02.05.2013

1

Anlık debisi=> 3500 cfs= 99,109 m³/s 2

02.05.2013

2

Akım Ölçümleri

02.05.2013

3

AKIM ÖLÇÜMLERİ VE VERİLERİN ANALİZİ

Yüzeysel akış miktarının belirlenmesi hidrolojide en çok karşılaşılany ş j ç ş şproblemlerdendir. Su kaynaklarından faydalanma ile ilgili çeşitlitesislerde su miktarına dair sorularla karşılaşılır. Örneğin taşkınlarınkontrolü ile ilgili çalışmalarda maksimum debiyi, su kuvveti tesislerininprojelendirilmesinde yılda belli bir süre mevcut olan debiyi bilmekgerekir. Yüzeysel akışmiktarını diğer hidrolojik büyüklüklere bağlı olarakbelirlemek için, ilerde anlatılacağı gibi, birçok çalışmalar yapılmış veyapılmaktadır. Ancak birçok hallerde bu metodlar yeterli doğrulukta

l l ü kü b ğ t l kli h ü k i liklsonuçlar vermezler, çünkü bağıntıların şekli henüz kesinliklebelirlenebilmiş değildir. Bu bakımdan güvenilir sonuçlar elde edebilmekiçin bir ölçme istasyonları ağı kurarak yüzeysel akışı doğrudan doğruyaölçmek gerekir. Hidrolojinin akım ölçmeleri ile ilgilenen kolunahidrometri denir.

6

02.05.2013

4

Akım ölçmelerinin amacı akarsuyun bir kesitindeki su seviyesini vekesitten geçen debiyi (birim zamanda geçen su hacmini) zamana bağlıolarak belirlemektir. Süreklilik denklemine göre debi ortalama hız ileakış kesiti alanının çarpımına eşit olduğundan debiyi ölçmek için hız veş ç p ş ğ y ç çkesit ölçmeleri yapmak ve elde edilen sonuçlardan debiyi hesaplamakgerekir. Ancak, bu gibi ölçmeleri sürekli yapmak çok zor ve masraflıolacağından pratikte bir istasyonun debi‐seviye bağıntısı (anahtar eğrisi)bir kere belirlendikten sonra sadece su seviyesini ölçmekte yetinilir, buseviyeye karşı gelen debi anahtar eğrisinden okunur (Şekil 6.1).

Şekil 6.1. Anahtar eğrisi yardımıyla seviyeden debiye geçilmesi.

7

Bu bölümde sırasıyla seviye, hız, kesit ve debi ölçmelerinin yapılışşekilleri anlatılacak, anahtar eğrisinin elde edilmesi ve kullanılışıbelirlenecektir. Bölümün sonunda akım ölçümlerinden elde edilensonuçların nasıl değerlendirileceği üzerinde durulacaktır.ç ğ ğ

Herhangi bir karşılaştırma düzlemine göre ölçülen su yüzeyi kotuna kısacaseviye denir. Karşılaştırma düzlemi olarak genellikle ortalama deniz yüzeyiseçilir. Seviye ölçmekte yazıcı ölçekler (limnigraf) ve yazıcı olmayanölçekler (limnimetre) kullanılabilir.

1. Yazıcı olmayan ölçekler (limnimetre) :

6.1. SEVİYE VE SU YÜZÜ EĞİMİ ÖLÇÜMLERİ

Bunların en basiti ve en çok kullanılanı santimetre bölmeli ahşap veyametal bir çubuktur (eşel). Eşel köprü ayağına, akarsuyun şevindeki birduvara, ya da başka bir yapıma tutturulabilir. Belli aralarla eşelde suyunyükseldiği seviye okunur. Su seviyesindeki değişmeler büyük ise çeşitlideğişme bölgeleri için birden fazla eşel kullanılabilir. Daha prezisyonluölçümler için bazen eşel eğik olarak da yerleştirilebilir. Eşelin sıfırı seviyeokumaları daima pozitif değerler alacak şekilde belirlenmelidir.

8

02.05.2013

5

Başka bir limnimetre tipinde bölmeli bir telin ucuna bağlanan bir ağırlık okumayapılacağı zaman su yüzüne değdirilir, bir sabit göstergeden seviye okunur. Bulimnimetrenin üstünlüğü akarsuyun dışında kaldığı için akımdan zarar görmemesi veyüksek sularda da yanma varılabilmesidir. Buna benzer şamandıralı ölçekler de vardır.Daha prezisyonlu ölçmeler için elektrikli ölçekler kullanılır, bunlarda bir ağırlığın suyadeğmesi ile bir elektrik devresi kapanır ve seviye hassas olarak oku‐nabilir. Rezistans vekapasitans kullanan elektrikli ölçme düzenleri de vardır.

