BÖLÜM 2 AKARSU MORFOLOJİSİ.

... konulu sunumlar: "BÖLÜM 2 AKARSU MORFOLOJİSİ."— Sunum transkripti:

1 BÖLÜM 2 AKARSU MORFOLOJİSİ

2 GENEL BİLGİLER 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

3 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.

4 Bir Akarsuyun Planı

5 Havza Eğimi: Akarsu Eğimi:
Havzadaki hidrolojik olaylara havzanın eğimi önemli ölçüde etki etmektedir. ► Yöntem: Şeffaf bir kağıt kullanma... 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.

6 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. 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.

7 2.3. AKARSU YATAĞININ OLUŞUMU
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)

8 ► Bir akarsu vadisinde kıvrımların dış sınırlarına çizilen tegetlerin oluşturduğu arazi şeridinin genişliği genellikle normal akarsu yatak genişliğinin 10 ile 20 katı büyüklüğündedir.

9 2.4. AKARSU YATAĞININ DENGESİ
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)

10 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:

11 Baraj yapım 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.

12 Denge Bozucu Etkenler A. Doğal Etkenler:
■ Tarihte birçok nehrin akışının deprem ve tektonik faaliyetler gibi doğal etkenlerle değiştiği bilinmektedir.

13 B. Yapay Etkenler:

14 AKARSULARDA KATI MADDE HAREKETİ

15 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.

16 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.

17 ► 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

18 Dane Biçimi: Aşağıda verilen parametreler parçacığın şeklini karakterize eder. Bunlardan birincisi çökelme hızının belirlenmesinde kullanılır. 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

19 Stokes kanunu Çapı 0,06 mm den büyük parçacıklar için kullanılmamalıdır. Türbülanslı akımlarda

20

21

22

23

24

25

26

27 εs : askı maddesi difüzyon (karışım) katsayıdır.
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.

28 ► 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

29 Şekil 3.8: C/Ca Oranının Bulunması İçin Grafik:
α değerleri

30 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.

31 Bütün kesitlen geçen askı maddesi miktarı ise
Akım alanı içinde istenen noktalarda C konsantrasyonları bulunduktan sonra birim genişlikten geçen askı maddesi debisi: Bütün kesitlen geçen askı maddesi miktarı ise : Bütün kesit için ortalama konsantrasyon değeridir. b & h: akarsu yatağının genişliği ve derinliğidir.

32 Pratikte askı maddesi miktarının hesabı aşağıdaki sıra ile yapılır:

33 İlk defa Du Boys 1879 da aşağıdaki formülü geliştirmiştir:
Sürüntü Maddesi Miktarının Hesabı İlk defa Du Boys 1879 da aşağıdaki formülü geliştirmiştir: Schoklitsch formülü (1930):

34 n: Manning pürüzlülük katsayısı, n‘: Danelerin pürüzlülük katsayısı,
Meyer-Peter ve Müller formülü (1948): n: Manning pürüzlülük katsayısı, n‘: Danelerin pürüzlülük katsayısı, Qt : Akımın taban genişliğine karşı gelen kısmıdır. D90 : metre cinsinden malzemenin %90'ını geçiren elek çapıdır. Pratikte ► (n'/n) = 0.5 ile 1.0 ► Akarsu tabanı düz ise bu oran 1, eşik ve ters eşiklerde 0.5 olmaktadır.

35 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.

36 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