1

1

• SINAV ve ÖDEVLER• 1 Vize : % 50• Ödevler ve sınıf içi aktivite (%10)

• 1 Final : % 40

• Sınavlarda tam doğru cevap istenecek olup gidiş yolundan puan verilmeyecektir. Bu nedenle ezberden k k lkaçınıp sizi çözüme götürecek olan işleyiş mantığını anlamaya gayret sarf ediniz.

2

2

DERS İŞLEYİŞİ

Slaytlarla anlatım …

3

Ders notları 

DERS İŞLEYİŞİ

Ders notları internette olacak ancak notlardaki eksik yerleri sınıfta tamamlayacaksınız.

4

3

DERS İŞLEYİŞİ

Derse gelenler ders Derse gelenler ders notu ve hesap makinesi yoksa sınıfa alınmayacak..

5

DERSE BENDEN 5DAKİKA SONRA  GELEN ARKADAŞGELEN ARKADAŞ LÜTFEN SINIFA GİRMESİN !!! SONRAKİ DERSE GELSİN …

6

4

DERS SÜRESİNCE CEP TELEFONLARINIZI SESSİZ KONUMA ALINIZ…

7

LÜTFEN DERSE TURİST GİBİ GELMEYİN…

Devamsızlık:13. Saat’den sonra dersegelmeyin..

6 saat ve altında ise Final +5

8

5

Ders İçeriği1. GİRİŞ1.1.Hidrolojinin Tanımı, İnşaat Mühendisliğindeki Yeri Önemi1.2Hidrolojinin Metotları

4. SIZMA4.1 Sızma Kapasitesi4.2 Sızma Hızı4 3 Sızma İndisleri1.3 Hidrolojik Çevrim

1.4Hidrolojinin Temel Denklemleri

2. YAĞIŞ2.1 Yağışın Oluşumu2.2 Yağışın Ölçümü2.3 Yağış Verilerinin Analizi2.5Muhtemel Maksimum Yağış2.6 Kar Örtüsü ve Kar Erimesi

4.3 Sızma İndisleri

5. YERALTI SUYU5.1 Yeraltı Suyunun Oluşumu5.2 Akiferlerin Depolama Özellikleri5.3 Yer altı Suyu Akımının Esasları5.4 Yeraltu Suyu Akımı Denklemleri5.6 Çözüm Metotları5.7 Hidrolik İletkenliğin Ölçülmesi

3. BUHARLAŞMA VE TERLEME3.1 Buharlaşmayı Etkileyen Faktörler3.2 Buharlaşmanın Ölçümü3.1 Buharlaşma Tayin Metotları3.2 Evapotranspirasyon Tahmini

9

6. AKIM ÖLÇÜMLERİ VE VERİLERİN ANALİZİ6.1 Seviye ve Su Yüzü Eğimi Ölçümleri6.2Hız, Kesit ve Debi Ölçümleri6.3 Anahtar Eğrisi6.4 Akış Kayıtlarının Analizi6.5 Sızma Hızı6 6 Sızma İndisleri

8. HİDROGRAF ANALİZİ8.1Hidrografın Elemanları8.2 Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması8.3 Akarsu Havzasının Sistem Olarak İncelenmesi8.4 Birim Hidrograf8 5 Sentetik Birim Hidrograf6.6 Sızma İndisleri

7. YÜZEYSEL AKIŞ7.1 Havza Alanı, Sınırı, Şekli ve Eğimi7.2Havzanın Drenaj Karakteristikleri7.3 Akışın Kısımlara Ayrılması7.4 Akış‐Yağış Bağıntıları7.5 Gecikme Zamanı7.6 Rasyonel Metot7.7 SCS Metodu

8.5 Sentetik Birim Hidrograf8.6Hidrografın Akarsu Boyunca Ötelenmesi8.7 Hidrografın Haznede Ötelenmesi

9. HİDROLOJİDE İSTATİSTİK ANALİZLER9.1 Tanımlar9.2 Olasılık9.3 Frekans Dağılımı9.4 Olasılık Dağılımı9.5 Dağılımların Parametreleri9.6 Olasılık Dağılım Fonksiyonları9.7 Taşkın Frekans Analizi9.8 Regrasyon Analizi

10

6

KaynaklarHidroloji, Prof. Dr. Mehmetçik Bayazıt, Birsen Yayınevi, 2011.Hidroloji Uygulamaları, Prof. Dr. Mehmetçik Bayazıt, Prof. Dr. İlhan Avcı, Prof. Dr. Zekai Şen, Birsen Yayınevi, 2009.