Yazıcı olmayan ölçekler günde bir defa (Türkiye'de saat 8'de),ya da iki defa (Türkiye'de saat 8 ve 16'da) okunur. Taşkınzamanlarında daha sık (1—6 saatte bir) okuma yapılmasıuygun olur.

Ayrıca taşkınlarda suyun yükseldiği en yüksek seviyeyibelirlemek önemlidir. Zira taşkın sırasında eşelin yanınabelirlemek önemlidir. Zira taşkın sırasında eşelin yanınavarmak çoğu zaman müm‐kün olmaz. Bunun için altı deliklibir boruya mantar parçaları konur. Su bu boruda yükselirkenmantar parçaları da su yüzünde yükselir. Bo‐runun içindekibölmeli bir çubuk üzerinde mantarın yapışıp kaldığı seviye enyüksek su seviyesini gösterir (Şekil 6.2). Taşkınlardaki enyüksek seviye daha kaba olarak suyun ağaçlarda veyapımlarda bıraktığı izlerden de tahmin edilebilir.

Şekil 6.2. Suyun yükseldiği en yüksek

seviyeyi belirlemek için kullanılan ölçek.

9

2.   Yazıcı ölçekler (limnigraf) :

Akarsuyla bir boru vasıtasıyla bağıntılıolan bir sakinleştirme kuyusundakiş ysuyun yüzeyindeki bir şamandıranınhareketi şamandıranın bağlı olduğutelin üzerinden geçtiği bir makarayı

Şekl 6.3.   Sakinleştirme kuyusu ve limnigraf.

döndürür (Şekil 6.3). Makaranın dönmesiyle bir yazıcı uç, sürekli olarakdönmekte olan bir kâğıt şerit üzerinde hareket eder ve seviyenin zamanladeğişmesi otomatik olarak kaydedilmiş olur. Sakinleştirme kuyusu yüzgeci dışetkilerden koruyacağı gibi akarsu yüzeyindeki salınımları kısmenö ü l di d K k bi l ti b i i i üsönümlendirmeye de yarar. Kuyuyu akarsuya birleştiren borunun girişine yüzencisimlerin girmemesini sağlamak ve salınımları söndürmek için ızgara koymakuygun olur. Sonuçları telsiz, telefon ve telgraf vasıtasıyla uzağa iletmek,otomatik olarak bir kâğıt şeride veya kartlara delerek yada manyetik teypekaydederek bilgisayara vermek de mümkün olabilmektedir. Limnigraflarla suseviyesi 3 mm civarında bir hassaslıkla kaydedilebilir.

10

02.05.2013

6

Diğer bir limnigraf tipinde bir borudaki delikten sabit miktarda basınçlıhava veya azot gazı suya kabarcıklar halinde bırakılır. Deliğin üstündekibasıncın suyun derinliği ile bağıntılı olmasından yararlanarak manometreile seviye ölçülüp kaydedilir. Kabarcıklı ölçek güvenilir, ucuz, işletmesiy ç p y ç g , , şkolay ve su seviyesinin büyük değişmelerini izleyebilecek niteliktedir.Sakinleştirme kuyusunu gerektirmediği gibi okumaların uzaktan kaydı dakolay olur. Taşkın seviyesinin yukarısında yerleştirilebilir, fazla katı maddetaşıyan akımlarda kullanılabilir, donmadan azetkilenir. Bir limnimetredeki okumalara bağlanarakkontrol edilmeleri gereken diyaframlı basınç ölçerlerde kullanılabilir.

Şekil 6.4. Limniraf.

Limnigrafların limnimetrelere olan üstünlüğü suseviyesinin zaman içinde değişimini sürekli olarakkaydetme olanağını vermeleri ve okuma hatalarınınortadan kalkmasıdır.

Türkiye'de D.S.I. ve E.İ.E. tarafından yapılanölçmelerde Ott ve Stevens tipi limnigraflarkullanılmaktadır (Şekil 6.4).

11

Çeşitli Limnimetre ve Limnigraflar

02.05.2013

7

Su yüzünün eğimi iki kesitte ölçülen seviyelerdenhesaplanabilir. Bu kesitlerin arasındaki uzaklığınakarsuyun genişliğinin 5 katı kadar olması ve seviyek l d l ki Bilhokumalarının aynı anda yapılması gerekir. Bilhassa

kıvrıntılarda su yüzü eğimi iki kıyı boyunca farklıolabileceğinden her iki kıyı boyunca ayrı ayrı ölçümleryapmak uygun olur. Su yüzü eğimi genellikle çokküçük olduğundan seviye ölçümlerinde büyük birprezisyon gerekir.

Taşkınlar sırasında debiyi hesaplayabilmek için suyüzü eğimini bilmek önem taşır. Fakat bu şartlardaseviye ölçümleri yapmak güç olduğundan genellikleeğimi yükselen suyun bıraktığı izlerden faydalanaraktahmin etmek gerekir.

