SU KAYNAKLARI Ders Notları 1

Report
Ercan Kahya
Su Kaynakları Mühendisliği. Cevat ERKEK, Necati AGIRALİOGLU,
Beta Yayınevi, 2006, İstanbul
BÖLÜM 1
GİRİŞ
1.1. SU KAYNAKLARININ GELİŞTİRİLMESİ
► Su kaynakları bir akarsu havzası, bir bölge veya bir
ülkedeki yerüstü ve yeraltı suIarının toplamıdır.
► Su kaynaklarını miktar ve kalite olarak bir genel plan
çerçevesinde belirlemek, korumak, kontrol etmek ve en
verimli şekilde kullanmak gibi amaçlara yönelik olarak
yapılan mühendislik çalışmalarına "su kaynaklarının
geliştirilmesi " denir.
1.1.1. Geliştirme Kapsamı
1) Tek proje planlaması,
2) Dar bölge planlaması,
3) Bölge çapında planlama,
4) Ülke çapında planlama,
5) Ülkelerarası planlama.
1.1.3. Geliştirme Planının Kademeleri
Su kaynaklannı geliştirme projesi, 5 kademeli bir çalışma
sonucu gerçekleştirilir.
1. Ön Çalışmalar (İstikşaf)
2. Planlama
3. Proje
4. İnşaat
5. İşletme ve Bakım
1.1.4. Geliştirme Hedefleri
Su kaynakları çok amaçlı planlamaya en elverişli doğal kaynaklardan biridir.
1) Milli ekonominin geliştirilmesi,
2) Çevre şartlarının düzeltilmesi,
3) Sosyal adaletin gerçekleştirilmesi,
4) Bölgesel kalkınmanın sağlanması,
5) Bölgedeki can güvenliğinin sağlanması.
1.1.5. Geliştirme Amaçları
► Su kaynakları geliştirmenin amaçları: (1) suyun zararlarından
korunma, (2) sudan faydalanma ve (3) su kalitesinin kontrolü
► Biraz daha detay ile, su kaynaklarını geliştirmenin ana amaçları:
- su temini;
- atık suların uzaklaştırılması;
- elektrik üretimi;
- sulama; taşkın kontrolü;
- iç su yolu taşımacılığı;
- yağmur suyu drenajı;
- akarsu geçişleri (köprü ve menfez gibi);
- kirlilik kontrolü.
Kısaltma Açıklaması:
TK= Taşkın Kontrolü,
YS= Yağmur Suyu
Drenajı,
AG= Akarsu Geçişi
(Köprü ve Menfezler),
K= Kanalizasyon,
ST= Su Temini,
S= Sulama,
EÜ= Elektrik Üretimi,
AT= Akarsu Taşımacılığı,
KK= Su Kalitesi Kontrolü.
1.1.6. Yapı Sistemleri
1. Su Temini: İçme ve kullanma suyu, endüstri suyu, ticari işlerde veya
kamu işlerinde kullanılan su, nükleer ve termik santrallarda soğutma suyu
gibi çok farklı miktar ve kalitede su ihtiyaç vardır.
2. Atık Suların Uzaklaştırılması: Yerleşim ve endüstri bölgelerinden
kullanılan atık suların emniyetle taşınması, depolanması ve temizlenmesi
gerekir.
3. Hidroelektrik Enerji Üretimi: Tükenmez doğal kaynaklarından biri
olan düşen suyun enerjisi, bugün ve gelecekte en önemli elektrik enerjisi
kaynağıdır.
4. Sulama: Tarım alanları sulanarak daha fazla ve kaliteli ürün elde
etmek için su kaynaklarının kullanılmasıdır.
5. Taşkın Kontrolü: Taşkınları çeşitli önlemler ile kontrol altına alarak
zararlarından korunmak için yapılır.
6. İç Su Yolu Taşımacılığı: Akarsularda, göllerde ve baraj göllerinde yük
ve yolcu taşımak amacıyla gemilerin çalıştırılabilmesi için gerekli şartların,
özellikle yeterli bir su derinliği sağlanmasına yönelik projelerdir.
7. Mesire Yeri Oluşturulması: Bölge halkının dinlenme, tatiI ve su sporları
yapma gibi ihtiyaçlarına hizmet eden projelerdir.
8. Arazi Drenajı ve Bataklık Kurutulması: Tarımda verimi artırmak,
toprak yapısını iyileştirmek, yeni tarım arazisi kazanmak, halk sağlığını
korumak gibi amaçlara yönelik olarak yeraltı su seviyesinin düşürülmesine
ve/veya arazi yüzeyinde su birikmesinin önlenmesine yönelik projelerdir.
