HİDROLİK Dünyamızın 3/4 ü denizlerle yani suyla kaplıdır. Kara parçaları içinde de göller ve akarsular önemli bir yer kaplar. İnsanlar sudan değişik biçimde yaralanırlar: Içme Temizlik Sanayii Tarım Ulaşım Enerji üretimi Dinlenme ve eğlence Su mühendisinin görevi insanların suya olan gereksinimlerini karşılamak için gerekli her türlü yapıyı yapmaktır. Kullanılmış suların toplanması ve arıtılması için gerekli yapıları yapmak da yine su mühendisliği kapsamı içine girer. Buna göre su mühendisliği alanına giren yapılar dört grupta toplanabilir.
Sulama, su temini, taşkın kontrolu, enerji üretimi gibi amaçlarla yapılan su toplama yapıları yani barajlar, bağlamalar. Bağlama (regülatör) Atatürk Barajı
Tarımsal üretimi artırmak amacıyla yapılan sulama ve kurutma yapıları yani kanallar, kanaletler, dren sistemler. kanalet drenaj
Balıkçı barınağı Ekonomik amaçlarla yapılan liman, dalgakıran, balıkçı barınağı, iskeleler, kanallar gibi taşın ve ulaşım yapıları. iskele Trabzon Limanı
kanallar
İnsanların ve sanayiinin su ihtiyacını karşılamak ve kullanılmış suların çevreyezarar vermesini önlemek üzere yapılan su sarnıçları, su deposu, su terazisi, su arıtma tesisleri gibi su getirme ve kanalizasyon yapıları. Su deposu
Su toplama yapıları : Su toplamak amacıyla yapılan yapılara topluca baraj adı verilir. Tarih öncesi devirlerde Dicle Nehri üzerinde büyük toprak barajların, Nil Nehri üzerinde kâgir barajların yapıldığı bilinmektedir. Eski Romalılar da İtalya da ve Kuzey Afrika da bir çok büyük baraj yapmışlardır. Endüstri devrimiyle birlikte fabrikalarda çarkları çevirmek üzere su kuvvetinden yararlanılmaya başlanmış ve bu amaçla barajlar yapılmıştır. Su gücünden elektrik elde edilmeye başlanılmasıyla barajlara olan gereksinme daha da artmış üretilen elektriğin çok uzaklara kolaylıkla iletilmesi sonucu yerleşme merkezlerinden çok uzaklara baraj yapılması da ekonomik bir seçenek olarak ortaya çıkmıştır. Kil çekirdek kaya dolgu baraj
Barajlara duyulan gereksinmelerin diğer bir nedeni de ovalardaki arazilerin giderek kıymetlenmesi ve taşkınların büyükekonomikkayıplara neden olmasıdır. Ekonomik alandaki gelişmeler sonucu barajlar çok amaçlı yapılar haline gelmişlerdir. Dört tip baraj vardır: * Dolgu baraj (toprak veya kaya dolgu) *Ağırlık barajı (kâgir veya beton) * Kemer baraj (kâgir veya beton) *Payandalı baraj (kâgir, beton, çelik, ahşap)
Dolgu barajlar adından da anlaşılacağı gibi toprak veya taş parçalarının tabakalar halinde yığılıp sıkıştırılmasıyla oluşturulan yapılardır. Barajın gövdesinin orta kısmı sıkılanmış kilden oluşturulur ve böylelikle baraj gövdesi su geçirmez hale getirilir. Baraj arkasında biriken suyun baraj gövdesinin üzerinden aşması halinde baraj göçebilir. O nedenle baraj gövdesi yeterince yüksek yapıldığı gibi gövdenin bir kısmı betonla kaplanarak fazla suyun akıtılabileceği sağlam bir yol oluşturulur. Buna dolu savak denir. Baraj elektrik üretimi amacıyla kullanılacaksa türbinlere gidecek suyun alındığı su alma ağızları da yine emniyet nedeniyle baraj gövdesinin uzağında olacaktır. Baraj emniyeti için ayrıca baraj gövdesinin şev eğimlerinin yeterince düşük olması, memba tarafının(baraj gölü tarafı) dalgalardan, mansap tarafının yağmur etkisinden korunması gerekir. Aswan Barajı Payandalı baraj
Beton ağırlık barajı Ağırlık barajları beton veya kâgirden (taş örgü) yapılmış ve ağırlıkları nedeniyle arkalarındaki suyun basıncı altında devrilmeden veya kaymadan durabilen barajlardır. Ağırlık barajlarının ilk yaygın uygulanması 16. yüzyılda İspanya da olmuştur. Bunlardan birçoğu günümüzdedeyaniyapılışından 400 sene sonra da görev yapabilmektedir.
