Hidroloji

Dr. Ayfer ÖZDEMİRayferozdemir@ormansu.gov.trozdemir.ayfer@gmail.com.tr

Ben Kimim?

Temel Kurallar

Neden Buradayız?

Ders İçeriği

Sınavlar ve notlandırma

Giriş: Hidroloji Nedir?

Ders Hakkında Genel Bilgi

Ders kitaplarını okumak

Kaynaklar

1. Chow, V.T., D.R. Maidment und L.W. Mays (1988) Applied Hydrology, New York u.a.,

McGraw-Hill.2. Bayazıt M. (2003). “Hidroloji”, Birsen Yayınevi. ISBN: 975-511-364-9

3. Dingman, S.L., (1994) Physical Hydrology, 2nd ed., Upper Saddle River, N.J., Prentice

Hall

4. Mc. Cuen, R.H., 1998, Hydrologic Analysis and Design, Prentice Hall, Second Ed. USA.

5. Ralph A. Wurbs , Wesley P. James , Wesley James, Water Resources Engineering,

Prentice Hall, 2001.

Derse katılım

- Dersi dinleme ve soru sorma

- Ödevleri yapmak

- Sınavlar, ekstra ödevler

TE

ME

L K

UR

AL

LA

R

Ders sırasında, Lütfen :

Cep telefonlarınız kapatmayı ya da sesini kapatmayı unutmayın

Ders dokümanı dışında birşeyler okumayın

Konuşmayın

Uyumayın

Tüm öğrenciler tarafından zorunluluklar:

TE

ME

L K

UR

AL

LA

R

Tüm öğrenciler tarafından zorunluluklar:

Ders sırasında, Lütfen :

Anlamadığınız herşeyi SORUN

Tartışmalara katılın

Derste yapılan çalışmalara katılın

TE

ME

L K

UR

AL

LA

R

İnşaat Mühendislerinin hidroloji bilgisine sahip olması ihtiyacı

Mezun olmak

Sadece Merak

Muhtemelen hiçbir fikriniz yok

NE

DE

N B

UR

AD

AY

IZ

?

Jeoloji Mühendisi (2003) Araştırma Görevlisi Research assistant (2006-2011) Jeoloji Mühendisi(2011-2012) DSI Jeoloji Mühendisi (2012-…)Orman ve Su İşleri Bakanlığı

Su Yönetimi Genel Müdürlüğü Modelleme Şube Müdürü

Çalışma Alanları Jeoloji Petrol rezervuar jeolojisi CBS ve Uzaktan Algılama Yeraltısuyu Hidroloji Su Kaynakları Modellemesi

Be

n K

im

im

?

Sınavlar:

• 2 vize, 1 final• Vize sınavlarından önce konular

belirtilecek• Final sınavı bütün konuları kapsayacak

SIN

AV

LA

R&

NO

TL

AN

DIR

MA

TELAFİ SINAVI

Sağlık raporu haricinde YOK!!!

DÖNEM SONU ÖDEVİ

OpsiyonelHenüz karar vermedim!!!

SIN

AV

LA

R&

NO

TLA

ND

IR

MA

AMAÇLAR

Ders kataloğu tanımı:

Bu dersi ile İnşaat Mühendisliği formasyonualacak öğrencilere, mühendislikhidrolojisinin temel özellikleri, hidrolojiksüreçlerle beraber sanayi, tarım ve evselamaçlarla tekrar kullanım için su toplayanya da dağıtan su temin sistemlerinin temelkavramlarını öğretmek amaçlanmaktadır

Hidrolojik çevrim: Küresel su kaynakları, su dengesi, hidrolojik süreçlerin mekansal ve zamansal boyutu

Yağış: Yağış mekanizmaları yağmur ölçümü, yağış mekansal / zamansal dağılımı, yağış rejimleri, noktasal yağış / alansal yağış

Buharlaşma ve evapotranspirasyon süreçleri, ölçme ve değerlendirmesi

Sızma: Ölçme, Horton denklemi, deneysel ve kavramsal yöntemleri, F-index ve yüzde yöntemi, SCS-CN yöntemi.

