SORU 6: Su yapılarının tasarımında katı madde hareketinin (aşınma, oyulma, yığılma vb. olayları) incelenmesi neden önemlidir, açıklayınız (4 puan).

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "SORU 6: Su yapılarının tasarımında katı madde hareketinin (aşınma, oyulma, yığılma vb. olayları) incelenmesi neden önemlidir, açıklayınız (4 puan)."

Ilkin Özal
8 yıl önce
İzleme sayısı:

KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 014-015 GÜZ YARIYILI SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ I ARASINAV SORULARI Tarih: 16 Kasım 014 SORULAR VE CEVAPLAR Adı Soyadı: No:

1 KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GÜZ YARIYILI SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ I ARASINAV SORULARI Tarih: 16 Kasım 014 SORULAR VE CEVAPLAR Adı Soyadı: No: İmza: SORU 1: Aşağıdaki soruları cevaplayınız; a-) Su kaynaklarını geliştirmenin ana amaçları nelerdir? b-) Su kaynaklarını geliştirme projesi kapsamında yapılan 5 kademeli çalışmayı sırasıyla yazarak kısaca anlatınız (8 puan). SORU : Yıllık ortalama debisi 00 m 3 /s olan bir akarsudan 100 m 3 /s içme suyu, 50 m 3 /s sulama suyu alınacaktır. Ayrıca elektrik üretimi için 30 m 3 /s, taşımacılık için 0 m 3 /s lik debiye ihtiyaç vardır. Ortalama debinin %8'i mansaptaki kullanıcılar için su hakkı olarak bırakılacaktır. İçme ve sulama suyu elektrik üretiminden önce akarsudan alındığına göre toplam su ihtiyacını bulunuz. Yukarıda verilen ihtiyaçların karşılanması için biriktirme tesisi (baraj haznesi veya rezervuar) yapımına gerek olup olmadığını belirleyiniz (8 puan). SORU 3: Bugünkü nüfusu 160 bin ve yıllık nüfus artış hızı % olan bir yerleşme merkezinin içme ve kullanma suyu ihtiyacı ile alanı 0 bin hektar olan bir arazinin sulama suyu ihtiyacını karşılamak için su getirme projesi geliştirilecektir. Proje ömrü 30 yıl olarak belirlenmiştir. İletim ve dağıtım kayıpları ihmal edilerek kişi başına içme ve kullanma suyu ihtiyacı 400 lt/gün alınacaktır. Sulama yapılacak bölgede yalnızca haziran, temmuz ve ağustos aylarında sulama suyuna ihtiyaç vardır. Sulama suyu ihtiyacı ortalama q = 1.15 lt/s/ha olarak alınacaktır. Buna göre bu yerleşim yerinin yıllık içme ve kullanma suyu ile sulama suyu ihtiyaçlarını ayrı ayrı hesaplayınız. Ayrıca, yıllık toplam ihtiyacı belirleyiniz (11 puan). F=P(1+i) N, F=gelecekteki nüfus, P=şimdiki nüfus, i=yıllık nüfus artış oranı, N=proje ömrü. Not: İçme ve kullanma suyu ihtiyacı 30 yıllık proje ömrü göz önüne alınarak belirlenecektir. Yıl içerindeki gün sayısı 365 olarak alınacaktır. Sulama mevsiminde haziran ayı 30 gün, temmuz ve ağustos ayları 31 gün olarak alınacaktır. SORU 4: Aşağıdaki soruları kısaca cevaplayınız; a-) Akarsu ağı nedir?, b-) Akarsu yatağı ne demektir?, c-) Akarsu havzası (drenaj havzası veya su toplama havzası) ne demektir? (6 puan). SORU 5: Birbirine dik üç eksendeki boyutları sıra ile 0.36, 0.3 ve 0.3 mm olan kum danesinin biçim faktörünü (veya şekil faktörü) hesaplayınız. Bu danenin elek çapı 0.3 mm olduğuna göre 0 o C sıcaklıktaki su içinde çökelme hızını grafik yardımıyla bulunuz (8 puan). SORU 6: Su yapılarının tasarımında katı madde hareketinin (aşınma, oyulma, yığılma vb. olayları) incelenmesi neden önemlidir, açıklayınız (4 puan). 1

b-) Su kaynaklarını geliştirme projesi kapsamında yapılan 5 kademeli çalışmayı sırasıyla yazarak kısaca anlatınız (8 puan).

