Hidroloji. Dr. Ayfer ÖZDEMİR

Transkript

1 Hidroloji Dr. Ayfer ÖZDEMİR

2 Ders Hakkında Genel Bilgi Ben Kimim? Temel Kurallar Neden Buradayız? Ders İçeriği Sınavlar ve notlandırma Giriş: Hidroloji Nedir?

3 TEMEL KURALLAR Ders kitaplarını okumak Kaynaklar 1. Chow, V.T., D.R. Maidment und L.W. Mays (1988) Applied Hydrology, New York u.a., McGraw-Hill. 2. Bayazıt M. (2003). Hidroloji, Birsen Yayınevi. ISBN: Dingman, S.L., (1994) Physical Hydrology, 2nd ed., Upper Saddle River, N.J., Prentice Hall 4. Mc. Cuen, R.H., 1998, Hydrologic Analysis and Design, Prentice Hall, Second Ed. USA. 5. Ralph A. Wurbs, Wesley P. James, Wesley James, Water Resources Engineering, Prentice Hall, Derse katılım - Dersi dinleme ve soru sorma - Ödevleri yapmak - Sınavlar, ekstra ödevler

4 TEMEL KURALLAR Tüm öğrenciler tarafından zorunluluklar: Ders sırasında, Lütfen : Cep telefonlarınız kapatmayı ya da sesini kapatmayı unutmayın Ders dokümanı dışında birşeyler okumayın Konuşmayın Uyumayın

5 TEMEL KURALLAR Tüm öğrenciler tarafından zorunluluklar: Ders sırasında, Lütfen : Anlamadığınız herşeyi SORUN Tartışmalara katılın Derste yapılan çalışmalara katılın

6 NEDEN BURADAYIZ? İnşaat Mühendislerinin hidroloji bilgisine sahip olması ihtiyacı Mezun olmak Sadece Merak Muhtemelen hiçbir fikriniz yok

7 Ben Kimim? Jeoloji Mühendisi (2003) Araştırma Görevlisi Research assistant ( ) Jeoloji Mühendisi( ) DSI Jeoloji Mühendisi (2012- )Orman ve Su İşleri Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü Modelleme Şube Müdürü Çalışma Alanları Jeoloji Petrol rezervuar jeolojisi CBS ve Uzaktan Algılama Yeraltısuyu Hidroloji Su Kaynakları Modellemesi

8 SINAVLAR&NOTLANDIRMA Sınavlar: 2 vize, 1 final Vize sınavlarından önce konular belirtilecek Final sınavı bütün konuları kapsayacak

9 SINAVLAR&NOTLANDIRMA TELAFİ SINAVI Sağlık raporu haricinde YOK!!! DÖNEM SONU ÖDEVİ Opsiyonel Henüz karar vermedim!!!

10 AMAÇLAR Ders kataloğu tanımı: Bu dersi ile İnşaat Mühendisliği formasyonu alacak öğrencilere, mühendislik hidrolojisinin temel özellikleri, hidrolojik süreçlerle beraber sanayi, tarım ve evsel amaçlarla tekrar kullanım için su toplayan ya da dağıtan su temin sistemlerinin temel kavramlarını öğretmek amaçlanmaktadır

11 KONULAR Hidrolojik çevrim: Küresel su kaynakları, su dengesi, hidrolojik süreçlerin mekansal ve zamansal boyutu Yağış: Yağış mekanizmaları yağmur ölçümü, yağış mekansal / zamansal dağılımı, yağış rejimleri, noktasal yağış / alansal yağış Buharlaşma ve evapotranspirasyon süreçleri, ölçme ve değerlendirmesi Sızma: Ölçme, Horton denklemi, deneysel ve kavramsal yöntemleri, F-index ve yüzde yöntemi, SCS-CN yöntemi. Havza özellikleri: havza alanının morfolojisi, topografik ve yeraltı su havzası Yüzeysel ve yakın yüzey drenajı: Yüzeysel akış, doymuş yüzey akışı, akıntı ölçümü, hidrolojik rejim, hidrograf ve analizi, taban akışının ayrılması, doğrudan akış, kar erimesi, anahtar eğrisi, akış rejimi Madde deşarjı ve taşınımı: su toprak erozyonu, toprak erozyonu, sediment taşınımı hesaplanması Yağış-akış modelleri (N-A) Taşkın tahmini: Ampirik formüller, taşkın frekans analizi, bölgeselleşme teknikleri

12 AMAÇLAR Mühendislik hidrolojisinin temel özelliklerini bilir, Su temini ve tahsisinin genel ilkeleri hakkında bilgi sahibi olur, Kütle, momentum ve enerji korunumu ilkelerini akış problemlerine uygular, Hidrolik yapıların boyutlandırılması ve su kaynaklarının yönetimi için hidrolojik değişkenleri tahmin yöntemlerini uygular.