13

6.2.   HIZ ÖLÇÜMLERİ Bir akarsudaki akımın bir noktasındaki hızı

ölçmek için en çok kullanılan alet mulinedir.Mulinede yatay veya düşey bir eksen etrafındaakımın etkisiyle dönebilen bir pervaneakımın etkisiyle dönebilen bir pervane,mulineyi akım doğrultusunda yönelten birkuyruk parçası ve mulinenin akım tarafındansürüklenmesini önlemek için bir ağırlıkbulunur. Pervanenin dönme hızı akımınhızıyla bağıntılıdır. Bu bağıntının şeklimulineyi bir kanaldaki hareketsiz su içindebelli hızlarda çekerken ya da dairesel bir

Şekil 6.5.   Düşey eksenli (gerdelli) mulie.

be a da çe e e ya da da ese bhavuzda belli hızlarda döndürürkenpervanenin dönme hızlarını okuyarakbelirlenir, böylece aletin kalibrasyonu yapılmışolur. Dakikada dönme sayısı olan n ile V akımhızı arasında doğrusal bir bağıntı vardır :

Şekil 6.6.   Yatay ekseni (uskurlu) muline1 2 (6.1)V a bn n n n 14

02.05.2013

8

Bu bağıntıdaki a ve b katsayıları dönme sayısının çeşitlibölgeleri için mulinenin yapımcısı tarafından verilir.Ancak çok türbülanslı akımlarda bazı farklar ortayaçıkabilir. Muline ile çok düşük hızları ölçmek de mümkün

1 2 (6.1)V a bn n n n

Şekil 6.5.   Düşey eksenli (gerdelli) mulie.

çıkabilir. Muline ile çok düşük hızları ölçmek de mümkünolmaz. Muline ile bir noktadaki hızı ölçmek içinkronometre ile ölçülen (1 dakika civarında) bir zamanaralığındaki dönme sayısı belirlenir. Genellikle dönmesayıları ya sese çevrilir, ya da bir göstergeden okunur. Hata% 0,5 den azdır.

Mulinelerin çeşitli tipleri vardır. Düşey eksenli (gerdelli)Price tipi bir muline Şekil 6.5 de, yatay eksenli (uskurlu)Ott tipi bir muline Şekil 6.6 da görülmektedir. Türkiye'de

Şekil 6.6.   Yatay ekseni (uskurlu) muline

p Ş g ydaha çok Ott ve Gurley tipi ya‐tay eksenli mulinelerkullanılır, bunların kalibrasyonu Ankara'da D.S.Î.Araştırma Merkezinde yapılır. Yatay eksenli mulinelerdüşey eksenlilere göre daha doğru sonuçlar verirler, zirakesit içerisindeki sekonder hızlar da düşey eksenlimulineleri döndürebilir. Buna karşılık düşey eksenlimulineler katı maddelerin aşındırmasına karşı dahadayanıklı olurlar. 15

Muline ile hız ölçerken bir düşey üzerindeki ortalama hızıbulmak için genellikle su yüzünden derinliğin 0,6 sı kadaraşağıda bir okuma yapmak yeterli olur. Derinliği 0,5 m den fazlaolan akımlarda su yüzünden derinliğin 0,2 si ve 0,8 i kadaraşağıda iki okuma yapılıp ölçülen hızların ortalaması alınıraşağıda iki okuma yapılıp ölçülen hızların ortalaması alınır(Şekil 6.7). Logaritmik hız dağılımına göre bu şekilde ölçülenhızlar düşey üzerindeki ortalama hıza eşit olur. Çok derin sulardatabana ve su yüzeyine yakın iki nokta ile aralarındaki uzaklıkderinliğin 0,2 si kadar olan diğerdört noktada ölçüm yapılır.Aradaki 4 noktadaki ölçümlere

Şekil 6.7.   Akarsu kesitini parçalara ayırrak debinin ölçülmesi.

4 ç2 kat ağırlık vererek ağırlıklıortalama ile ortalama hızhesaplanır. Suyun üstü buzlakaplıysa derinliğin yarısındakihız ölçülüp 0,88 gibi bir katsayıile çarpılır. 16