2 SORU 7: Taban genişliği B=5 m, şev eğimi 1:1 ve taban eğimi J= olan trapez en kesitli kanalın taban malzemesinin ortalama dane çapı 0.5 mm dir. Buna göre; a-) Verilen dane çapı için kritik kayma hızını ve kritik kayma gerilmesini hesaplayınız (8 puan), b-) Kanaldan Q=5 m 3 /s debi ile su akımı geçmesi durumda kanal tabanındaki kayma gerilmesini hesaplayınız ve katı madde hareketi meydana gelip gelmeyeceğini belirleyiniz (8 puan). γ s =6 kn/m 3 (taban malzemesi), γ=9.81 kn/m 3 (su), g=9.81 m/s, υ=10-6 m /s (kinematik viskozite) ρ = 1000 kg/m 3 (suyun yoğunluğu), n=0.05 (Manning pürüzlülük katsayısı) u* D u* s - / 3 1/ R e* ; Fr* ; ( ) ; u * / ; τ o = γ R J ; A Q R J n g D SORU 8: Kanal genişliği B=50 m, taban eğimi J= olan dikdörtgen en kesitli bir kanalda akım derinliğinin h= m olması durumunda tabanda katı madde hareketi olmaması için taban malzemesinin ortalama dane çapı ne olmalıdır? (13 puan). Not: Akımın türbülanslı olduğunu kabul ediniz. γ s =650 kg/m 3 (taban malzemesinin özgül ağırlığı), γ=1000 kg/m 3 (suyun özgül ağırlığı), τo = γ R J SORU 9: Bir akarsu kesitinde 14 yıl boyunca gözlenen taşkın debilerinin aritmetik ortalaması μ x=3500 m 3 /s, standart sapması ise σ x=1800 m 3 /s olarak belirlenmiştir. Taşkın frekans analizi sonucunda taşkın debilerinin Gumbel dağılımına uyduğu gözlenmiştir. Buna göre bu akarsu kesitinde 10, 5, 50, 100, 00 ve 500 yıllık dönüş aralıkları için taşkın debilerini hesaplayınız (14 puan). T ln(ln( )) x -μx K = ; T -1 K = (Eğer T<N) (Denklem 1) σx 1.8 y - yn T K = ; y = -ln(ln( ) (Eğer T>N) (Denklem ) SN T -1 K=frekans faktörü, T=dönüş aralığı, N= taşkın debisi (eleman) sayısı N YN SN SORU 10: Tarımsal sulama amaçlı bir bağlama projesinde, sulanacak alanın en yüksek kotu 850 m, sulama kanalının uzunluğu 16 km ve eğimi olarak belirlenmiştir. Su alma yerinde yersel enerji kayıpları toplamı 0.6 m olarak hesaplanmıştır. Cazibe ile yapılacak sulamada kanal su yüzeyi ile en yüksek arazi kotu arasında 0.3 m kot farkı olması gerekmektedir. Buna göre bağlama ile alınacak suyun kabartma kotunu hesaplayınız (1 puan). Not: Sulama kanalında üniform akım kabulü yapınız. Sınav Süresi:105 dakika Doç. Dr. Osman YILDIZ

gerilmesini hesaplayınız ve katı madde hareketi meydana gelip gelmeyeceğini belirleyiniz (8 puan). γ s =6 kn/m 3 (taban malzemesi), γ=9.81 kn/m 3 (su), g=9.