13 HİDROLOJİ NEDİR? Hidroloji, yerkürede ve çevresinde suyun çevrimi, dağılımı, fiziksel ve kimyasal özelliklerini (su kalitesi), çevre ve canılar ile karşılıklı ilişkilerini (ekoloji) inceleyen uygulamalı bir bilimdir.

14 Hidrolojinin Alt Konuları Oşinografi (Deniz bilimi) Limnoloji (İç su bilimi) Potamoloji (Akarsu bilimi) Hidroloji ile Kesişen Bilimlere Jeoloji Örnekler Atmosfer ve iklim bilimleri Ekoloji

15 Hidrolojide Kullanılan Yöntemler Ölçme Veri işleme Matematik modelin kurulması Olasılık hesabı

16 Hidrolojiyi Kullanan Mesleklere Örnekler Çevre Mühendisliği İnşaat Mühendisliği Su Kaynakları Mühendisliği Ziraat Mühendisliği Çevre Bilimleri / Ekoloji Meteoroloji Jeoloji / Jeofizik

17 Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri Kendine özgü Belirsizlik Sosyoekonomik bakış açısı Tahmine dayalı Geri dönüş mümkün değil Ekonomik ölçek

18 Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri Kendine özgü: Her su kaynağı projesinin, amacına ve yerel koşullara bağlı olarak farklı bir karakteri vardır. Belirsizlik: Su döngüsü birçok doğal olaya bağlı olduğu için, su kaynakları projelerinde her zaman belirsizlik vardır. Sosyoekonomi: Su kaynakları projelerinin, bölgesel ölçekte önemli ölçüde sosyal ve ekonomik etkileri vardır.

19 Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri Tahmine dayalı : Su kaynakları sistemleri, gelecekteki su ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla tasarlanmaktadır. Bu durumda gelecekteki hidrolojik koşulların değişebileceği de dikkate alınmalıdır. Geri dönüşü mümkün değil : Su kaynakları projeleri, büyük yapıları içeren (barajlar, kanallar, vb) büyük projelerdir. Böyle bir yapı inşa edildiğinde bir bina yıkımı gibi kolay ve doğrudan kaldırılmaz. Ekonomik ölçek : Proje büyüdükçe birim kapasitenin maliyeti azalmaktadır.

20 Su çevrimi nedir? Su çevrimi, yeryüzünde, yeraltında ve atmosferde suyun varlığını ve hareketlerini açıklar. Dünyadaki su sürekli hareket halindedir ve faz değiştirmektedir buz su su buhar buhar su su buz Su çevrimi milyonlarca yıldır devam etmekte olup gezegenimizde hayatın varlığı buna dayanır.

21 Suların sınıflandırılması 1. Atmosferdeki su (nem) 2. Yüzeysel su 3. Yeraltı suyu

22 Su çevriminin bileşenleri 1. Okyanuslarda su depolanması 2. Buharlaşma 3. Atmosferdeki su 4. Yoğunlaşma 5. Yağış 6. Buz ve kar içinde su depolanması 7. Kar erimesiyle akarsulara akış 8. Yüzeysel akış 9. Akarsu akışı 10. Tatlı suyun depolanması 11. Sızma 12. Yeraltı suyu beslenmesi 13. Kaynaklar (su pınarları) 14. Bitki yapraklarından terleme 15. Yeraltı suyu depolanması

23 Su Çevrimi

24 Suyun yerküredeki dağılımı

25 Dünyadaki suyun dağılımı

26 Türkiye nin su kaynakları Türkiye de dağlarda bulunan küçük göllerle birlikte 120 den fazla tabii göl bulunmaktadır. Türkiye de göllerin toplandığı başlıca dört bölge vardır: Göller Yöresi (Eğirdir, Burdur, Beyşehir ve Acıgöl), Güney Marmara (Sapanca, İznik,Ulubat,KuşGölleri),Van Gölü ve çevresi, Tuz Gölü ve çevresi. Doğal göller dışında Türkiye de 628 kadar baraj gölü bulunmaktadır. Türkiye göllerinin yanı sıra akarsuları açısından da zengin bir ülkedir.