02.05.2013

9

0,80 hi

0,60 hi

0,20 hi

AKARSU KESİTİNDEKİ DEBİNİN BELİRLENMESİ

600VVi

280,020,0 VV

Vi

60,0i

ii AVQ

Daha basit bir hız ölçme usulü akım tarafından sürüklenenyüzgeçlerin belli bir yolu almaları için geçen zamanıölçmektir. Bu usulle ölçme yapabilmek için akarsuda yeterliuzunlukta (en az kesit genişliğinin 5 katı kadar) düz biruzunlukta (en az kesit genişliğinin 5 katı kadar) düz birparça bulunması gerekir. Su yüzünde hareket eden biryüzgeç kullanılıyorsa ortalama hızı elde etmek içinyüzgecin hızı 0,8 ‐ 0,9 gibi bir katsayı ile çarpılır. Akımınderinliği boyunca uzanan yüzgeçlerle ortalama hız içindaha güvenilir bir değer elde edilebilir. Çok sayıda yüzgeçkullanılıp sonuçların ortalaması alınarak muline ile eldekullanılıp sonuçların ortalaması alınarak muline ile eldeedilen sonuçlardan %15 den fazla fark etmeyen hızlar eldeetmek mümkündür. Fakat genellikle yüzgeçlerle elde edilenhızların çok prezisyonlu olmadıklarını kabul etmek gerekir.Taşkınlar sırasında muline ile ölçüm yapılamayan hallerdebu usulü kullanmak gerekebilir.

18

02.05.2013

10

Çok geniş akarsularda (1 km ye kadar) su yüzeyindenbelli bir mesafedeki kesitsel ortalama hız ses üstüdalgaları ile ölçülebilir. Akım doğrultusu ile α açısı yapanbir doğrultunun iki kıyıyı kestiği noktalardan bubir doğrultunun iki kıyıyı kestiği noktalardan budoğrultu boyunca her iki yönde ses üstü dalgalarıgönderilir. Ses üstü dalgasının hareketsiz suda ilerlemehızı C, akımın ortalama hızı V olduğuna göre Şekil 6.8 de1 den 2 ye doğru ilerleyen ses üstü dalgasının hızıV12=C+V.cosα, 2 den 1 e doğru ilerleyen ses üstüd l h l l ldalgasının hızı V21=C‐V.cos α olur. Buna göre ölçülen V12

ve V21 değerlerinden akımın hızı

olarak bulunur. 12 21

2cos

V VV

Şekil 6.8. Akımın ortalama hızının sesüstü dalgaları yardımıyla ölçülmesi. 19

6.3.   KESİT ÖLÇÜMLERİ Akarsuyun seçilen bir noktadaki derinliği sığ sularday ç ğ ğbölmeli bir sırıkla ölçülür. Daha derin sularda ölçmeyapmak için bir çelik şeritin ucuna 2—6 kg lık bir ağırlıktakılır ve ağırlık tabana indirilir. Ancak ağırlığın tabanabatmamasına dikkat edilmelidir. Ayrıca hızlı akımlardaağırlığın sürüklenmesi ile şerit düşey durumdanayrılacağından ölçmelerde hatalar olur, bunlarındüzeltilmesi için özel tablolar kullanılır. Çok derinakarsularda derinliği ölçmek için ses dalgalarının tabanaçarpıp yansıması esasına göre çalışan aletler kullanılabilir.Derinlik ölçüldüğü sırada ölçüm yapılan düşeylerinarasındaki uzaklıklar da çelik şeritle ölçü‐lerek akarsuyunkesiti belirlenmiş olur.

20

02.05.2013

11

Bu ölçmeler sığ veya yavaş sularda (1 m genişlikten geçendebinin 1 m2/s den az olması halinde) bir şerit metreyibir kıyıdan diğerine uzatıp üzerinden istenen aralıklarokunarak yapılabilir Derin ve hızlı sularda ise ya iki kıyıokunarak yapılabilir. Derin ve hızlı sularda ise ya iki kıyıarasında gerilen bir kablo üzerinde hareket eden birarabadan (teleferik) ölçmeler yapılır, ya da mevcut birköprüden fay‐dalanılır. Ancak köprü ayakları akımıbozduğundan ayakların yakınında kesiti çok sıkparçalara ayırmak gerekir. Karşıdan karşıya uzatılmış birkablo boyunca sabit hızla hareket eden bir motordankablo boyunca sabit hızla hareket eden bir motordanölçme yapmak da mümkündür. Ancak motordan yapılanölçümlerde bulunulan yerin doğru olarakbelirlenmesindeki güçlük ve motorun hareket hızınınetkisi hatalara yol açar. Akarsuyun buz tuttuğuzamanlarda ise buzda delik açarak ölçümler yapılır.

21

6.4.   DEBİ ÖLÇÜMLERİ

Bir akarsuyun debisini ölçmek için en çok kullanılan metot akarsu kesitini

Şekil 6.7.   