Yardımcı Kaynaklar:

Mühendislik Hidrolojisi, Prof. Dr. Nurünnisa Usul, ODTÜ Yayıncılık, 2008.Hidroloji ve Meskun Bölge Drenajı, Prof. Dr. Yılmaz Muslu, İstanbul Teknik Üni., Sayı: 1527, 1993.Su Bilimi Temel Konuları, Prof. Dr. Zekai Şen, Su Vakfı Yayınları, 2002.

Suyun önümüzdeki yüzyılın en önemli konularından biri olacağı ve buna bağlı gelişmelerinde daha şimdiden konuşularak suyun dünyada petrolden daha pahalı ve önemli olacağınoktalarında değişik görüşler ileriye sürülmektedir. Özellikle, çevre kirlenmesinin büyükbir kısmını teşkil eden su kaynaklarının, deniz ve göllerin kirlenmesi ile gittikçe daralanfaydalanabilir su haznelerinin azalması ile su kaynaklarına olan ilgi geçmişten daha daönemli bir şekilde artmaktadır.

İlk çağlardan beri insanlar günlük hayatlarını sürdürebilmek için özellikle ırmak ve nehirgibi akarsu kenarında yerleşim bölgeleri kurmuşlardır. Böylece suyun içme, tarım veulaşımda sağladığı faydalarının yanında ticaret faaliyetlerini de geliştirmişlerdir.

Yukarıdan sayılan faaliyetler sırasında insanoğlu yağış, sıcaklık ve buharlaşma gibifaktörlerdeki değişimlerin suyun bolluğu ve kıtlığı ile alakalı olduğunu anlamış vebunların zamanla olan salınımlarını yorumlayarak incelemiştir. Eski devirlerde insanlarhenüz su çevriminin varlığından bile haberdar değillerdir. Buna rağmen ayrıntılarınıbilmeden bile olsa yeryüzünde akarsuların hidrolojik olaylardan etkilendiğinikavramışlardır.

İnsanoğlu değişik faaliyetlerde su ile iç içe olmuştur. Suların kirlenmesi, hastalıkların sularlabulaşması, taşkınlar, nehir taşımacılığı, suların arıtılması, suların kurak zamanlardakullanımı için biriktirilmesi örnek olarak verilebilir.

Sanayi devriminin gelişerek bütün dünyaya yayılması ile suya olan talep daha da artmıştır.Çünkü, içme ve tarımda ihtiyaç duyulan su miktarlarına ilave olarak, bir de sanayide çokmiktarda su kullanılmasına başlanınca, barajlar gibi çok büyük biriktirme haznelerinininşa edilmesine ve böylece çok büyük su hacimlerinin biriktirilerek kullanılmasınabaşlanmıştır. 12

7

BÖLÜM 1

GİRİŞGİRİŞ

1.1. Hidrolojinin Tanımı

Su bilimi anlamına gelen hidroloji atmosferin aşağı tabakalarındabulunan suyun ortaya çıkışını çevrimini dağılımını bunlarınbulunan suyun ortaya çıkışını, çevrimini, dağılımını, bunlarınfiziksel ve kimyasal özelliklerine ilaveten içinde bulundukları çevreve canlılarla olan karşılıklı ilişkilerini inceleyen temel ve uygulamalıbir bilim dalıdır.

Bu tanımı ile hidroloji, suyun tüm zaman ve konumlardaki atmosfer(havaküre), litosfer (kayaküre), hidrosfer (suküre) ve biosfer(canlıküre) durumları ile en genel anlamda alakalıdır.

8

Hidroloji genel olarak gözlemlere dayanan bilim dalı olup yapılantahminlerdeki isabet yüzdesi, sağlıklı ölçüm ve fiziksel yorumlardangeçer.

Hidroloji bilimi yeryüzüne ulaşan yağışların alan ve zamanla olandağılımını, hareketini ve bulunuşunu inceleyerek bunları sistematikhale getirir. Sonra insanlar için yararlı ve suya bağımlı faaliyetlerid ü z e n l e y e r e k ç ö z ü m ö n e r i l e r i ü r e t i r .