9. Su Ürünlerinin Geliştirilmesi: Ticari balıkçılık ve sudaki canlıların
hayatlarını sürdürmek için geliştirilen projelerdir.
10. Havza Düzenlemesi: Yüzeysel akışı yavaşlatmak veya geciktirmek.
bitki örtüsünü ve tarımsal şartları geIiştirmek, mera kontrolü sağlamaktır.
11. Katı Madde Kontrolü: Akarsu, hazne ve iletim kanalındaki katı madde
birikmelerini önlemek veya azaltmak için yapılır.
12. Jeotermal Suların Değerlendirilmesi: Yeraltından çıkan sıcak
sulardan yararlanmak için geliştirilen projelerdir.
13. Halk Sağlığının Korunması: Sinek kontrolü, kötü kokunun ve
görüntünün önlenmesi için yapılan çalışmalardır.
14. Kirlilik Kontrolü: Su kaynaklarının kalitesini korumak ve iyileştirmek
için yapılan çalışmalardır.
- Yağış sularının korunması,
- Akarsuyun kendi kendine temizlenmesi, sedimentasyon, oksidasyon
15. Tuzluluk Kontrolü: Suyun tehlikeli derecede tuzlanması veya deniz
suyunun kara içine doğru ilerlemesini önlemek için geliştirilen projedir.
16. Bölge Koşullarının İyileştirilmesi: Soğuk ve kurak iklimlerin
yumuşatılması, doğa güzelliklerinin korunması için geliştirilen projelerdir.
17. Yapay Yağmur: Meteoroloji ile ilgili sınır şartları gözönüne alınarak
yapay yağışların oluşumunu sağlamaktır.
1.1.7. Su Bütçesi
► Su bütçesi, bir bölgedeki toplam su kaynakları ile su ihtiyaçlarının
karşılaştırılması, bunların şimdiki ve gelecekteki dengelerinin
kurulmasıdır.
► Bu dengeleme 5, 30 ve 50 yıl sonrası için miktar ve kalite dikkate
alınarak, ortalama yıl, kurak yıl ve kurak periyod için ayrı ayrı
yapılmalıdır.
► Bütün kullanılabilen su miktarı, su kaynakları potansiyeli planında, su
ihtiyaçları ise toplam su ihtiyacı planında toplu halde gösterilerek su
kaynaklarının en uygun kullanma durumu ortaya konur.
BÖLÜM 2
AKARSU
MORFOLOJİSİ
2.1. GENEL BİLGİLER
2.1.1. Tanımlar
Akarsu: Karalar üzerindeki yüzeysel sular yerçekimi tesiri ile en büyük
eğim yönünde belirli bir mecrada toplanarak çizgisel bir akım oluşturması.
Akarsu Havzası (drenaj havzası, su toplama havzası): Bir akarsuyun
sularını toplayan alan
Su Ayırım Çizgisi: İki komşu akarsu havzasını ayıran çizgi
Dış Drenaj Alanı: Denize ulaşan akarsulann havza alanı
İç Drenaj Alanı (kapalı havza): Denize ulaşmayan akarsuların havza alanı
Kaynak Deresi (başlangıç deresi): Bir akarsuyun çıktığı yerden ilk dere
ile birleştiği yere kadar olan kesimi
Akarsu Kavşağı: İki veya daha fazla akarsuyun birleştikleri yer
Çıkış Noktası: Bir havza bölümünden gelen yüzeysel suların toplanarak
havzayı terkettiği akarsu kesiti
Ağız: Akarsuyun deniz, göl veya hazne ile birleştikleri yer
Delta: Akarsuların ağız kısmında katı maddelerin toplanması (alüvyonlanma)
sonucu oluşan geniş birikinti depoları
Akarsu Ağı (drenaj ağı, kanal ağı): Bir akarsu kolu ile yan kolların tümünün
meydana getirdiği şebeke
► Bir akarsuyun ortalama su seviyesindeki kesit kısmına "akarsu yatağı",
akarsu yatağını her iki taraftan araziye bağlayan şevli kenar şeritlerine "kıyı",
taşkın su seviyesi üzerinde kalan kıyı şeridine ise "yüksek kıyı" denir.
► Akış yönüne bakılarak akarsuyun sağ ve sol kıyıları belirlenir.