Havza özellikleri: havza alanının morfolojisi, topografik ve yeraltı su havzası

Yüzeysel ve yakın yüzey drenajı: Yüzeysel akış, doymuş yüzey akışı, akıntı ölçümü, hidrolojik rejim, hidrograf ve analizi, taban akışının ayrılması, doğrudan akış, kar erimesi, anahtar eğrisi, akış rejimi

Madde deşarjı ve taşınımı: su toprak erozyonu, toprak erozyonu, sediment taşınımı hesaplanması

Yağış-akış modelleri (N-A) Taşkın tahmini: Ampirik formüller, taşkın frekans analizi,

bölgeselleşme teknikleri

KO

NU

LA

R

Mühendislik hidrolojisinin temel özelliklerini bilir, Su temini ve tahsisinin genel ilkeleri hakkında bilgi

sahibi olur, Kütle, momentum ve enerji korunumu ilkelerini akış

problemlerine uygular, Hidrolik yapıların boyutlandırılması ve su kaynaklarının

yönetimi için hidrolojik değişkenleri tahmin yöntemlerini uygular.

AMAÇLAR

HİDROLOJİ NEDİR?

“Hidroloji, yerkürede ve çevresinde suyun çevrimi,dağılımı, fiziksel ve kimyasal özelliklerini (su kalitesi),çevre ve canılar ile karşılıklı ilişkilerini (ekoloji)inceleyen uygulamalı bir bilimdir.”

Hidrolojinin Alt Konuları• Oşinografi (Deniz bilimi)

• Limnoloji (İç su bilimi)

• Potamoloji (Akarsu bilimi)

Hidroloji ile Kesişen Bilimlere

Örnekler• Jeoloji

• Atmosfer ve iklim bilimleri

• Ekoloji

Hidrolojide Kullanılan Yöntemler

• Ölçme

• Veri işleme

• Matematik modelin kurulması

• Olasılık hesabı

Hidrolojiyi Kullanan Mesleklere Örnekler

• Çevre Mühendisliği

• İnşaat Mühendisliği

• Su Kaynakları Mühendisliği

• Ziraat Mühendisliği

• Çevre Bilimleri / Ekoloji

• Meteoroloji

• Jeoloji / Jeofizik

Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri

Kendine özgü Belirsizlik Sosyoekonomik bakış açısı Tahmine dayalı Geri dönüş mümkün değil Ekonomik ölçek

Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri

• Kendine özgü: Her su kaynağı projesinin,amacına ve yerel koşullara bağlı olarak farklıbir karakteri vardır .

• Belirsizlik: Su döngüsü birçok doğal olaya bağlıolduğu için, su kaynakları projelerinde herzaman belirsizlik vardır.

• Sosyoekonomi: Su kaynakları projelerinin,bölgesel ölçekte önemli ölçüde sosyal veekonomik etkileri vardır.

Su Kaynakları Projelerinin Özellikleri

• Tahmine dayalı : Su kaynakları sistemleri, gelecekteki su ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla tasarlanmaktadır. Bu durumda gelecekteki hidrolojik koşulların değişebileceği de dikkate alınmalıdır.

• Geri dönüşü mümkün değil : Su kaynakları projeleri, büyük yapıları içeren (barajlar, kanallar, vb) büyük projelerdir. Böyle bir yapı inşa edildiğinde bir bina yıkımı gibi kolay ve doğrudan kaldırılmaz.

• Ekonomik ölçek : Proje büyüdükçe birim kapasitenin maliyeti azalmaktadır.

Su çevrimi nedir?

• Su çevrimi, yeryüzünde, yeraltında ve atmosferde suyun varlığını ve hareketlerini açıklar.

• Dünyadaki su sürekli hareket halindedir ve faz değiştirmektedir

buz su

su buhar

buhar su

su buz

• Su çevrimi milyonlarca yıldır devam etmekte olup gezegenimizde hayatın varlığı buna dayanır.