CEVAP 1: Ders kitabından araştırınız. CEVAP : Q (ortalama akarsu debisi) =00 m 3 /s, Qi (içme suyu debisi)=100 m 3 /s, Qs (sulama suyu debisi)= 50 m 3 /s Qe (elektrik üretimi suyu debisi) = 30 m 3 /s.

3 CEVAP 1: Ders kitabından araştırınız. CEVAP : Q (ortalama akarsu debisi) =00 m 3 /s, Qi (içme suyu debisi)=100 m 3 /s, Qs (sulama suyu debisi)= 50 m 3 /s Qe (elektrik üretimi suyu debisi) = 30 m 3 /s. Soruda belirtildiği gibi içme ve sulama suyu, elektrik üretiminden önce akarsudan alınmaktadır. Elektrik üretimi için kullanılan su tekrar nehre verileceği için, bu miktardaki su taşımacılık ve mansaptaki kullanıcılar için (ki bu değer 0.08*00=16 m 3 /s dir) yeterlidir. Öyleyse, toplam ihtiyaç debisi Qiht=Qi+Qs+Qe=180 m 3 /s olarak hesaplanır. Qiht<Q olduğundan biriktirme haznesi yapmaya gerek yoktur. CEVAP 3: N (şimdiki nüfus)= kişi, i (nüfus artış oranı)=0.0, k = proje ömrü qort (kişi başı ortalama günlük içme ve kullanma suyu)= 400 lt/gün=0.4 m 3 /gün q (sulama suyu ihtiyacı veya sulama modülü) = 1.15 lt/s/ha A (sulama alanı) = 0000 ha Haziran = 30 gün, Temmuz = 31 gün, Ağustos = 31 gün, Toplam sulama yapılacak gün sayısı = 9 gün F (gelecekteki tahmini nüfusu) =? F = P(1+i) N,, buradan F=160000*(1+0.0) 30 =89818 kişi Vi (yıllık içme suyu ihtiyacı) = F* qort*365=89818*0.4*365 = m 3 Vs (yıllık sulama suyu ihtiyacı) = A*q*9*4*3600 = m 3 Vt (toplam su ihtiyacı) = Vi+Vs= m 3 CEVAP 4: Ders kitabından araştırınız. CEVAP 5: Elek çapı = 0.3 mm, a = 0.36 mm, b=0.3 mm, c = 0.3 mm ŞF (şekil faktörü) = c/(a*b) 0.5 = 0.7 dir. Aşağıdaki grafiği kullanarak çökelme hızını bulabiliriz. Düşey eksende elek çapı 0.3 mm değerini esas alarak ŞF=0.7 eğrilerine yatay bir çizgi çizelim ve su sıcaklığı 0 o C için verilen eğri ile kesiştirelim. Bu noktadan aşağı doğru düşey bir çizgi çizelim ve ŞF=0.7 için verilen eksen değerleri ile çakıştıralım. Şekilde görüldüğü gibi çökelme hızı yaklaşık olarak 3.4 cm/s olarak bulunur. 3

Elektrik üretimi için kullanılan su tekrar nehre verileceği için, bu miktardaki su taşımacılık ve mansaptaki kullanıcılar için (ki bu değer 0.08*00=16 m 3 /s dir) yeterlidir.