Bir Akarsuyun Planı
Taşkın Yatağı (sel yatağı): Yalnız ortalama su seviyesi üzerindeki
debilerde su altında kalan, kıyı ile yüksek kıyı arasındaki arazi şeriti
Taşkın Bölgesi: Tekerür aralığı aynı olan taşkınlarda su altında kalan
arazi kesimleri
Talveg: Bir akarsuyun birbirini takip eden kesitlerinde en düşük kotlu
taban noktalarını birleştirerek elde edilen çizgi
Bir akarsu kesitinin kaynak tarafında kalan akarsu bölümüne "memba
bölgesi” ağız tarafında kalan bölümüne ise “mansap bölgesi" denir.
Dolanma Oranı (eğrilik oranı): Bir akarsuyun iki noktası arasındaki talveg
uzunluğunun kuş uçuşu mesafeye oranı
2.1.2. Akarsuların Sınıflandırılması
1) Topoğrafik-Morfolojik özelliklere Göre Sınıflandırma:
a- Dağ Akarsuları: Eğim > 0,01. Büyük eğim, hızlı akış ve fazla
olmayan mendereslenme (Dağ dereleri, deliçay ve vahşi dere gibi).
b- Plato (Yayla) Akarsuları: Eğim 0,01 - 0,001. Erozyonun eğimin
arttığı plato kenarından kaynak bölgesine doğru hızla artar.
c- Ova Akarsuları: Eğim 0,001 - 0,0001. Planda fazla mendereslenme
d- Geniş Akarsu ve Haliçler: Eğim < 0,0001.
2) Akarsu Boyunca Akımın Değişimine Göre Sınıflandırma:
a- Sulak Akarsular: Havza büyüdükçe debisi artan sulak bölge akarsularıdır.
b- Bozkır Akarsuları: Genellikle kurak bölgelerde görülür, boyu arttıkça
buharlaşma ve sızma sonucu debisi azalmaktadır.
c- Karstik Akarsular: Yeraltında toplanan ve akarsu şebekesi oluşturacak
şekilde kısmen veya tamamen yüzeye çıkan
veya
yüzeyde akarken kalkerli arazide bir süre kısmen veya tamamen yeraltında
devam ederek tekrar yüzeye çıkan akarsulardır.
3) Akımın Sürekliliğine Göre Sınıflandırma:
a- Sürekli Akışlı Akarsular: Yatağında yıl boyunca su bulunan akarsular
(sulu dere gibi).
b- Periyodik Akışlı Akarsular: Yatağında yalnız bol yağışlı mevsimlerde
su bulunan ve yağışsız zamanlarda su bulunmayan akarsular (kuru dere
gibi).
c- Sel Vadileri: Senelerce yatağı kuru olmasına rağmen ani bir sağnaktan
sonra kısa bir süre büyük nehir görünümü kazanan çöl akarsuları.
d- Arktik Akarsular: Yılın üçte ikisinde don görülen akarsular.
4) Akım Rejimine Göre Sınıflandırma:
a) Yağmur (Plüvial) Rejimli Akarsular: Yalnız veya öncelikle yağmurla
beslenen ve debi gidiş çizgileri havzadaki yağmur eğrilerine benzeyen
akarsulardır (Yağmurlu Okyanus, Yağmurlu Akdeniz ve Yağmurlu Tropikal).
b) Kar (Nival) Rejimli Akarsular: Öncelikle kar erimesi ile beslenirler
(Karlı dağ ve karlı ova rejimli akarsular).
c) Buzul (Glaziye) Rejimli Akarsular: Yalnız veya öncelikle buzul erimesi
ile beslenen bu tip akarsularda havzanın en az % 15-20 si buzullarla
kaplıdır (Küçük debiler kış aylarında, taşkın debileri ise yaz aylarında).
d) Karma Rejimli Akarsular: Akarsuların pek çoğunda, yukarıda akım
rejimlerinden birden fazlasının etkili olduğu karmaşık rejimler gürülür.
Kar-Yağmur (NivoPlüvial) veya Yağmur Kar (Plüvio-Nival) rejimIi akarsular.
5) Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma:
a) Dere: Küçük drenaj havzasının sularını toplayan genellikle sığ yataklı
ve boyları da küçük olan akarsulara verilen isimdir.
Derelerin drenaj
havzaları dağlık, tepelik
veya ovalık bölgelerde
bulunur; sırasıyla
vahşi dere (sel deresi),
dağ deresi ve
ova deresi ismi verilir.
b) Çay: Derelerin birleşmesi ile oluşan akarsulardır.