Suların sınıflandırılması

1. Atmosferdeki su (nem)

2. Yüzeysel su

3. Yeraltı suyu

Su çevriminin bileşenleri

1. Okyanuslarda su depolanması

2. Buharlaşma

3. Atmosferdeki su

4. Yoğunlaşma

5. Yağış

6. Buz ve kar içinde su depolanması

7. Kar erimesiyle akarsulara akış

8. Yüzeysel akış

9. Akarsu akışı

10. Tatlı suyun depolanması

11. Sızma

12. Yeraltı suyu beslenmesi

13. Kaynaklar (su pınarları)

14. Bitki yapraklarından terleme

15. Yeraltı suyu depolanması

Su Çevrimi

Suyun yerküredeki dağılımı

Dünyadaki suyun dağılımı

Türkiye’nin su kaynakları

• Türkiye’de dağlarda bulunan küçük göllerle birlikte 120’den fazla tabii göl bulunmaktadır. Türkiye’de göllerin toplandığı başlıca dört bölge vardır: Göller Yöresi (Eğirdir, Burdur, Beyşehir ve Acıgöl), Güney Marmara (Sapanca, İznik,Ulubat,KuşGölleri),Van Gölü ve çevresi, Tuz Gölü ve çevresi.

• Doğal göller dışında Türkiye’de 628 kadar baraj gölü bulunmaktadır.

• Türkiye göllerinin yanı sıra akarsuları açısından da zengin bir ülkedir.

Türkiye’nin su kaynakları

Türkiye’nin su kaynakları

HAVZA KAVRAMI

HAVZA

Havza

çıkışı

Havza alanı

Akarsu

ağı

Havzadan

çıkış akımı

Yağış

Akış

Havza sınırı

Havza ve Alt Havza

Havza

sınırı

Havza

çıkışı

Alt havza

sınırı

Alt havza

çıkışı

Her Su Kaynağının Bir havzası Vardır

Suyun Dağılımı

Suyun Dağılımı• Fiziksel su kıtlığı: Akarsuların % 75’inden fazlası tarım, sanayi

ve evsel tüketim (yeniden kullanılan su dahil olmak üzere) için ayrılmış. Bu tanım kullanımla ilgili olup örneğin Moritanya gibi kuru ancak su tüketiminin de az olduğu alanlar fiziksel su sıkıntısında olan bölge olarak tanımlanmamaktadırlar.

• Fiziksel su kıtlığına gidiş: Akarsu akımlarının %60’ından fazlası insan tüketimine ayrılmış. Bu havzalarda yakında fiziksel su kıtlığı baş gösterebilir.

• Ekonomik su kıtlığı: Su kaynaklarının yalnızca %25’inden azı kullanılıyor ancak su kaynakları geliştirilmemiş ve insanlar suya ulaşamıyorlar. Birçok bölgenin mavi ve yeşil su temini için su kaynaklarının geliştirilmesine ihtiyacı var ama yeterli finansal kaynak bulunamıyor.

• Düşük su kıtlığı ya da su kıtlığı olmaması durumu: Su kaynaklarının %25’inden azı kullanılıyor ve suyun ihtiyaç duyanlara ulaştırılması ile ilgili sorun yok.

SU KAYNAKLARI YÖNETİMİNİN ANA BİLEŞENLERİ

• Su tüketimi

• Su kontrolü

• Su kalitesi

SU KAYNAKLARI YÖNETİMİNDEKİ

TEMEL SORULAR

• Ne kadar su gerekiyor?

• Ne kadar su var?

• Tüketiciler kimler?

Ne Kadar Suyumuz Var?

• Kıtalar üzerindeki yağış (110000 km3/yıl), buharlaşmadan (70000 km3/yıl) daha çoktur.

• Su fazlası110000 km3/yıl - 70000 km3/yıl = 40000 km3/yıl

okyanuslar akış olarak ulaşmaktadır ve gezegenimizin su potansiyeli olarak tanımlanmaktadır.

Ne Kadar Suyumuz Var?