Kemer baraj Oymapınar Barajı Geçişte İngiliz ve Fransız mühendisler barajlarının projelendirilmesi için bazı temel esasların oluşturulmasını istemişlerdir. Bu istek sonucu konan esaslar pek doğru ve tamam olması bile bugünkü bilgilerin temelini oluşturmuştur. Kemer barajlar planda bakıldığında kemer kesitinde olan barajlardır. Bu barajlara birbiri üzerine oturan yan yatmış kemerler olarak da bakılabilir. Bu kemerler kendilerine gelen su basıncını dayanmakta oldukları yamaçlara aktarmaktadırlar.
Kemerler çok eski devirlerden beri kullanıldığı halde ilk kemer barajların yapımı 19.yüzyılın sonlarına rastlar. Kemer barajın, ağırlık barajına olan üstünlüğü hafifliğindendir. Buna karşılık kemer barajlar yükü yamaçlara aktardığından ancak yamaçların bu iş için uygun olduğu yerlere yapılabilirler. Karakaya Barajı Kemer-beton ağırlık barajı Kemer barajların diğer dejavantajı gerilme hesaplarının zor olmasıdır. Hesapların yapılmasında model çalışmalarından, bilgisayarlardan yaralanılır.
Ülkemizde Osmanlılar zamanında birtakım sutoplamayapıları yapılmıştır. Bunlar ufak boyutta ve İstanbula a su sağlamak için yapılmış yapılar olup bent olarak bilinirler. İlk su bendi II Osman devrinde 1619 da yapılmıştır. Cumhuriyet devrinde ilk baraj Ankara ya su sağlamak amacıyla yapılmış olan Gölbaşı (1933) ve Çubuk (1936) barajlarıdır. Ülkemizdeki en büyük baraj; baraj gövde yüksekliği bakımından Ermenek (218m, 2009), baraj göl alanı ve enerji üretimi bakımından Atatürk ( 48700hm 3, 2400MW ) dır. Günümüzde yapılan ve yapılmakta olan barajların büyük çoğunluğu çok amaçlıdır. Yani hem enerji üretimi, hem sulama ve hem de taşkından koruma amacıyla yapılmaktadır. Türkiye nin elektrik enerjisi gereksiniminin %45 akarsulardan elde edilmektedir. Bazı barajların elektrik üretim kapasiteleri şöyle verilmektedir: Baraj adı enerji hacım yüzey alanı yapım Nehir yükseklik [MW] [hm 3 ] [km 2 ] [m] Atatürk 2400 48700 817 1983-1992 Fırat 184 Keban 1240 31000 675 1965-1975 Fırat 210 Altınkaya 700 15920 118 1980-1988 Kızılırmak 195 Oymapınar 540 300 5 1977-1984 Manavgat 185 Hasan Uğurlu 500 1073 23 1971-1981 Yeşilırmak 175 Karakaya 1800 9580 268 1976-1987 Fırat 173 Gökçekaya 278 910 20 1967-1972 Sakarya 158 Menzelet 248 1950 42 1980-1989 Ceyhan 151 Adıgüzel 62 1076 26 1976-1992 B.Menderes 145 Özlüce 170 1075 26 1992-2000 Peri 144 Ermenek 309 4582 59 2002-2009 Göksu 218 Berke 510 427 8 1995-1999 Ceyhan 201 Çubuk içme-sulama 12 1 1930-1936 Çubuk 25
Sulama yapıları: Sulama büyük nehirlerin suladığı ovalarda tarım yapılmasıyla başlamıştır. Bunun örnekleri Mezopotamya ve Nil havzası nda görülmektedir. Ülkemizde Konya ovasının sulanması amacıyla yapılan 4-5 baraj vardır. Fırat üzerinde yapılan Atatürk, Karakaya, Birecik barajlarıyla da Urfa nın Harran ovasının sulanması amaçlanmıştır. Barajlarda ve bağlamalarda (suyun yükseltilmesi amacıyla yapılan baraj görünümünde ancak alçak yapılar) biriken su sulama yapılarıyla tarlalara taşınır. Bu yapılar klasik sistemde büyükten küçüğe doğru isole kanalları, yedekler tersiyerler, çiftlik arkları adını alan çeşitli boyutlarda kanallardır. Diğer bir sistem de su kanaletlerle (betondan yapılmış üstü açık su arkları) taşınmaktadırlar. Arazinin sulama biçimi de çeşitlidir: yüzeysel, yağmurlama, yeraltı sulaması gibi.