Bir akarsuyun debisini ölçmek için en çok kullanılan metot akarsu kesitinidilimlere ayırmak, bu dilimlerin her birindeki Vi ortalama hızını ve Ai kesitalanını ölçmek ve sonra debiyi

Q=ΣViAi (6.2)

şeklinde hesaplamaktır. Bunun için düz ve üniform bir bölgede seçilen birkesit Şekil 6.7 de gösterildiği gibi düşey dilimlere ayrılır. Bu dilimlerin sayısıakarsuyun büyüklüğüne ve kesitin düzgün olup olmayışına göre 10—30arasında değişebilir, dilimlerin her birinden toplam debinin % 10 undan fazlasıarasında değişebilir, dilimlerin her birinden toplam debinin % 10 undan fazlasıgeçmemelidir. Dilimlerin genişliklerinin eşit olması gerekmez, kesitindüzensiz kısımlarında daha dar, ortalarında daha geniş dilimler seçmek uygunolur, dilimlerin genişliği 1 ile 10 m arasında değişebilir. Her bir dilimin(şekildeki ABCD gibi) ortasından geçen düşey (EF) üzerindeki ortalama hız vederinlik ölçülür. Bu ölçüm sonuçlarına göre her bir dilimden geçen debihesaplanır. Kesitten geçen toplam debi (6.2) denklemine göre bu debilerintoplamı olarak elde edilir. 22

02.05.2013

12

Çok türbülanslı akımlarda, çok yüksek (7 m, s den fazla) ya da çok düşükhızlarda, akarsuda fazla katı madde hareketi bulunması halinde ve buzörtüsü altında muline ile ölçme yapmak zor olduğundan debiyi ölçmek içinanî veya sürekli enjeksiyon metotlarını kullanmak uygun olur.

A î j k i t d Ak bi k itt î l k bi ki l1. 1. Anî enjeksiyon metodu : Akarsuya bir kesitten anî olarak bir kimyasaltuz, flüoresan boya (rodamin) veya zararsız bir radyoaktif madde katılır.Mansaptaki diğer bir kesitte katılan izleyicinin konsantrasyonununzamanla değişimi ölçülür. Akarsuya katılan eriyiğin hacmi H1 içindekiizleyici konsantrasyonu C1 eriyik katılmadan önce akarsudaki izleyicikonsantrasyonu C0 ise, mansaptaki kesitte zamana göre ölçülenkonsantrasyon değişimi C (t) olduğuna göre akarsuyun debisi, izleyicimaddenin kütlesinin korunumu ilkesine göre şu formülle hesaplanır :g ş p

(6.3)

C (t) konsantrasyon değişiminin yeterli prezisyonla ölçülmesi güçoldu‐ğundan bu metodun uygulanmasında zorluklarla karşılaşılır.

23

2. 2. Sürekli enjeksiyon metodu : Bu metotta enjeksiyon sürekliolarak yapılır. Enjeksiyon süresi mansaptaki ölçüm istasyonundaölçülen izleyici konsantrasyonunun sabit bir C2 değerineerişmesine imkân verecek kadar uzun olmalıdır. Akarsuya birim

d k t l i ik h i Q i ikt ki i l i izamanda katılan eriyik hacmi Q1 ve eriyikteki izleyicikonsantrasyonu Cı olduğuna göre yine aynı ilkeye göre akarsuyundebisi bulunabilir :

(6.4)

Sürekli enjeksiyon metodunun uygulanması daha kolay olur.

B t tl k ll k dikk t dil k kt iki k it d ki Bu metotları kullanırken dikkat edilecek nokta iki kesit arasındakiuzaklığın izleyicinin akıma tam olarak karışmasını sağlayacakkadar büyük olmasıdır. Yanal doğrultuda karışma düşeydoğrultudaki karışmaya göre daha yavaş olduğundan enjeksiyonunkesitin çeşitli noktalarında birden yapılması daha uygun olur.Kullanılan izleyicinin çevreye zararı dokunmamak, ucuz olmalı,küçük konsantrasyonlarda bile kolayca ölçülebilmelidir. 24

02.05.2013

13

Küçük ve hızlı akan akarsularda (2‐3 m3/s den küçükdebilerde) keskin kenarlı üçgen, trapez veya dikdörtgensavaklarla veya geniş başlıklı savaklarla ve Parshall kanalıgibi düzenlerle debi ölçülmesi de mümkündür. Okunangibi düzenlerle debi ölçülmesi de mümkündür. Okunansavak yükünden hidrolik formülleriyle debiye geçirilir,savak yerine akımın kritik derinlikten geçmesine sebepolan tabii düşülerden de faydalanılabilir.

Debinin hesabı için açık kanallardaki uniform akımdenklemleri (Manning denklemi gibi) kullanılabilir. Ancakbunun için su yüzeyi eğiminin, kesit karakteristiklerinin veç y y ğ ,pürüzlülüğün bilinmesi gerekir. Bu yola bazen taşkınlardansonra taşkın debisinin tahmininde başvurulur. Bu şekildetahmin edilen debilerdeki hata yüzdesi büyük olabilir (eniyi koşullarda % 10).