• Ancak suyun 2/3’ü buz olarak depolandığı için, brüt potansiyelin tümü yerine

40000 km3/yıl x (1-2/3) = 14000 km3/yıl

kısmı sıvıdır ve kullanıma uygundur.• Ayrıca, sıvı olarak bulunan suyun bir kısmının

yerleşimlere uzak olması veya yeraltında çok derinde olması nedeniyle kullanımı mümkün olmamaktadır.

• Kullanılamayan su da dikkate alındığında, kullanılabilir su potansiyeli 9000 km3/yıl civarındadır.

SUYUN FAYDALI KULLANIMI“Tüketiciler kim?”

Suyun Faydalı Kullanımları

• Halkın (evsel) su kullanımı

• Sanayinin su kullanımı

• Tarım ve hayvancılık

• Hidroelektrik enerji

• Taşımacılık

Evsel Su Tüketimi

• İçme suyu ve hijyen gereksinimlerini içermektedir.

• Nüfusa ve yaşam standardına bağlıdır.

• Okullar, hastaneler ve parklar gibi kamu yapı ve alanlarının su gereksinimlerini içermektedir.

• Diğer su gereksinimleri

- park, bahçe sulama

- caddelerin yıkanması

- yüzme havuzları

- yangın söndürme

Evsel Su Tüketimi - 2000

3600 km2 için milyon metreküp su tüketimi Kaynak

Water Systems Analysis Group,

University of New Hampshire

(http://wwdrii.sr.unh.edu)

Sanayinin Su Tüketimi

• İstisnai durumlar dışında, herhangi bir sanayi ürünü için, üretim sürecinin herhangi bir adımında su kullanılmaktadır.

• Sanayinin su tüketimi; üretim, işleme, seyreltme, soğutma, yıkama veya taşıma sırasındaki su tüketimlerini ya da üretimi yapan tesisteki hijyen için gerekli suyu içermektedir.

• Sanayinin su tüketimi çok değişkendir. Ortalama olarak evsel su tüketiminin iki katıdır. Ürüne ve üretim süreçlerine bağlıdır.

Sanayinin Su Tüketimi - 2000

3600 km2 için milyon metreküp su tüketimi KaynakWater Systems Analysis Group,

University of New Hampshire

(http://wwdrii.sr.unh.edu)

Sulama• Suyun yapay olarak araziye uygulanması ile ilgilenen bilim

dalıdır.• Yağışın uygun olmadığı zamanlarda aşağıdaki amaçlarla

uygulanmaktadır:- tarım ürünlerinin yetiştirilebilmesi- peyzajın sürdürülebilmesi- kurak bölgelerde bozulmuş zeminlerin düzeltilebilmesi

Bunların dışında- bitkilerin don olayına karşı korunması- zeminin uygun hale getirilmesi- tozun azaltılması

amaçlarıyla da uygulanmaktadır.• Sulama çalışmaları, drenaj (suyun doğal veya yapay olarak

herhangi bir alandan uzaklaşması ya da uzaklaştırılması) ile birlikte ele alınır.

Sulama Suyu Tüketimi - 2000

3600 km2 için milyon metreküp su tüketimi KaynakWater Systems Analysis Group,

University of New Hampshire

(http://wwdrii.sr.unh.edu)

Sulama Türleri

• Yüzeysel

• Noktasal

• Püskürtmeli

• Zemin altından

• Kovalarla

• Otomatik, insan gücü ile

• Nemli havadan yoğunlaştırarak

Yüzeysel SulamaSu arazi üzerinden yerçekimi ile hareket ederek taradığı alanı ıslatarak toprağa sızar.

Noktasal SulamaSu, borular ile oluşturulan bir ağın içinden düşük basınçla akıtılarak daha önceden belirlenmiş bir örüntüdeki bitkilere tek tek ulaştırılır.

Püskürtmeli SulamaSu, arazideki bir ya da daha çok merkeze yüksek basınçla ulaştırılır ve buralardan püskürtülerek araziye dağıtılır.

Zemin Altından SulamaYeraltı suyu seviyesi yapay olarak yükseltilerek bitkilerin kök bölgesindeki zemin neminin artması sağlanır..