Büyüklükleri dere ile nehir arasında bulunur (Kelkit çayı, Porsuk çayı, Botan
çayı, Koca çay, Akçay gibi).
Ülkemizde çay büyüklüğünde birçok akarsu, "Su" olarak isimlendirilmektedir
(Karasu, Zap Suyu, Munzur Suyu, Aksu gibi).
c) Nehir: Uzunlukları > 500 km, denizlere dökülen, büyük yağış havzaları,
küçük eğimleri ve birçok yan kolları ile karakterize edilirler. Sınıflandırması
a- Dağlık Bölge
b- Engebeli Bölge
c- Ova nehirleri
(Meriç, Sakarya, Filyos. Kızılırmak, Yeşilırmak, Çoruh, Dicle, Fırat, Asi,
Ceyhan, Seyhan, Göksu, Manavgat, Köprü çay, Büyük Menderes, Simav
Çayı)
6) Akarsu Yatağının Fiziksel Özelliklerine Göre Sınıflandırma:
- Yatak genişliğinin değişimine göre;
a- Üniform,
b- Düzensiz,
c- Adacıklarla kollara ayrılmış; yataklı akarsular.
- Yatağın adacıklarla kollara ayrılma durumuna göre;
a- Tek adacık
b- Birden fazla adacık; ile yatağı koııara ayrılmış akarsular.
- Dolanma oranına göre;
a- Düşük (1-1,3)
b- Orta (1,3-2,0)
c- Yüksek (> 2,0); derecede eğrilik gösteren akarsular.
- Taşkın bölgesinde gölcükler oluşması durumuna göre;
a- Gölcük oluşmayan
b- Az sayıda ve
c- Çok sayıda; gölcük oluşan akarsular.
- Kıyı Yüksekliğine göre;
a- Alçak kıyılı (<1.5m)
b- Orta yükseklikte kıyılı (1,5-3m)
c- Yüksek kıyılı (3-6m) akarsular.
- Yatak kenarındaki doğal sedde formasyonlarına göre doğal seddeleri;
a- Hiç olmayan,
b- Orta derecede gelişmiş,
c- İyi derecede gelişmiş akarsular.
- Taşkın yatağı durumuna göre (taşkın yatağı, akarsu yatağına göre);
a- Çok geniş,
b- Orta genişlikte,
c- Dar olan akarsular.
- Bitki örtüsüne göre;
a- Kıyılarında bitki örtüsü bulunmayan
b- Her iki kıyıda dar bir şeritte
c- Yalnız dirseklerin iç kısımlarında
d- Akarsu vadisinin tamamında bitki örtüsü bulunan akarsular
2.2. AKARSUYUN VE HAVZANIN ÖZELLİKLERİ
ÖNEMİ: ►Normal akımlanna ve taşkınların büyüklüğüne ve zaman içindeki
dağılımına etki eder & ► Akarsulan birbiriyle karşılaştırmak için
1. Akarsu Havzasının Büyüklüğü:
Bir akarsuyun su potansiyeli ve taşkın debileri havza alanına bağlıdır.
► Üzerinde rasat istasyonu bulunmayan bir akarsudaki ön planlama
çalışmalarında, havzanın yıllık ortalama su verimi (m3/yıl):
α : Akış katsayısı
Po: Havzada uzun yıllara ait ortalama yıllık yağış yüksekliği (m)
A : Akarsuyun planlama yapılan kısmının çıkış noktasındaki havza alanıdır (m2)
► Hidrolojide αPo değeri akış yüksekliği olarak bilinir.
2. Havzanın Biçimi:
Taşkın pik debilerini ve diğer hidrografik değerleri özellikle havzadaki
akışların ayarlanmasını etkileyen önemli bir parametredir.
► Eagleson havzanın en büyük genişliğini (B) esas alarak havza şekli için
iki ayrı tanım vermektedir:
Havza alanının (A), ana akarsu kolunun uzunluğu (L) ise,
3. Drenaj Yoğunluğu ve Dere Frekansı:
Drenaj yoğunluğu, 1 km2 ye düşen ortalama akarsu uzunluğudur.
Dere Frekansı: Yıl boyunca kurumayan toplam dere sayısının havza
alanına bölünmesi ile elde edilir.
► Havza içinde su taşıyan
tüm doğal kolların toplam
uzunluğunun, havza alanına
bölünmesi ile elde edilir.