25

6.5.   ANAHTAR EĞRİSİ

Bir akarsu kesitinde debi ile seviyearasındaki bağıntıyı gösteren eğriyeanahtar eğrisi denir. Anahtar eğrisinia a ta eğ s de . a ta eğ sbelirlemek için farklı akım koşullarındaseviye ve debi ölçümleri yapılır. Buölçümler sonunda elde edilen ardışıknoktaların seviyeleri arasındaki farkınakarsudaki en büyük seviye değişiminin% 10 undan fazla olmaması istenir. Bueğriyi çizerken genellikle seviye düşeyk d d bi k d ö ili

Şekil 6.9.   Anahtar eğrisi.

eksende, debi yatay eksende gösterilir(Şekil 6.9). Logaritmik ölçek kullanılmasıhalinde anahtar eğrisi doğruya yakınolacağından bu gösteriş şekli dahauygundur (Şekil 6.10).

Şekil 6.10   Anahtar eğrisinin logaritmik koordinatlarda göserilişi.

26

02.05.2013

14

Anahtar eğrisinin çıkarıldığı kesitte seviye ve debiarasında belirli ve tek değerli bir bağıntının bulunmasıgerekir, böyle bir kesite kontrol kesiti denir. Ancak bazınedenlerle böyle bir kesitte de anahtar eğrisi zamanladeğişebilir. Bunun bir nedeni akarsu kesitinde zamanladeğişebilir. Bunun bir nedeni akarsu kesitinde zamanladeğişiklikler olmasıdır (tabanın taranması, köprüyapımı, bitkilerin yetişmesi gibi). Alüviyal akarsulardatabanın hareketli olması nedeniyle oyulma ve yığılmalarsonunda anahtar eğrisi değişebilir. Bu nedenlerlekesitin anahtar eğrisinin değişip değişmediğini aradabir (yılda birkaç defa) kontrol etmek gerekir. Kontrolsonunda ölçülen debiye karşı gelen seviyenin anahtareğrisindeki değerden farklı olduğu görülürse anahtar

Şekil 6.9.   Anahtar eğrisi.

eğrisi aradaki fark kadar kendisine paralel olarakkaydırılır (şift uygulama). Özellikle taşkınlardan sonrabu kontrolü yapmak gerekir. Akarsuyun buz tutması dabuz ile sürtünme ve su yüzeyi kotunun okunmasındakizorluk yüzünden anahtar eğrisini değiştirir. Bubakımdan buz örtüsünün bulunması hali için ayrıca biranahtar eğrisi elde etmek gerekir.

Şekil 6.10   Anahtar eğrisinin logaritmik koordinatlarda göserilişi.

27

Anahtar eğrisinde küçük bir debi değişiminekarşılık oldukça büyük bir seviye değişimiolabilmesi için kesitin dar ve derin olması uygunolur. Hız dağılımının üniform olması açısındanolur. Hız dağılımının üniform olması açısındanda kesitin düzgün olması istenir.

Şekil 6.9.   Anahtar eğrisi.

Anahtar eğrisinin çıkarıldığı kesitin kontrol kesiti olmaması halinde debi‐seviye bağıntısı tek değerli olmaz. Örneğin su yüzü eğiminin değişmesihalinde (barajların kabarma eğrisi içinde kalan kesitlerde, bir hareketlibağlamanın veya köprünün arkasında, bir gölün veya akarsuya bir kolunğ y p g y ykarıştığı yerin memba tarafında) anahtar eğrisi de eğime bağlı olarak değişir.Bu durumda çeşitli su yüzü eğimleri için farklı eğriler kullanmak gerekir.Akarsu boyunca iki ardışık istasyon arasındaki su yüzü seviyelerinin farkı(düşü) F ile gösterildiğine göre Q ile F arasında şöyle bir bağıntı bulunduğukabul edilebilir :

(6.5)0 0

nQ F

Q F

28

02.05.2013

15

Burada Q seçilen bir F düşüşüne karşı gelen debidir,açık kanallardaki hız formüllerine göre (6.5)

(6.5)0 0

nQ F

Q F

açık kanallardaki hız formüllerine göre (6.5)denklemindeki n üssünün değeri 0,5 e yakın olmalıdır,zira düşü su yüzü eğimi ile orantılıdır. Ancak düşününölçüldüğü kesitlerin arasında su yüzeyi doğrusalolmayabileceği için n değerini ölçerek belirlemekgerekir. Buna göre belli bir F0 düşüşü için h‐Qaanahtar eğrisi belirlenir Diğer bir F düşüşünün mevcutanahtar eğrisi belirlenir. Diğer bir F düşüşünün mevcutolması halinde ölçülen h seviyesine göre anahtareğrisinden okunan Q0 debisi (6.5) formülüne konarakakarsudaki Q debisi hesaplanır. Akarsuda uygun birtabii kontrol kesitinin bulunmaması halinde sunî birkontrol kesiti inşa etmek uygun olur.