Ermenek Barajı Tarım için su gerektiği gibi fazla su da zararlıdır. Yeraltı suyunun belirli bir düzeyin üzerine çıkması halinde de bu suyun uzaklaştırılması yani suyun kol derinliğinin altına indirilmesi için kurutma veya drenaj sistemleri yapılır.
Ulaşım yapıları : Ülkemizdeki akarsular ulaşım için pek elverişli değildir. O nedenle nehir ve kanal ulaşımı çok sınırlı kalmıştır. Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemizde deniz ulaşımı ve taşımacılığı henüz gerektiği düzeye erişmemişse de birtakım yapılar yapılmıştır. Deniz ulaşımı ile ilgili yapıların başında yük ve yolcunun indirilip-bindirildiği rıhtım ve iskeleler gelir. Her türlü hava koşulunda yükleme-boşaltma yapılabilmesi için çoğu kez bu rıhtım ve iskelelerin mendireklerle korunması gerekmektedir. Mendirek, iskele veya rıhtımdan oluşan ve gemilerin barınmasını, yükalıp vermesini sağlayan, deniz ulaşımı ile kara ulaşımının bu bağlantı noktalarına liman adı verilir. İlk limanların ilk çağda Akdeniz de, Giritliler, Fenikeliler, Yunanlılar tarafından yapıldığı bilinmektedir. Limanların gelişmesi ticaret ve sanayiinin gelişmesine bağlıdır. Anvers limanı
Cenova Limanı Bu nedenle orta çağda ticaretle ünlü Venedik, Cenova limanları, sanayi devriminden sonra ise özellikle 19.yüzyılda Kuzey Denizi nde Anvers, Rotterdam limanları ile İngiltere de Liverpool, Londra limanları gelişmiştir. Türkiye nin en meşhur limanları İstanbul, İzmir ve Mersin dir. Mersin limanı son zamanlarda Ortadoğu nun kapısı haline gelmiştir. Benzer şekilde Trabzon limanı da Kuzeydoğu ülkelerinin kapısı gibidir. Ancak bu limanlar gereksinmeyi karşılamadığından genişletme ve yenileme çalışmaları devam etmektedir.
Trabzon Limanı Liverpool Limanı İstanbul Limanı
Su getirme, kanalizasyon ve su arıtma yapıları: Şehirleşmenin getirdiği bir sorun insanlara içebilecekleri ve kullanabilecekleri temizlikte su sağlamak ve sulu atıkları şehirlerden uzaklaştırmaktır. Romalılar devrinde şehirlere su getirmek için su kemerleri, arklar gibi çeşitli yapıların yapıldığı bilinmektedir. Buna karşın sulu atıkların şehirlerden uzaklaştırılması için böyle bir çalışma yapılmamıştır. 19.yüzyıla kadar bu atıklar ya evlerde toplanıp arabalarla şehir dışına taşınarak bir nehire veya göle dökülmüş veya şehirden bu göle, nehirlere uzanan üstü açık hendeklere boşaltılmıştır. Ancak çoğu kez atıkların sokağa boşaltıldıkları bilinmektedir. Sanayi devrimi ile birlikte şehirleşme hareketi de hızlanmış ancak su getirme ve kanalizasyon sistemleri bu gelişmeye ayak uyduramamıştır. Bunun sonucunda tifo ve dizanteri gibi hastalıklar salgın halegelmiştir. Kanalizasyon ve su getirme sistemlerinin birbirlerinden kesinlikle uzaklaştırılması ve kanalizasyon sisteminin yer altına alınmasıyla salgınların önüalınabilmiştir.