Örneğin; taşkınlardan korunma amacıyla yapılacak bir barajınh b d ö ö ü l (100 l ibi) b lli bi ü i i dhesabında, göz önüne alınan (100 yıl gibi) belli bir süre içindegörülebilecek en büyük taşkının tahmini gerekir. Öte yandan birhidroelektrik tesisinin güvenilir gücünün belirlenmesi için de akarsudayılda (180 gün gibi) belli bir süre mevcut olan debi tahmin edilmelidir.

15

Su ile ilgili her türlü mühendislik çalışmaları “ su kaynaklarının geliştirilmesi " adı altında toplanmaktadır. Bu çalışmaların amaçları:

1.2. Hidrolojinin Önemi

a. Suyun kullanılması için yapılan çalışmalar: Su getirme, sulama, su kuvveti tesisleri, akarsularda ulaşım vb..

b. Su miktarının kontrolü çalışmaları: Taşkın zararlarının azaltılması ve önlenmesi, drenaj (kurutma) ve kanalizasyon tesisleri vb..

c. Su kalitesinin kontrolü çalışmaları: Suyun kirlenmesinin azaltılması ve mümkünse önlenmesi için yapılan koruyucu tesisler ve arıtma yapıları vb..

Bütün bu çalışmalar için yapılacak tesislerin planlama, projelendirme, inşaat ve işletme aşamalarında hidroloji bilimi hayati bir öneme sahiptir.

16

9

1.3. Hidrolojik Çalışmaların Safhaları

a. Gözlem ve Ölçümlerin Yapılması

İb. Verilerin İşlenmesi

c. İstatistik Analiz Tekniklerinin Verilere Uygulanması

d. Matematik Modellerin Kurulması

1.4. Hidrolojik Çevrim

Tabiatta değişik durumlarda (katı, sıvı ve gaz) bulunan su, sürekli

bir dolaşım halindedir. Suyun tabiatta dolaştığı yolların tümüne

"hidrolojik çevrim" adı verilir. 17

Hidrolojik Çevrim

10

Hidrolojik Çevrim19

Sistem Kavramı

Şekildeki diyagramda kullanılan sistem kavramı hidrolojikçalışmalarda önem taşır.Sistem, düzenli bir şekilde birbirleriyle ilişkili olan veçevresinden belli bir sınırla ayrılan bileşenler takımı olaraktanımlanır.Sistemi çevresinden ayıran sınırın çizilmesi incelenenproblemin özelliklerine bağlıdır. Hidrolojik çalışmalarda gözönüne alınan sistem bir akarsu havzasının bir bölümüolabileceği gibi bir havzanın tümü de olabilir, birkaç havza birarada bir sistem olarak da düşünülebilir. Bir sistemin çevresiyleolan ilişkileri girdi ve çıktı vektörleriyle belirlenir. 20

11

Havza sınırlarının belirlenmesi için arazinin topoğrafik haritalarıharitaları sayısallaştırılarak 3 boyutlu sayısal yükseklik modeli çıkarılır.

21

Havza sınırı

12

Karla kaplı alanlar için uydu görüntüleri

2003 yılı Nisan ayı Landsat 7 ETM+ uydu görüntüsü

23

Alt havza sınırları ve yükseklik zonları

AkımGözlem İstasyonu Yağış Alanı (km²)

Köşk Dere‐Köşk A.G.İ 77,20

Büyük Çay‐Karagöbek A.G.İ 77,80

Kırkgöze‐Çipak A.G.İ. 233,20

13

Mühendislik Hidrolojisi Bakımından Hidrolojik Çevrim

25

Güneş enerjisi ve yerçekimi kuvvetlerinin karmaşık etkileri sonucu katı,sıvı, gaz hallerinden birinde bulunan su; havaküre, kayaküre ve suküre(hidrosfer) arasında hiç durmadan dolaşıp durur. Eğer bu dolaşımduracak olsaydı dünyada canlı hayatına rastlamak mümkün olmazdı.