4 CEVAP 6: Ders kitabından araştırınız. CEVAP 7: Kritik kayma hızını (u *)ve kritik kayma gerilmesini (τ k ) Shields diyagramından bulalım. Verilenlere göre; Fr * / Re * = 4.944*10-4 olarak hesaplanır. Bu değeri aşağıdaki tabloda verildiği gibi deneme-yanılma ile bularak kritik Reynolds sayısını (Re *) elde edelim. Not : Fr * = ψ olduğunu hatırlayınız. Re * Fr * Fr * / Re * (diyagramda düşey eksen) * * * * * *10-4 (bu değer yaklaşık olarak tamam) Buradan kritik Reynolds sayısı Re *= 8 olarak bulunur (Shields diyagramından Re *= 8 için ψ= dir). Bu değeri aşağıdaki ifadede yerine koyarak kritik kayma hızını (u *)bulabiliriz. Re *= u * D/ν, burada D = 0.5 mm = m dir. Öyleyse 8 = u *(0.0005)/ denkleminden u * = m/s olarak bulunur. Kritik kayma gerilmesini τ k = ψ*(γ s γ)*d ifadesinden veya τ k = u * *ρ eşitliğinden bulabiliriz (ρ=1000 kg/m 3 ). Buna göre τ k = 0.56 N/m dir. B (taban genişliği) = 5 m J (boyuna akarsu eğimi) = h (akış yüksekliği) A (akış alanı) = 5h+h P (ıslak çevre) = 5+.83h R (hidrolik yarıçap) = A/P Manning denklemini yazarsak 5=(5h+h )/(( 5h+h )/( 5+.83h)) (/3) *(0.0001) 0.5 eşitliği elde edilir. Buradan h değerini deneme-yanılma ile bulabiliriz. Buna göre; h = 0.66 m, R = 0.63 m olarak bulunur. τ o (yatak kayma gerilmesi) = γ*r*j = 9810*0.63* = N/m olarak bulunur. Buradan yatak kayma hızını (u o)bulalım; u o = (τ o/ρ)0.5 = 0.05 m/s dir. Şimdi de tabanda katı madde hareketi olup olmayacağını kayma gerilmelerini (yatak kayma gerilmesi ve kritik kayma gerilmesi) karşılaştırarak araştıralım. τ o > τ k olduğundan tabanda katı madde hareketi meydana gelir. Veya benzer şekilde kayma hızlarını (yatak kayma hızı ve kritik kayma hızı) karşılaştırarak da sonuca ulaşabiliriz. u o > u * olduğundan tabanda katı madde hareketi vardır. CEVAP 8: A = 100 m, P = 54 m, R = 1.85 m, h= m, J = Verilenlere göre yatak kayma gerilmesi τ o = 1000*(1.85)*(0.0006) = kg/m dir. 4

Re * Fr * Fr * / Re * (diyagramda düşey eksen) 100 0.045 4.5*10-6 40 0.038.375*10-5 30 0.035 3.9*10-5 0 0.03 8*10-5 10 0.031 3.1*10-4 8 0.0315 4.

5 Tabanda hareket olmaması için τ k = τ o olmalıdır. Türbülanslı akım kabulü yapıldığına göre Shields parametresi ψ=0.06 olmalıdır. Buna göre; 0.06 = τ k / (γ s γ)*d ifadesinden D = m = 11. mm bulunur. CEVAP 9: N= 14 yıl için tablodan enterpolasyon ile y N=0.511, s N= değerleri elde edilir. Buna göre verilen tekerrür süreleri için hesaplanan taşkın debileri aşağıdaki tabloda verimiştir. T (yıl) y K 10 (T<N olduğundan K için Denklem 1 kullanılır) 5 ) X veya Q (taşkın debisi) m 3 /s CEVAP 10: Z (arazinin en yüksek kotu) = 850 m L (kanal uzunluğu)=16000 m J (kanal eğimi) = Hk (yersel enerji kaybı) = 0.6 m Hemn (emniyet farkı) = 0.3 m Buna göre kabartma kotu = Z+J*L+Hk+Hemn = * = m 5

Buna göre verilen tekerrür süreleri için hesaplanan taşkın debileri aşağıdaki tabloda verimiştir.

Benzer belgeler

SU YAPILARI. Su Alma Yapıları. 5.Hafta. Doç.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr

SU YAPILARI. Su Alma Yapıları. 5.Hafta. Doç.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr SU YAPILARI 5.Hafta Su Alma Yapıları Doç.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr Su alma yapısı nedir? Akarsu ya da baraj gölünden suyu alıp iletim sistemlerine veren yapılara su alma yapısı denir. Su