Kovalarla SulamaBu yöntemin düşük alt yapı ve ekipman gereksinimleri

olmasına karşın yüksek çalışma gereksinimleri vardır. Kırsal

Afrika gibi bölgelerde uygulanmaktadır.

Nemli Havadan YoğunlaştırmaKırsal bölgelerde, gece ve gündüz sıcaklık farklarının

yüksek olduğu durumlarda, nemli hava soğuk yüzeylere

doğru yönlendirilerek içindeki suyun yoğunlaşması sağlanır.

Hidroelektrik Enerji• Yüksekten düşen ya da akan suyun enerjisinin

elektrik enerjisine çevrilmesidir.• Yenilenebilir enerjinin en yoğun kullanılan türüdür.• Hidroelektrik santraller inşa edildikten sonra,

doğrudan bir kirlenmeye yol açmadıkları ve eğer doğru işletilirlerse aynı kurulu güce sahip olan ve fosil yakıtla çalıştırılan bir termik santralden daha az sera gazı emisyonuna neden oldukları için nispeted temiz olarak nitelendirilmektedirler.

• Ancak hidroelektrik santraller ve barajlar/baraj gölleri gibi bileşenleri akarsu ekosistemlerini çok önemli ölçüde değiştirebilmektedirler.

Hidroelektrik Enerji

Nehir TaşımacılığıBüyük nehirler, memba taraflarına doğru yüzlerce kilometre taşımacılık yapılmasını mümkün kılan otoyollar gbidirler.

Bir Kişi Ortalamada Ne Kadar Su Tüketir?

• Evsel su tüketimi 58,5 m3/yıl

• Sanayi su tüketimi 130 m3/yıl

• Tarımsal su tüketimi 461,5 m3/yıl

• Toplam su tüketimi 650 m3/yıl

Bu miktara göre düşünüldüğünde aşağı yukarı 14

milyar kişiye yetecek suyumuz var. Ancak

• Su kalitesi?

• Suyun konumsal dağılımı?

• Gezegendeki tek suya ihtiyacı olanlar biz miyiz?

Dünyamızın sosyoekonomik sisteminde

ortalama olarak

Yağış

milimetre/yıl Kaynak

Water Systems Analysis Group,

University of New Hampshire

(http://wwdrii.sr.unh.edu)

İklimsel Nemlilik Endeksi

Kaynak

Water Systems Analysis Group,

University of New Hampshire

(http://wwdrii.sr.unh.edu)

Düşündüğümüzden daha çok su tüketiyor olabilir miyiz? – Sanal su

• Sanal su (gömülü su ya da gizli su olarak da bilinmektedir) ticari anlamda bir ürün ya da hizmet için tüketilmiş olan sudur.

• Örneğin 1 kg buğdayın üretilmesi için 1000 litre su gerekmekte ancak 1 kg dana eti için bunun 15 katı tüketilmektedir.

• Tükettiğimiz suyun çoğu, yiyeceklerimizin içinde saklıdır.

Yiyecekler İçin Su Tüketimleri

• 1 kg buğday için 1000 L

• 1 kg yumurta için 3300 L

• 1 kg pirinç için 3400 L

• 1 kg dana eti için 15500 L

Evde Kullanılan Ürünler İçin Su Tüketimleri

• Bir kot pantolon (1000g) için 10850 L

• Bir pamuklu gömlek (orta boy) için 4100 L

• Tek kullanımlık mendil paketi (75g) costs 810 L of

water

• Bir yatak örtüsü (900g) için 9750 L

HAVZA EKOLOJİSİNE GİRİŞ“Tek tüketiciler bizler miyiz?”

Havza Ekolojisi

• Havza ekolojisi; havzaların insanı ve insanla birlikte yaşayan doğal kominiteleri etkileyen yapısal ve işlevsel karakterlerini öğrettiği için, havza yöneticileri için temel bilgidir. (USEPA).