Güneşten gelen ışınımların yeryüzüne ulaşması ile beraber serbest suyüzeyindeki moleküllerin kinetik enerjileri artar. Sonunda bazıları sukütlesinden koparak havaya geçer. Böylece, su yüzeyindeki sıcak havakütlesinin yukarı doğru yükselirken soğuması ve yoğunlaşmasısonucunda bulutlar meydana gelir. Yatay hava kütleleri “rüzgarlar”sayesinde bulutlar ve nemli hava, karaların içlerine doğru sürüklenir.Bunun sonucunda gittikçe soğuyan bulutlar, hele önlerine bir de yüksekBunun sonucunda gittikçe soğuyan bulutlar, hele önlerine bir de yüksekdağlar çıkarsa mecburi olarak daha da yükseklere çıkmak durumundakalırlar. Böylece daha da soğuyan bulut içindeki su buharları yoğunlaşırve yerçekimine karşı koyamayarak, ağırlık kazanarak yağış halindeaşağı doğru düşmeye başlar.

26

14

Yeryüzüne çarpan bu yağışlar kar veya dolu ise eriyerek gecikmeliolarak, ancak yağmur ise hemen yüzeysel akışa geçerler. Böylecesırası ile dereler, onların birleşmesi ile çaylar, daha sonra ırmak venehirler ile sonunda yine serbest yüzlü su kütlesi olan deniz veyanehirler ile sonunda yine serbest yüzlü su kütlesi olan deniz veyagöllere ulaşarak o küçük ölçekteki arazi parçası üzerinde en büyükd e n i l e c e k b i r s u ç e v r i m i n i t a m a m l a m ı ş o l u r .

Atmosferi oluşturan gazların hacim itibari ile %78’i azot, %21’i oksijen ve geri kalanı çok az yüzdesi de diğer asal gazlardır.

Yeryüzü yakınlarında sıcaklık genel olarak yükseklikle gittikçe azalırYeryüzü yakınlarında sıcaklık genel olarak yükseklikle gittikçe azalır. İşte bu azalmanın durduğu yüksekliğe kadar olan atmosfer kısmına “TROPOSFER” denir.Troposfer, hava kütleleri hareketlerinin olduğu, suyu sıvı, gaz ve katı hallerde bulunabildiği bölgedir. Ekvatorda 16 km olan bu değer, kutuplara doğru azalarak 8 km’ye kadar düşer.

27

TanımlarSu Buharı Basıncı: Su buharının herhangi bir yerde oluşturduğu basınca denir. Nemli yerlerde su buharı basıncı kuru olan yer ve zamanlardaki basınçtan daha fazladır.Adyabatik Soğuma: Suya doymamış olan hava yeryüzünden yükseklereAdyabatik Soğuma: Suya doymamış olan hava yeryüzünden yükseklere doğru konveksiyon veya başka sebeplerle taşınırken, yüksek noktalarda basıncın azalması ile genişler. Yeryüzüne yakın kısımlar hariç, bu genleşme “Adyabatiktir”. Yani havaya dış kaynaklardan ne ısı girer, ne de hava kütlesinden dışarıya ısı enerjisi çekilir. Genleşme olayı sırasında iş haline dönüşen bir kısım ısı enerjisi sebebi ile sıcaklık düşer. Sıcaklıktaki bu azalmaya “ADYABATİK SOĞUMA” denir. Nem: Havada buhar halinde bulunan su miktarı ölçüsü.Radyosonde: Sıcaklığın yükseklikle değişiminin ölçülmesinde kullanılır.Anomometre: Rüzgar hızı ölçülür.Güneşlenme Süresi ve Güneş Enerjisi: Atmosferdeki enerji güneşten sağlanmakta ve elektromanyetik dalgalar şeklinde dünyaya ulaşır. Bir yörede bir günde ne kadar süre güneşlenme olduğunu ölçmek için helyograf adı verilen cihaz kullanılır. Güneş enerjisini ölçmek için ise aktinometre ve aktinograf adı verilen cihazlar kullanılır.

28

15

SİSTEM KAVRAMI (devam)

Sistem, düzenli bir şekilde birbirleriyle ilişkili olan ve çevresinden

belli bir sınırla ayrılan bileşenler takımı olarak tanımlanırbelli bir sınırla ayrılan bileşenler takımı olarak tanımlanır.