27 Türkiye nin su kaynakları

28 Türkiye nin su kaynakları

29 HAVZA KAVRAMI

30 Yağış HAVZA Havza sınırı Havza alanı Akarsu ağı Akış Havza çıkışı Havzadan çıkış akımı

31 Havza ve Alt Havza Havza sınırı Alt havza çıkışı Havza çıkışı Alt havza sınırı

32 Her Su Kaynağının Bir havzası Vardır

33

34

35 Suyun Dağılımı

36 Suyun Dağılımı Fiziksel su kıtlığı: Akarsuların % 75 inden fazlası tarım, sanayi ve evsel tüketim (yeniden kullanılan su dahil olmak üzere) için ayrılmış. Bu tanım kullanımla ilgili olup örneğin Moritanya gibi kuru ancak su tüketiminin de az olduğu alanlar fiziksel su sıkıntısında olan bölge olarak tanımlanmamaktadırlar. Fiziksel su kıtlığına gidiş: Akarsu akımlarının %60 ından fazlası insan tüketimine ayrılmış. Bu havzalarda yakında fiziksel su kıtlığı baş gösterebilir. Ekonomik su kıtlığı: Su kaynaklarının yalnızca %25 inden azı kullanılıyor ancak su kaynakları geliştirilmemiş ve insanlar suya ulaşamıyorlar. Birçok bölgenin mavi ve yeşil su temini için su kaynaklarının geliştirilmesine ihtiyacı var ama yeterli finansal kaynak bulunamıyor. Düşük su kıtlığı ya da su kıtlığı olmaması durumu: Su kaynaklarının %25 inden azı kullanılıyor ve suyun ihtiyaç duyanlara ulaştırılması ile ilgili sorun yok.

37 SU KAYNAKLARI YÖNETİMİNİN ANA BİLEŞENLERİ Su tüketimi Su kontrolü Su kalitesi SU KAYNAKLARI YÖNETİMİNDEKİ TEMEL SORULAR Ne kadar su gerekiyor? Ne kadar su var? Tüketiciler kimler?

38 Ne Kadar Suyumuz Var? Kıtalar üzerindeki yağış ( km 3 /yıl), buharlaşmadan (70000 km 3 /yıl) daha çoktur. Su fazlası km 3 /yıl km 3 /yıl = km 3 /yıl okyanuslar akış olarak ulaşmaktadır ve gezegenimizin su potansiyeli olarak tanımlanmaktadır.

39 Ne Kadar Suyumuz Var? Ancak suyun 2/3 ü buz olarak depolandığı için, brüt potansiyelin tümü yerine km 3 /yıl x (1-2/3) = km 3 /yıl kısmı sıvıdır ve kullanıma uygundur. Ayrıca, sıvı olarak bulunan suyun bir kısmının yerleşimlere uzak olması veya yeraltında çok derinde olması nedeniyle kullanımı mümkün olmamaktadır. Kullanılamayan su da dikkate alındığında, kullanılabilir su potansiyeli 9000 km 3 /yıl civarındadır.

40 SUYUN FAYDALI KULLANIMI Tüketiciler kim?

41 Suyun Faydalı Kullanımları Halkın (evsel) su kullanımı Sanayinin su kullanımı Tarım ve hayvancılık Hidroelektrik enerji Taşımacılık

42 Evsel Su Tüketimi İçme suyu ve hijyen gereksinimlerini içermektedir. Nüfusa ve yaşam standardına bağlıdır. Okullar, hastaneler ve parklar gibi kamu yapı ve alanlarının su gereksinimlerini içermektedir. Diğer su gereksinimleri - park, bahçe sulama - caddelerin yıkanması - yüzme havuzları - yangın söndürme

43 Evsel Su Tüketimi km 2 için milyon metreküp su tüketimi Kaynak Water Systems Analysis Group, University of New Hampshire (

44 Sanayinin Su Tüketimi İstisnai durumlar dışında, herhangi bir sanayi ürünü için, üretim sürecinin herhangi bir adımında su kullanılmaktadır. Sanayinin su tüketimi; üretim, işleme, seyreltme, soğutma, yıkama veya taşıma sırasındaki su tüketimlerini ya da üretimi yapan tesisteki hijyen için gerekli suyu içermektedir. Sanayinin su tüketimi çok değişkendir. Ortalama olarak evsel su tüketiminin iki katıdır. Ürüne ve üretim süreçlerine bağlıdır.