► Bölgedeki iklim şartlarının
akarsu uzunluğuna etkisini
gösterir (0,5-2,5 km/km2)
4. Çatallaşma Oranı:
Bir akarsu ağını karakterize eden en önemli büyüklüktür.
►Kantitatif jeomorfolojide akarsu ağı dereceli bir akarsu sistemi ile tanımlanır.
Nn: n. dereceli
akarsuların sayısı
► 2 ile 5 arasındadır.
5. Havza Eğimi:
Havzadaki hidrolojik olaylara havzanın eğimi önemli ölçüde etki etmektedir.
► Yöntem: Şeffaf bir kağıt kullanma...
6. Akarsu Eğimi:
Benson yöntemi:
- Akım gözlem istasyonundan (çıkış noktasından) itibaren kaynak
yönündeki toplam ana dere uzunluğu saptanır.
- Ana dere uzunluğunun % 10’u ile % 85'i harita üzerinde işaretlenerek
elde edilen iki noktayı birleştiren doğrunun eğimi ana dere eğimini verir.
7. Havzanın Ortalama Yüksekliği:
Ortalama yükseklik, akarsudaki taşkınları dolaylı ve dolaysız olarak etkiler.
► Küçük bir havzanın deniz seviyesinden ortalama yüksekliği:
Hp: çıkış noktasındaki yükseklik,
Ho: su ayırım çizgisi üzerindeki
en büyük yüksekliklir.
8. Havzada Depolama:
Doğal veya yapay su depolama özellikleri akarsu rejimini etkiler.
Depolama Parametresi: Akarsu havzasındaki (göl ve rezervuarların
yüzey alanları toplamının) (havza alanına) oranı
Eğer >%1 ise havzada depolamanın etkisi göz önüne alınmalıdır.
2.3. AKARSU YATAĞININ OLUŞUMU
2.3.1. Plan Durumu
Kıvrımlarda akan suyun dış kıyıyı sürekli aşındırması ve iç kıyıda birikmeler
meydana getirir → kıvrımlar gittikçe birbirine yaklaşır ve menderesler oluşur.
►Bir akarsu kıvrımın uzunluğu, (π/2) .D değerinden daha büyük olması
durumunda menderes olarak isimlendirilir (D: menderes boyu)
► Bir akarsu vadisinde kıvrımların dış sınırlarına çizilen tegetlerin
oluşturduğu arazi şeridinin genişliği genellikle normal akarsu yatak
genişliğinin 10 ile 20 katı büyüklüğündedir.
2.3.2. Enkesit Durumu
Akarsular ve akarsu vadileri alüvyonlu oluşumlar sonucu bugünkü
görünümlerini kazanmışlardır. Akarsu vadileri ya tektonik vadiler ya da
erozyon vadileridir.
►Akarsu yatağındaki erozyon ise taban ve kıyı erozyonu olmak üzere iki
kısımda incelenir.
2.3.3. Boykesit Durumu
Memba Kısmı: Dağlık bölgede olduğundan akarsuyun bu bölümü büyük
eğim, yüksek akış hızları, derin vadiyi takip eden dar kıvrımlar ile karakterize
edilir.
Orta Kısmı: Eğim memba bölümüne göre daha az, vadi daha geniş ve taban
malzemesi daha incedir.
Mansap Kısmı: Eğim, akarsuyun orta bölümünden daha azdır. Büyük ölçüde
yığılmalar meydana gelir. Akarsuyun denize veya bir göle döküldüğü ağız
kısmında delta oluşur.
2.4. AKARSU YATAĞININ DENGESİ
2.4.1. Denge Prensipleri
Gözlemlere dayalı geçerli bağıntılar:
- Akarsu yatağındaki su derinliği (h), debi (Q) ile doğru orantılıdır (h α Q)
- Akarsu yatak genişligi (B), hem debi hem de katı madde debisi (QT) ile doğru
orantılıdır (B α Q, QT)
- Akarsu yatağının biçim faktörü olan B/h oranı katı madde ile doğru orantılıdır
(B/h α Q)
- Akarsuyun dolanma oranı (plandaki eğrilik) (d), vadi eğimi ile doğru orantılı
katı madde debisi ile ters orantılıdır (d α J, 1/QT)
- Akarsu yatağının taban eğimi (J), debi ile ters, katı madde debisi ve dane
büyüklüğü (D50) ile doğru orantılıdır (J α QT, D50)
Katı madde debisi, akarsuyun sürükleme gücü ve ince danelerin
konsantrasyonu (c) ile doğru, malzemenin medyan çapı ile ters orantılıdır.