Bir biriktirme sisteminin girdileri (x) sisteme çevresinden giren sular, çıktıları (y) ise sistemden çevreye çıkan sulardır. Sistemi herhangi bir andaki durumunu sistemde o anda depolanmış olan (S) su miktarı belirler. Sistem, o andaki durumuna göre girdileri çıktılara dönüştürür.

29

HİDROLOJİNİN TEMEL DENKLEMLERİ(1) Kütlenin Korunumu:

“Hidrolojik çevrimin herhangi bir parçasında su miktarının korunduğunu gösteren süreklilik denklemine götürür (su dengesi, su bütçesi).

► Bu denklemde,

x: göz önüne alınan hidrolojik sisteme birim zamanda giren su miktarı, y: birim zamanda sistemden çıkan su miktarı,

S: sistemde birikmiş su miktarıdır.

►Bu denklem herhangi sonlu bir ∆t zaman aralığındaki değerler (X,Y) göz►Bu denklem herhangi sonlu bir ∆t zaman aralığındaki değerler (X,Y) göz önüne alınarak da yazılabilir:

30

16

Yerküresinin Su Dengesi

► Doğa su miktarı bakımından dinamik denge halindedir. Su tükenmez bir doğal kaynak olup yer küresindeki toplam su miktarı zamanla değişmezdoğal kaynak olup yer küresindeki toplam su miktarı zamanla değişmez.

► Yeryüzünde bir yılda düşen yağış, o yıl içinde buharlaşarak havaya geri dönen su miktarına eşittir.

- Bu miktar ortalama olarak yılda 100 cm kadardır.

31

Belli uzunluktaki bir zamandiliminde, örneğin bir yılda,dünyadaki su miktarı dengededir.Başka bir deyişle, yeryüzüne biryılda düşen toplam yağış miktarıyla

l i i d l t l

su yüzeylerinden buharlaşan yıllık su miktarları, su derinliği cinsinden cmolarak sunulmuştur. Bu şemadan, karalar üzerine yılda ortalama 72 cm,okyanuslar üzerine ise yılda ortalama 112 cm yağış düştüğünü görmekteyiz.Aynı şekilde okyanuslardan yılda ortalama 125 cm buharlaşma olurken,karalarda bu değer 41 cm kadardır. Okyanuslarda yağışla buharlaşma

aynı yıl içinde oluşan toplambuharlaşma miktarı aynıdır. Buşemada yeryüzüne düşen ve

karalarda bu değer 41 cm kadardır. Okyanuslarda yağışla buharlaşmaarasındaki yıllık 13 cm olan eksik miktar, karalardan gelen yıllık 13 cmyağışla dengelenir. Bu miktar, basit olarak şöyle bulunmaktadır:31*30/70=13 cm. Burada, 31 cm, karalardaki yağış ve buharlaşma farkı,30/70 oranı ise yeryüzündeki kara ve okyanus alanlarının oranını verir.

32

17

Herhangi bir anda suyun yerküresinin çeşitli kısımları arasında dağılımı:

►Türkiye : yağış halinde düşen ortalama 509 109 m3 suyun %38 i(186,5 109 m3) akarsularda akış haline geçer. Türkiye’nin kullanılabilir yeraltı suyu potansiyelinin ise yılda 95 109 m3 olduğu tahmin edilmektedir.

Tuzlu Sular (% 97,39)

Tatlı Sular (% 2,61)

B ll (% 77 23)Buzullar (% 77,23)

Yer altı Suları (% 22,21)

Nehirler, Göller vs..(% 0,56)

34

18

(2) Enerjinin KorunumuIsı ile ilgili hidrlojik olayların (buharlaşma, karın erimesi gibi) incelenmesinde kullanılır.

35

Yerkürenin Isı Dengesi Atmosferin üst sınırına güneşten gelen ısının ortalama değeri yaklaşıkolarak sabit olup güneş ışınlarına dik bir düzlemde yaklaşık olarakdakikada 2 kal/cm2’dir, bu kısa dalga boylu ışınlar halindedir. Bir gündegelen toplam enerji miktarı mevsime göre değişir. 40 derece enlemindebu değer kışın 326 kal/cm2, yazın 1021 kal/cm2 dir. Güneşten gelenenerjinin %33’ü atmosfer tarafından yansıtılır. %22 kadarı hava ve sub h l küll i t f d t t l k ( b i ) t f d k lbuharı molekülleri tarafından tutularak (absorpsiyon) atmosferde kalır.Böylece güneşten gelen ısının %45’i doğrudan doğruya, ya da atmosfert a r a f ı n d a n d a ğ ı t ı l a r a k y e r y ü z ü n e u l a ş ı r .