45 Sanayinin Su Tüketimi km 2 için milyon metreküp su tüketimi Kaynak Water Systems Analysis Group, University of New Hampshire (

46

47 Sulama Suyun yapay olarak araziye uygulanması ile ilgilenen bilim dalıdır. Yağışın uygun olmadığı zamanlarda aşağıdaki amaçlarla uygulanmaktadır: - tarım ürünlerinin yetiştirilebilmesi - peyzajın sürdürülebilmesi - kurak bölgelerde bozulmuş zeminlerin düzeltilebilmesi Bunların dışında - bitkilerin don olayına karşı korunması - zeminin uygun hale getirilmesi - tozun azaltılması amaçlarıyla da uygulanmaktadır. Sulama çalışmaları, drenaj (suyun doğal veya yapay olarak herhangi bir alandan uzaklaşması ya da uzaklaştırılması) ile birlikte ele alınır.

48 Sulama Suyu Tüketimi km 2 için milyon metreküp su tüketimi Kaynak Water Systems Analysis Group, University of New Hampshire (

49 Sulama Türleri Yüzeysel Noktasal Püskürtmeli Zemin altından Kovalarla Otomatik, insan gücü ile Nemli havadan yoğunlaştırarak

50 Yüzeysel Sulama Su arazi üzerinden yerçekimi ile hareket ederek taradığı alanı ıslatarak toprağa sızar.

51 Noktasal Sulama Su, borular ile oluşturulan bir ağın içinden düşük basınçla akıtılarak daha önceden belirlenmiş bir örüntüdeki bitkilere tek tek ulaştırılır.

52 Püskürtmeli Sulama Su, arazideki bir ya da daha çok merkeze yüksek basınçla ulaştırılır ve buralardan püskürtülerek araziye dağıtılır.

53 Zemin Altından Sulama Yeraltı suyu seviyesi yapay olarak yükseltilerek bitkilerin kök bölgesindeki zemin neminin artması sağlanır.. Kovalarla Sulama Bu yöntemin düşük alt yapı ve ekipman gereksinimleri olmasına karşın yüksek çalışma gereksinimleri vardır. Kırsal Afrika gibi bölgelerde uygulanmaktadır. Nemli Havadan Yoğunlaştırma Kırsal bölgelerde, gece ve gündüz sıcaklık farklarının yüksek olduğu durumlarda, nemli hava soğuk yüzeylere doğru yönlendirilerek içindeki suyun yoğunlaşması sağlanır.

54 Hidroelektrik Enerji Yüksekten düşen ya da akan suyun enerjisinin elektrik enerjisine çevrilmesidir. Yenilenebilir enerjinin en yoğun kullanılan türüdür. Hidroelektrik santraller inşa edildikten sonra, doğrudan bir kirlenmeye yol açmadıkları ve eğer doğru işletilirlerse aynı kurulu güce sahip olan ve fosil yakıtla çalıştırılan bir termik santralden daha az sera gazı emisyonuna neden oldukları için nispeted temiz olarak nitelendirilmektedirler. Ancak hidroelektrik santraller ve barajlar/baraj gölleri gibi bileşenleri akarsu ekosistemlerini çok önemli ölçüde değiştirebilmektedirler.

55 Hidroelektrik Enerji

56 Nehir Taşımacılığı Büyük nehirler, memba taraflarına doğru yüzlerce kilometre taşımacılık yapılmasını mümkün kılan otoyollar gbidirler.

57

58

59 Bir Kişi Ortalamada Ne Kadar Su Tüketir? Dünyamızın sosyoekonomik sisteminde ortalama olarak Evsel su tüketimi 58,5 m 3 /yıl Sanayi su tüketimi 130 m 3 /yıl Tarımsal su tüketimi 461,5 m 3 /yıl Toplam su tüketimi 650 m 3 /yıl Bu miktara göre düşünüldüğünde aşağı yukarı 14 milyar kişiye yetecek suyumuz var. Ancak Su kalitesi? Suyun konumsal dağılımı? Gezegendeki tek suya ihtiyacı olanlar biz miyiz?

60 Yağış milimetre/yıl Kaynak Water Systems Analysis Group, University of New Hampshire (

61 İklimsel Nemlilik Endeksi Kaynak Water Systems Analysis Group, University of New Hampshire (

62 Düşündüğümüzden daha çok su tüketiyor olabilir miyiz? Sanal su Sanal su (gömülü su ya da gizli su olarak da bilinmektedir) ticari anlamda bir ürün ya da hizmet için tüketilmiş olan sudur. Örneğin 1 kg buğdayın üretilmesi için 1000 litre su gerekmekte ancak 1 kg dana eti için bunun 15 katı tüketilmektedir. Tükettiğimiz suyun çoğu, yiyeceklerimizin içinde saklıdır.