Burada Ƭ= γ·h·J & Q = A v = B·h·v değerleri yerine konursa,
Doğal ve düzenlenmiş akarsulardaki değişiklikleri nitelik yönünden
belirlemek için kullanılabilecek önemli bir bağıntıdır.
Örnek: Bir barajın yapımından sonra mansabındaki akarsu bölümüne
etkilerine bakalım:
Baraj yapim sonrasında gelen katı maddeler baraj gölünde tutulur
→ Akarsu yatağındaki katı madde miktan azalır.
► Denge ifadesindeki büyüklüklerin üslerinde (o) lar sabit, (+) lar artacak ve
(-) Ier ise azalacak anlamında ise; malzeme çapı ve akarsu debisi sabit
kabul edildiğinde,
SONUÇ: Bu durumda baraj mansabındaki akarsu kesiminde eğimin
azalması gerekir. Yani şekildeki AC ile gösterilen eğim AC‘ ye
düşecektir.
2.4.2. Denge Bozucu Etkenler
A. Doğal Etkenler:
■ Tarihte birçok nehrin akışının deprem ve tektonik faaliyetler gibi
doğal etkenlerle değiştiği bilinmektedir.
B. Yapay Etkenler:
☼ Denge bozucu etkiler ek önlemler ile kabul edilebilir bir seviyeye düşürülür.
1. Akarsulardan Su Alma ve Kuyruk Suyunu Tekrar Verme:
2. Su Miktarının Dengelenmesi:
3. Katı Maddelerin Geri Tutulması:
► Akarsuda her yapay kesit büyümesi yataktaki hızların küçülmesine ve
akarsuyun taşıdığı katı maddelerin azalmasına sebep olur.
→ Katı maddelerin geri tutulması sonucu akarsu ağında morfolojik
değişimler meydana gelir.
4. Akarsu Boyunun Kısalması:
L1 ve L2: sırasıyla yargıdan önceki
ve sonraki akarsuyun boyu
- A ve B noktaIarındaki su yüzeyleri
arasındaki kot farkı h, olmak üzere
su yüzeyi eğimi h/L1 değerinden
h/L2 değerine yükselir.
A B de oyulma
5. Akarsu Yatağını Daraltma Yapıları:
Akarsu yatağının enine veya boyuna yapılarla darlaştırılması →
su seviyesinde Δh kadar bir yükselme → akım şartları değişir.
6. Akım Yönünün Değişmesi:
Prensip olarak bu gibi akım yönünün ve su derinliğinin değişmesine neden olan
tesislerin akarsu taban ve şev yüzeylerinde de değişmelere neden olabilir.
BÖLÜM 3
AKARSULARDA KATI
MADDE HAREKETİ
3.1 GENEL BİLGİLER
Akarsularda su akarken beraberinde katı maddeler de taşır.
Bu katı maddeler ya akarsu havzasındaki erozyondan veya akarsu
yatağındaki aşınmalardan kaynaklanır.
Akarsu yatağındaki aşınmalar o bölgede bir takım oyulmaların oluşmasına
sebep olur.
Öte yandan akarsudaki akımın sürekleme gücünün azaldığı bölgelerde,
taşınmakta olan katı maddelerin bir kısmı tabana çöker ve yığılmalar olur.
Böylece akarsu boyunca katı madde hareketlerinden kaynaklanan bir
takım oyulma ve yığılmalar meydana gelir.
Bu katı madde olayları sonucunda akarsu morfolojisi değişir, →
Akarsu yapıların fonksiyon ve sağlamlık açısından zarar görür, hatta
akarsuyun su kalitesi etkilenir.
Akarsuların taşıdığı katı maddeler çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir:
1) Malzemenin kaynağına göre sınıflandırma:
a) yatak malzemesi,
b) yıkanmış malzeme.
Yatak malzemesi, hareketli bir tabanı oluşturan malzemedir. Yıkanmış
malzeme ise çoğunluğu havza erozyonundan gelen ve yatak
malzemesinden daha ince olan malzemedir.
2. Akarsudaki taşınma şekline göre sınıflandırma:
a) askı maddesi,
b) sürüntü maddesi.
Askı maddesi suyun içinde askı halinde hareket eden maddelerdir.
Sürüntü maddesi ise akarsu yatağında yuvarlanarak ve kayarak hareket
eden maddelerdir. Tabanda sıçrayarak hareket eden maddeler de sürüntü
maddesi sınıfına girer.