29

Yüksek sularda debi ölçümü çok güç olduğu için anahtar eğrisini yüksekdebilere doğru uzatmak gerekir. Fakat anahtar eğrisinin ölçülmüş olandebilerin yukarısındaki bölgede ekstrapolasyonu her zaman iyi sonuç vermez.

Bu iş için kullanılan usullerden biri Q debisi ile h seviyesi arasında şöyle birbağıntı kabul etmektir :

Bu bağıntıdaki K, h0 ve n sabit değerleri o istasyonda ölçülmüş değerlerdenelde edilir. Bunun için (6.6) denkleminin logaritmik kâğıt üzerinde bir doğruşeklinde görünmesinden faydalanılır h0 değeri log Q ile log (h—h0)

(6.6)0( )nQ K h h

şeklinde görünmesinden faydalanılır. h0 değeri log Q ile log (h h0)arasındaki bağıntıyı doğrusal bir bağıntıya yaklaştıracak şekilde deneme ilebelirlenir. Seviyenin farklı bölgelerinde (alçak, orta ve yüksek sularda) sabitlerfarklı değerler alabilir. Ortalama hız için Chezy, ya da Manning formülününkabul edilmesiyle de buna benzer bir bağıntıya varılır.

30

02.05.2013

16

6.6   AKIŞ KAYITLARININ ANALİZİ 6.6.1.   Hidrometri İstasyonları Ağı : Akım ölçüm istasyonları ağını planlarken kurulacak istasyon sayısı ve

istasyonların yeri optimum şekilde belirlenir, bunu yaparken istenendoğrulukta ölçümlerin mümkün olduğu kadar ucuza elde edilmesiamaçlanır. İstasyonlar 3 tip olabilir :

1. Baz (esas) istasyonlar : sürekli olarak işletilen bu istasyonlarönemli akarsuların ağızları yakınında ve başlıca kollarında kurulur.Ölçüm yapılmayan kesitlerdeki akımlar baz istasyonlardaki kayıtlaradayanarak tahmin edilir.

2. Sekonder (talî) istasyonlar.

3. Geçici (özel maksatlı) istasyonlar : Kurulması planlanan suyapılarının yakınında ya da araştırma amacıyla belli bir süre işletilirler.

Dünya Meteoroloji Örgütü hidrometri istasyonlarının sıklığı için düzbölgelerde 1000—2500 km'de bir istasyon, dağlık bölgelerde 300—1000km2 de bir istasyon tavsiye etmektedir, dağlık bölgelerde istasyonlarınarasındaki kot farkı 500 m den fazla olmamalıdır. 31

Türkiye'de hidrometri istasyonlarının işletilmesine 1935'debaşlanmıştır. Bu istasyonlardan esas istasyonlar E.İ.E., geçici olanlarD.S.İ. tarafından işletilir. E.İ.E. nin 2000 yılında işlettiği istasyonlarınsayısı 278 dir, bunların 226’sında limnigraf (83 elektronik, 143mekanik) 140‘ında teleferik vardır D S İ tarafından işletilenmekanik), 140 ında teleferik vardır. D.S.İ. tarafından işletilenistasyonlardan 1992 yılında sonuçları yayınlananların sayısı 782 dir.Akım ölçüm istasyonları arasında kayıtları uzun olanların yüzdesiçok küçüktür.

Türkiye'deki hidrometri istasyonlarının günlük debileri her yıl E.İ.E.tarafından Su Yılı Akım Neticeleri, D.S.İ. tarafından da Akım GözlemYıllığı adı altında yayınlanmaktadır Her yıllıkta bir su yılı boyuncaYıllığı adı altında yayınlanmaktadır. Her yıllıkta bir su yılı boyuncaölçülen debiler bulunur. Su yılı bir önceki takvim yılının 1Ekiminden başlayıp o takvim yılının 30 Eylülüne kadar sürer.Örneğin 1986 su yılının başlangıcı 1 Ekim 1985, sonu 30 Eylül 1986dır. Su yılının 1 Ekimde başlatılmasının nedeni bu tarihte yeraltı suseviyesinin en düşük değerlere düşmesidir, böylece yüksek sularınbulunduğu dönem iki yıl arasında bölünmemiş olur. 32

02.05.2013

17

Yıllıklarda istasyonun numarası,adı, akarsuyun adı ve havzası,istasyonun yeri, yağış alanı,gözlem süresi, gözlem süresindeve o su yılındaki ortalama,maksimum ve minimum debilerile istasyonun anahtar eğrisisayfanın üst tarafındagösterilmiştir. Bu bilgilerin altındada o yıla ait günlük debilerintablosu ile aylık toplam,maksimum minimum ortalama

Şekil 6.11.   Akım gözlem yıllığından bir sayfa.

maksimum, minimum, ortalamadebiler, özgül debi ve aylık akışyüksekliği verilmiştir (Şekil 6.11).