63 Yiyecekler İçin Su Tüketimleri 1 kg buğday için 1000 L 1 kg yumurta için 3300 L 1 kg pirinç için 3400 L 1 kg dana eti için L Evde Kullanılan Ürünler İçin Su Tüketimleri Bir kot pantolon (1000g) için L Bir pamuklu gömlek (orta boy) için 4100 L Tek kullanımlık mendil paketi (75g) costs 810 L of water Bir yatak örtüsü (900g) için 9750 L

64 HAVZA EKOLOJİSİNE GİRİŞ Tek tüketiciler bizler miyiz?

65 Havza Ekolojisi Havza ekolojisi; havzaların insanı ve insanla birlikte yaşayan doğal kominiteleri etkileyen yapısal ve işlevsel karakterlerini öğrettiği için, havza yöneticileri için temel bilgidir. (USEPA).

66 Havzaların Yapısı Üst kotlardaki dranaj alanları Kenar/vadi eğimleri Vadi tabanı Toprak ve mineraller Su kütleleri Bitki ve hayvanlar

67 Havzaların İşlevleri Taşıma ve depolama Döngüler ve dönüşümler Ekolojik başarım ve gelişme

68 Taşıma ve Depolama Havzalar bir ana su kaynağına drene olan alanlar oldukları için, ana işlevlerinden birisi suyu arazide geçici olarak depolayıp ana su kaynaklarına ve oradan da havza çıkışlarına doğru taşımaktır. Havzalar ve havzaların içindeki su ekosistemleri, suyun dışında çökelebilen katı maddeleri (sediment), diğer maddeleri (örneğin besin elementleri ve kirleticiler), enerji ve bir çok organizmayı taşımaktadırlar. Taşınma süreçleri ile birlikte havza içindeki değişik konumlardaki geciktirme/depolama süreçleri de dikkate alınmalıdır.

69 Çevrimler ve Dönüşümler Maddeler havza içinde taşınırken değişik dönüşümlere uğramaktadırlar.

70 Ekolojik Başarım/Gelişme Bu süreç, havza içindeki enerjinin suyun ve maddelerin önemli miktardaki kısımlarının cansız ortamdan canlı ortama geçmesini sağlamaktadır.

71 Kaynak: USEPA

72 Doğal Akarsu Rejimlerinin Ekolojik Önemi Su ve su kenarındaki ekosistemlerdeki her tür belli akım koşullarına bağımlıdır ya da belli akım koşullarına direnç gösterebilir. Yıl içindeki akım rejimi değişimleri, bu organizmalar için önemli ve faydalıdır. Su kaynakları sistemleri, bazı durumlarda akım koşullarının önemli ölçüde değişmesine ve havza işlevlerinin kötü etkilenmesine neden olabilmektedirler.

73 Doğal Akarsu Rejimlerinin Ekolojik Önemi Değişik insan faaliyetlerinin (tarım, ormancılık, şehirleşme, otlatma) ilgili arazilerden geçen akarsuların doğal akım rejimlerini ne kadar etkilediği çok iyi tanımlanamamıştır. Hidrolojik sistemler, zemin sızması ve buharlaşmaterleme hızlarına çok duyarlı davranmaktadırlar. Bu durum, yoğun arazi kullanımı nedeniyle sel ve düşük debili akım koşullarındaki debilerin mertebelerinin değişmesini açıklamaktadır.

74 Su Ekosistemlerinin Aşırı Kullanıma Karşı Suyun azalması Tepkileri Özümleme kapasitesinin düşmesi Habitat kaybı Akım rejiminin değişmesi Su kalitesinin bozulması Su kaynaklarının faydalı kullanım amaçlarının azalması

75 SU KAYNAKLARI SİSTEMLERİ

76 Bir (Su Kaynağı) sisteminin şematik görüntüsü giriş Giriş Su kalitesi Su kaynağı sistemi (su kütlesi, havza, vb) çıkış Çıkış Su kalitesi kontrollü uygun kontrolsüz kısmen kontrollü sistem uygun olmayan nötr geri besleme

77 Su Kaynakları Sistemlerinin Yapısal Bileşenleri Barajlar ve Baraj Gölleri Sulama kanalları İletim (ishale) hatları Su arıtma tesisleri Su depoları Su şebekeleri Atık su toplama (kanalizasyon) sistemleri Yağmur suyu drenaj sistemleri Atıksu arıtma ve deşarj sistemleri