kanalizasyon
Şehirler için su şu kanallardan sağlanabilir: Sarnıçlarda biriktirilmiş yağmur suları Nehir ve göllerden Baraj göllerinden Yeraltı suları (kuyu ve artezyenler) Böylece sağlanan suyun kullanılabilmesi için temiz olması gerekir. Yani suda aşağıdaki maddeler bulunmamalıdır : Hastalık yapıcı organizmalar Zehirli maddeler Boya veya renklendirici maddeler Suyu bulandırıcı maddeler Koku yapıcı organik maddeler Karbondioksit, demir, manganez Yosun Bu özelliklere sahip su ancak pınarlarda bulunur. Şehirlerin günde binlerce metreküplük gereksinmesini böyle pınarlardan sağlamak olanaksızdır. Bunun için genellikle nehir, baraj ve göllerden sağlanan suyun arıtılması gerekir. Arıtma bir işlem dizisidir. Bu işlemeler: Kum filtrelerinden süzme Demir ve manganezin giderilmesi Yumuşatma Tuzların giderilmesi İlaçlama dır.
Ancak her arıtma tesisinde bu işlemlerden tümünün yapılması gerekmeyebilir. Arıtılmış su, su dağıtım şebekesi diye bilinen borular ağı ile şehire dağıtılır. Suyun yüksek yerlere ulaşabilmesi için şebeke üzerinde yer yer pompa istasyonları bulunur. Pompalanan su genellikle yüksekte bir depoda toplandıktan sonra yer çekimi ile şehire dağıtılır. Evlerde tuvalet ve mutfaklardan gelen atıklarla, sanayi atıklarının toplanıp zararsız hale getirilmesi gerekmektedir. Eskiden bu atıklar doğrudan derelere, nehirlere, denize veya göllere verilmişlerdir. Bu nehir ve göllerden aynı zamanda su alınması halkın hastalık kapma olasılığını arttıdığı gibi gittikçe büyüyen şehir ve sanayinin atıklarını bu nehir, göl ve denizler kaldıramaz hale gelmiştir. Çevre kirliliği diye bilinen bu olayın örnekleri yurdumuzda da artmaktadır. Örneğin İstanbul da Haliç atıklarla dolmuş, çöp adacıkları oluşmuş, İzmir limanının içtarafları da dolmaya başlamıştır. Her iki yerde de açığa çıkan gazlar havayı da kirletmektedir. O nedenle atıkların bir miktar arındırıldıktan sonra böyle durgun veya akarsulara verilmesi yoluna gidilmektedir. Sulu atıkların arındırılması da bir işlem dizisidir. Bu işlemler: Izgaralardan süzme Katı maddelerin havuzlarda çökeltilmesi Geriye kalan pis suyun biyolojik filtrelerde bakteri etkisiyle veya kum filtrelerinden süzülerek arındırılmasıdır. Bu işlemlerden sonra pis su atıklardan yeterince arıtılmış olarak akarsulara, deniz veya göllere verilir ve arıtma işlemi doğada devam eder. Izgaralarda ve çökeltme havuzlarında toplanan katı maddeler ise açık denize dökülebildiği gibi yakılabilir veya gübre olarak kullanılabilir.
Bu açıklamalardan anlaşılacağı gibi evlere ve sanayiye temiz su sağlamak, atıksuları arıtarak veya arıtmadan doğaya vermek için boru şebekeleri, pompa istasyonları, çeşitli filtreler, çökeltme havuzları gibi çeşitli mühendislik yapılarına gereksinme vardır. Suyla ilgili mühendislik hizmetleri ve yapıları barajlardan limanlara, filtrelerden kanallara uzanan geniş bir alanı kapsamaktadır. Bu yapıların yapılabilmesi ve hizmetlerin sunulabilmesi için inşaat mühendisinin suyun durgun halde ve akarken ne gibi özellikler gösterdiğini bilmesi ile mümkündür. Özellikle hareket halindeki sıvıların incelendiği akışkanlar mekaniği konusu ise sağlam bir matematik tabanı gerektirmektedir. İlerideki yıllarda hidrolik dersleri içinde akışkanların özellikleri ve bu özelliklerden yararlanarak su yapılarına gelen etkileri hesaplanacaktır. Ayrıca burada sıralanan çeşitli su yapılarının işlevleri ile bunların tasarımındaki genel prensipler öğrenilecektir. Bu arada özellikle barajların tasarımındaki önemli bir faktör olan yağış ve akış tahminleri ayrı bir ders olarak hidroloji başlığı altında okutulacaktır.
Su toplama havzası