Havzaların Yapısı

• Üst kotlardaki dranaj alanları

• Kenar/vadi eğimleri

• Vadi tabanı

• Toprak ve mineraller

• Su kütleleri

• Bitki ve hayvanlar

Havzaların İşlevleri

• Taşıma ve depolama

• Döngüler ve dönüşümler

• Ekolojik başarım ve gelişme

Taşıma ve Depolama

• Havzalar bir ana su kaynağına drene olan alanlar oldukları için, ana işlevlerinden birisi suyu arazide geçici olarak depolayıp ana su kaynaklarına ve oradan da havza çıkışlarına doğru taşımaktır.

• Havzalar ve havzaların içindeki su ekosistemleri, suyun dışında çökelebilen katı maddeleri (sediment), diğer maddeleri (örneğin besin elementleri ve kirleticiler), enerji ve bir çok organizmayı taşımaktadırlar.

• Taşınma süreçleri ile birlikte havza içindeki değişik konumlardaki geciktirme/depolama süreçleri de dikkate alınmalıdır.

Çevrimler ve Dönüşümler

• Maddeler havza içinde taşınırken değişik dönüşümlere uğramaktadırlar.

Ekolojik Başarım/Gelişme

• Bu süreç, havza içindeki enerjinin suyun ve maddelerin önemli miktardaki kısımlarının cansız ortamdan canlı ortama geçmesini sağlamaktadır.

Kaynak: USEPA

Doğal Akarsu Rejimlerinin Ekolojik Önemi

• Su ve su kenarındaki ekosistemlerdeki her tür belli akım koşullarına bağımlıdır ya da belli akım koşullarına direnç gösterebilir.

• Yıl içindeki akım rejimi değişimleri, bu organizmalar için önemli ve faydalıdır.

• Su kaynakları sistemleri, bazı durumlarda akım koşullarının önemli ölçüde değişmesine ve havza işlevlerinin kötü etkilenmesine neden olabilmektedirler.

Doğal Akarsu Rejimlerinin Ekolojik Önemi

• Değişik insan faaliyetlerinin (tarım, ormancılık, şehirleşme, otlatma) ilgili arazilerden geçen akarsuların doğal akım rejimlerini ne kadar etkilediği çok iyi tanımlanamamıştır.

• Hidrolojik sistemler, zemin sızması ve buharlaşma-terleme hızlarına çok duyarlı davranmaktadırlar. Bu durum, yoğun arazi kullanımı nedeniyle sel ve düşük debili akım koşullarındaki debilerin mertebelerinin değişmesini açıklamaktadır.

Su Ekosistemlerinin Aşırı Kullanıma Karşı Tepkileri

• Suyun azalması

• Özümleme kapasitesinin düşmesi

• Habitat kaybı

• Akım rejiminin değişmesi

• Su kalitesinin bozulması

• Su kaynaklarının faydalı kullanım amaçlarının azalması

SU KAYNAKLARI SİSTEMLERİ

Bir (Su Kaynağı) sisteminin şematik görüntüsü

Giriş

Su kalitesi

Çıkış

Su kalitesiSu kaynağı sistemi (su

kütlesi, havza, vb)

kontrollü

kontrolsüz

kısmen kontrollü

uygun

uygun olmayan

nötr

geri besleme

sistem

giriş çıkış

Su Kaynakları Sistemlerinin Yapısal Bileşenleri

• Barajlar ve Baraj Gölleri

• Sulama kanalları

• İletim (ishale) hatları

• Su arıtma tesisleri

• Su depoları

• Su şebekeleri

• Atık su toplama (kanalizasyon) sistemleri

• Yağmur suyu drenaj sistemleri

• Atıksu arıtma ve deşarj sistemleri

Barajlar ve Baraj Gölleri

Baraj

Baraj gölü

Sulama Kanalları

İletim Hatları

Su Arıtma Tesisleri

Su Arıtma Tesisleri

Su Arıtma

Baraj

Baraj gölü

Su alma

yapısı

Su arıtma

tesisi

Su Depoları

Su Şebekesi

Su Şebekesi

Atık Su Toplama Sistemi

Atık Su Toplama Sistemi

Atık Su Toplama Sistemi

Meskun Bölge Drenajı Sistemi

Meskun Bölge Drenajı Sistemi

Atık Su Arıtma Sistemi

Kentsel Bölgelerdeki Su Döngüsü