ALBEDO:Bitki:%5-25Su:%5-15Kar:%50-90

Öte yandan ısınan yerküresi, sıcaklığı düşük (ortalama 15 oC) olduğu için atmosfere uzun dalga boylu ışınlar yayar. Yeryüzündenatmosfere giden ve geri dönen enerji gelen kısa dalga boylu ışınların enerjisinin 2,5-3 katı kadardır. Atmosferin ısınmasında uzundalga boylu ışınların etkisi daha fazladır. 36

19

Örnek:Yüzey alanı 40 km2 olan bir gölde Haziran ayında göleYüzey alanı 40 km olan bir gölde Haziran ayında gölegiren akarsuyun ortalama debisi 0,56 m3/s , göldençıkan suyun ortalama debisi 0,48 m3/ s olarakölçülmüştür. Aylık yağış yüksekligi 45 mm, buharlaşmayüksekliği 105 mm dir. Gölün tabanından ay boyuncasızma yüksekliği 25 mm olarak tahmin edilmiştir. Bu ayboyunca göldeki su hacminin ne kadar değiştiğiniboyunca göldeki su hacminin ne kadar değiştiğinihesaplayınız.

37

38

20

Ö k

Y2

Y1

Y1Örnek:1970 yılı Temmuz ayında Hirfanlı barajı biriktirmehaznesinin yüzey alanı 400 km2 ’dir. Bu ay boyuncahaznede depolanan su hacminde 150X l06 m3 azalmaolmuştur. Barajın yakınındaki bir buharlaşmaleğeninde bu ayın buharlaşma yüksekliği 20 cm olarak

X

leğeninde bu ayın buharlaşma yüksekliği 20 cm olarakölçülmüştür. Temmuz ayı için leğen katsayısı 0,75 dir.Bu ayda barajın çıkışında ölçülen ortalama debi 130m3/s’dir. Buna göre Hirfanlı barajının girişindeKızılırmak nehrinin o aydaki ortalama debisinihesaplayınız. 39

40

21

Örnek:Bir şehrin. su ihtiyacını karşılamak için yapılan birBir şehrin. su ihtiyacını karşılamak için yapılan birhaznenin yüzey alanı 17 km2 dir. Hazneyi besleyenakarsuyun havza alanı 50 km2 dir. Günlük ortalama suihtiyacı 4,9 . 104 m3 dür. Yıllık yağış yüksekliğinin 88cm), yıllık buharlaşma yüksekliğinin 125 cm ve yıllıkakış yüksekliğinin 33 cm olduğu bir yılda hazneninhacminde ne kadar düşme olur?hacminde ne kadar düşme olur?

41

42

22

ÖDEV 1: Demir köprü baraj gölünde 1971 yılı haziran ayı başında 495.5 milyonm3 su bulunmaktadır. Bu ay boyunca gediz nehrinin baraj gölüne

ti diği t l d bi 15 8 3/ di H i d öld 8 5 il

ÖDEV

getirdiği ortalama debi 15.8 m3/s dir. Haziran ayında gölden 8.5 milyonm3 su buharlaşmıştır,göl üzerine yağış düşmemiştir. Enerji üretimi içinbu ay baraj gölünden 50.5 milyon m3 su çekilmiştir. Haziran ayı sonundagölde 476.4 milyon m3 su bulunduğu bilindiğine göre, baraj gölünden1 ay boyunca ne kadar sızıntı olmuştur?

ÖDEV 2:Yerküresinde karaların alanı 148.9x106 km2, denizlerin alanı 361.1x106

km2 dir. Karalar üzerinde yıllık ortalama yağış yüksekliği 746 mm,buharlaşma yüksekliği 480 mm’dir. Denizler üzerinde yıllık ortalamayağış yüksekliği 1066 mm dir. Buna göre akarsuların her yıl denizleretaşıdıkları ortalama su hacmini ve denizlerdeki yıllık buharlaşmayüksekliğini bulunuz?

43