterde olduğu kabul edilebilen ölçekler de göz önüne alınır. ort. N i1 A i A i 33

33 Thiessen oligon Oluşturma

34 Thiessen poligonlar.

35 Thiessen poligonlar. 7 6 A 7 2 A 6 A 2 A 1 A 8 1 A A 3 A 4 3 4

36 m m m A A A A A A M i i i total i M i i A A A A 1 1 : istasyon için ağırlık faktörü A A i Thiessen poligonlar.

37 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması 2. Thiessen oligon Yöntemi: Bu yöntemle elde edilen sonuçlar basit ortalama yöntemi ile elde edilen sonuçlara göre daha doğru ve hassastır. Düzenli poligonların elde edilebilmesi için havzada ölçüm istasyonlarının uygun bir şekilde yerleştirilmiş olması gerekmektedir. Bu yöntem km2 arasındaki bölgelerde kullanılabilir. 38

38 Örnek Alanı 121 km 2 olan kare şeklinde havzanın merkezinde (A) ve kenar ortalarında (B, C, D ve E) kaydedilen yağış yükseklikleri aşağıda verilmiştir. Ortalama yağış yüksekliğini Thiessen Yöntemi ile bulunuz. A, B, C, D ve E yağış istasyonlarıdır. Şekil üzerine gerekli çizimleri yapınız. A : 27.6 mm, B : 23 mm, C :17.25 mm, D : 34.5 mm ve E : mm C D A B E

39 Örnek Alanı 121 km 2 olan kare şeklinde havzanın merkezinde (A) ve kenar ortalarında (B, C, D ve E) kaydedilen yağış yükseklikleri aşağıda verilmiştir. Ortalama yağış yüksekliğini Thiessen Yöntemi ile bulunuz. A, B, C, D ve E yağış istasyonlarıdır. Şekil üzerine gerekli çizimleri yapınız. A : 27.6 mm, B : 23 mm, C :17.25 mm, D : 34.5 mm ve E : mm

40 Örnek Alanı 121 km 2 olan kare şeklinde havzanın merkezinde (A) ve kenar ortalarında (B, C, D ve E) kaydedilen yağış yükseklikleri aşağıda verilmiştir. Ortalama yağış yüksekliğini Thiessen Yöntemi ile bulunuz. A, B, C, D ve E yağış istasyonlarıdır. Şekil üzerine gerekli çizimleri yapınız. A : 27.6 mm, B : 23 mm, C :17.25 mm, D : 34.5 mm ve E : mm

41 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması 3. İzohiyet Metodu: Bu yöntemde yağış yükseklikleri harita üzerinde yerleştirilir ve aynı değere sahip noktalar birleştirilerek izohiyet (eş yağış) çizgileri elde edilir. İki izohiyet eğrisi arasındaki alanda yağış yüksekliğinin izohiyetlerin değerlerinin ortalamasına eşit olduğu kabul edilerek ağırlıklı bir ortalama ile ortalama yağış yüksekliği bulunur. ort. i i 1 A / 2. A i 42

42 İzohiyet Metodu: F B 7.0 C A a 2 a 1 a 5 D a 4 a 3 E

43 A a a a n n n Bu yöntem, istasyon sayısının çok olduğu yerlerde diğer yöntemlere göre daha avantajlıdır. NOT İzohiyet Metodu:

44 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması Aritmetik Ortalama Yöntemi: Örnek İstasyon Gözlenmiş Yağış Yüksekliği (mm) Toplam 140 Ortalama Yağış=140/4=35 mm 45

45 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması Thiessen oligon Yöntemi: Örnek A5 A1 A2 A4 A3 Ortalama Yağış=284.6/9.14=31.1 mm 46

46 Bölgesel Ortalama Yağış Yüksekliğinin Bulunması İzohiyet Yöntemi: Örnek Ortalama Yağış= /9.14=27.9 mm 47