► Askı maddesi daha ince çaplı olmakla birlikte, bunu süruntü
maddesinden ayıran kesin bir dane çapı yoktur.
Örnek olarak “Danenin Froude” sayısı = 19 yapan çap D ayırıcı bir ölçüdür.
■ Sürüntü maddesi ve askı maddesi toplamına toplam katı madde
denir.
Sınıflandırmalarda geçen
terimler ve bunların su
derinliğine göre durumları
Birim zamanda taşınan katı madde miktarının birimi:
- birim zamanda taşınan kuru hacım (m3/s)
- birim zamanda taşınan kuru ağırlık (kg/s)
- birim zamanda taşınan boşluk hacmi de dahil toplam hacim (m3/s)
Katı madde konsantrasyonu, su içindeki (askı maddesi miktarının) (su
ve askı maddesi karışım) oranına denir. Birimi: bir milyonda kısım ve
ppm ile gösterilir.
Konsantrasyon birimi: milyon metreküpte metreküp (m3/1,000,000 m3)
veya litrede miligram (mg/l)
3.2. KATI MADDE ÖZELLİKLERİ
Dane çapı:
Bir danenin çapı için yapılan en yaygın tanımlar:
1. Elek çapı : Parçacığın geçebildiği elek çapı.
2. Anma çapı: Parçacığın hacmine eşit bir kürenin çapı.
3. Katı madde çapı: Aynı akışkan içindeki çökelme hızı ve özgül ağırlığı
parçacığınkilere eşit olan kürenin çapı.
Dane Biçimi:
Aşağıda verilen parametreler parçacığın şeklini karakterize eder.
Bunlardan birincisi çökelme hızının belirlenmesinde kullanılır.
1.Biçim faktörü: c√a/b şeklinde yazılan bir formül ile bulunur. Burada a,
b, c sıra ile parçacığın birbirine dik eksenler üzerindeki en uzun, orta ve
en kısa boyutlarını gösterir.
2. Küresellik: Parçacığın hacmine eşit bir kürenin yüzey alanının,
parçacığın yüzey alanına oranı
3. Yuvarlaklık: Parçacığın ortalama eğrilik yarıçapının, parçacığın
izdüşüm alanı içine çizilen bir dairenin yarıçapına oranı
Granülometri Eğrisi:
Malzeme çapı yatayda, elekten geçen malzemenin ağırlık yüzdesi düşeyde
gösterilerek malzemenin granülometri eğrisi çizilir.
Bir granülometri eğrisinden,
malzemelerin %50 sini
geçiren çap, medyan çap
D50, kolaylıkla okunabilir.
Ortalama dane çapı:
Burada Pi herhangi bir Di çapındaki malzeme yüzdesini gösterir ve bu Pi
değerleri granülometri eğrisinden okunur.
Danenin Çökelme Hızı:
Bir parçacığın su içinde çökelme (düşme) hızı →
- askı maddesi hareketinin incelenmesinde
- akarsudaki yığılma problemlerinde
- Çökelmeye parçacığın ve akımın özellikleri etki eder.
- Parçacığın biçimi, özgül ağırlığı ile akımın rejimi, askı maddesi
konsantrasyonu, suyun sıcaklığı gibi değişkenler çökelme hızına etki
eden faktörlerdir.
- Durgun bir suya bırakılan küresel bir parçacığın başlangıçta sıfır olan
hızı, G ağırlığının etkisi ile giderek artar.
- Bunun yanında hareket yönüne zıt yönde etki eden F direnç kuvveti ise
hızın karesi ile doğru orantılı olarak artar.
G ve F kuvvetleri eşit olduğu anda ivme sıfır olur ve dane o andaki hızı ile
düşmeye devam eder. İşte danenin sabit hıza eriştiği bu denge
durumundaki hızına çökelme hızı denir.
► Denge durumu:
Çökelme hızı:
Küre için ve küçük
Reynolds sayılarında,
laminer akımlarda
Stokes kanunu
Çapı 0,06 mm den büyük
parçacıklar için kullanılmamalıdır.
Türbülanslı akımlarda
ONEMLI IFADE
3.5.2. Askı Maddesi Miktarının Hesabı
Akarsuda askı halinde hareket eden maddeler, bir yandan çökelme hızı
dolayısı ile aşağıya inerken, öbür yandan türbülans etkisi ile yukanya
çıkarlar. Böylece su içinde askıda ve bir bakıma dengede kalırlar.
Bu denge bir boyutlu bir akımda şöyle yazılabilir:
C: Tabandan itibaren herhangi bir z kotundaki
noktada konsantrasyon değerini gösterir
εs : askı maddesi difüzyon (karışım) katsayıdır.
► Türbülans akımlı açık kanallarda
k z: karışım boyu
k: Von Karman katsayısı (0,4 alınabilir).
εs değeri yukarıda yerine konur ve gerekli düzenlemeler yapılırsa bir düşeydeki
askı maddesi konsantrasyonu için
çökelme hızı parametresi
Ca ise z=a kotundaki askı maddesi konsantrasyonudur.
İntegral sonucunda
Şekil 3.8: C/Ca Oranının Bulunması İçin Grafik:
α değerleri
Yukarıdaki bağıntının kullanılmasında aşağıdaki hususlar gözönüne alınmalıdır.
1- Tabandan a kadar yukarıdaki noktalarda askı maddesi konsantrasyonu
bilinmelidir. Genellikle a tabandan bir ölçme aleti mesafesi kadar yukarıdadır
ve a=0.05 h alınır ve tabana çok yakın olmamalıdır Çünkü z=a kotunun
altında sadece sürüntü maddesi hareketi vardır.
2- Tabana çok yakın yerlerde önemli bir problem ortaya çıkmaktadır. Şöyle ki
z=0 için C → ∞ ve fiziksel olarak imkansızdır. Çünkü C boyutsuz olarak
en fazla 0.6 olabilmektedir.
3- Yukarıdaki εs bağıntısında z=0 için εs=0 olması gerçeğe uymaz. Böyle bir
durum tabanda hiçbir alışveriş (değişim) olmadığını gösterir ki doğru değildir.
4. Sistemi kurarken tabanın yerini belirlemek zordur. Bu problemi laboratuvar
kanallarında çözerken taban katı bir cisim gibi alınabilir.
5. z=h için eşitliğinden C=0 bulunur. Bu ise gerçekle bağdaşmaz.
Akım alanı içinde istenen noktalarda C konsantrasyonları bulunduktan sonra
birim genişlikten geçen askı maddesi debisi:
Bütün kesitlen geçen askı maddesi miktan ise
: Bütün kesit için ortalama konsantrasyon değeridir.
b & h: akarsu yatağının genişliği ve derinliğidir.
Pratikte askı maddesi miktarının hesabı aşağıdaki sıra ile yapılır:
3.5.3. Sürüntü Maddesi Miktarının Hesabı
İlk defa Du Soys 1879 da aşağıdaki formülü geliştirmiştir:
Schoklitsch formülü (1930):
Meyer-Peter ve Müller formülü (1948):
n: Manning pürüzlülük katsayısı,
n‘: Danelerin pürüzlülük katsayısı,
Qt : Akımın taban genişliğine karşı gelen kısmıdır.
Pratikte
D90 : metre cinsinden malzemenin
%90'ını geçiren elek çapıdır.
► (n'/n) = 0.5 ile 1.0
► Akarsu tabanı düz ise bu oran 1, eşik ve ters eşiklerde 0.5 olmaktadır.
Einstein-Brown formülü (1950):
■ Burada
v suyun kinematik viskazitesi, ɸ ve K ise boyutsuz büyüklüklerdir.
Bağıntı boyut bakımından homojen olmakla birlikte, qs (m3/s/m), g(m/s2),
Ɣs (kg/m3), alınması metrik birim sisteminde uygun olur.
Formüllerin Değerlendirmesi:
♦ Schoklitsch formülü ova akarsulannda iyi sonuç vermemektedir.
♦ Meyer-Peter ve Müller formülünde karakteristik dane çapı olarak taban
malzemesinin ortalama dane çapı alınır. Çeşitli akarsulara uygulanmış ve taban
malzemeleri iri olan ve özellikle taşkınlar sırasında taşınan sürüntü maddesi için iyi
sonuç verdiği tesbit edilmiştir.
♦Einstein-Brown formülünde karakteristik dane çapı D50 dir. Bu formül çıkarılırken
çeşitli veriler kullanılmış olduğundan oldukça iyi sonuç verir.
♦Genellikle Einstein-Brown formülü gerçekte olandan fazla, Schoklitsch ve
MeyerPeter ve Müller formülleri ise daha az değerler vermektedirler.
Toplam katı madde bağıntısına benzer biçimde sürüntü maddesi formülleri
SINIF UYGULAMALARI:

similar documents