33

02.05.2013

18

02.05.2013

19

6.6.2.   Günlük Debilerin Hesabı  Bir istasyonda her gün yapılan okumalardan faydalanarakgünlük debiler hesaplanır. Bunun için önce günlük ortalamaseviye bulunur. Türkiye'de bu seviye şu şekildey y y ş şhesaplanmaktadır. Günde bir gözlem yapılan istasyonlarda a, b, csırasıyla bir gün önceki, o günkü ve bir gün sonraki okumalarıgösterdiğine göre o günkü ortalama seviye aşağıdaki ağırlıklıortalama ile bulunur :

(6.7)

Günde iki okuma yapılıyorsa a bir gün önce saat 16 daki okumayı,b ve c o günkü okumaları, d bir gün sonra saat 8 deki okumayıgösterdiğine göre günlük ortalama seviye :

(6.8)

37

Bu formüllerle hesaplanan h seviyesindeki hata %5kadardır. Yüksek sular sırasında daha sık okumayapıldığında bunlar grafik halinde çizilerek ortalamayapıldığında bunlar grafik halinde çizilerek ortalamaseviye grafikten okunur. İstasyonda limnigraf varsagünlük ortalama seviye elde edilen kayıttan belirlenir.Böylece günlük ortalama seviye bulunduktan sonraanahtar eğrisinden günlük debi okunur.

38

02.05.2013

20

6.6.3. Debi Gidiş Çizgisi : Yukarıda anlatıldığı şekilde hesaplanan günlük debilerle oistasyondaki debi gidiş çizgisi çizilir. İstasyonun yerinde birdeğişme olması halinde yağış kayıtlarının analizi için anlatılanadeğişme olması halinde yağış kayıtlarının analizi için anlatılanabenzer şekilde çift toplam debi çizgisi metoduyla kayıtlar homojenhale getirilmelidir. Debi gidiş çizgisinin periyodu 1 yıl olanperyodik bir bileşeni vardır, ancak bu peryodik bileşeninçevresindeki çalkantıların miktarı genellikle büyüktür. Ayrıcahavza biriktirme sisteminin etkisiyle herhangi bir günün debisi ileondan önceki günlerin debileri arasında bağımlılık görülür.g ğ g

Ölçülen debilerin analizine başlamadan önce eğer varsa insanetkisinin giderilerek doğal akışlara geçilmesi gerekir. Bu etkilerhazne işletmesi, sulama ve başka maksatlarla su çevirmedenkaynaklanabilir. Havza özelliklerinde meydana getirilendeğişikliklerin akımlara etkisinin belirlenip giderilmesi ise çokgüçtür. 39

Debi ‐ Zaman Grafiği

Zaman

Deb

i

■ Günlük ortalama debilerin zamanla değişimini gösteren eğriye "debi gidiş çizgisi" denir.

■ Türkiye'de, akım gözlem istasyonlarında elde edilen günlük ortalama debiler bir su yılı için (1 Ekim - 30 Eylül) EİE ve DSİ tarafından yayınlanan akım rasat (gözlem) yıllıklarında yayınlanır.

02.05.2013

21

6.6.4. Ölçüm Yapılmayan Kesitlerdeki Akımların Tahmini :

Bi k öl ü l l bi k iti d ki Bir akarsuyun ölçüm yapılmamış olan bir kesitindekiakımlar, o akarsuda (yoksa komşu akarsularda)yakındaki bir kesitte ölçülmüş olan akımlaradayanarak tahmin edilebilir. Bunun için en basit yolkesitlerdeki debilerin kesitlerin yağış alanları ile doğruorantılı olduğunu kabul etmektir. Taşkın debilerinintahmininde ise debilerin yağış alanlarının 1 den küçükbir kuvveti ile (A0.2—A0.7) orantılı olduğunu kabuletmek gerekir, ancak taşkın debilerinin bu şekildetahmini güvenilir sonuçlar vermez.

41

6.6.5. Debi Süreklilik Çizgisi : Eldeki bir debi gidiş çizgisinden faydalanarak debinin belli bir değere

eşit, ya da ondan büyük olduğu zaman yüzdesi hesaplanıp düşeyş y y ğ y p p ş yeksene debiler, yatay eksene zaman yüzdeleri taşınırsa debi süreklilikçizgisi elde edilir (Şekil 6.12). Süreklilik çizgisini elde ederken mümkünolduğu kadar uzun bir sureye ait debi gidiş çizgisini kullanmak uygunolur.

Q

Q

Q

Şekil 6.12.   Debi süreklilik çizgisinin elde edilmesi. 42

Zamanın %

0 100

Qt1 t2 t1 + t2

___________________________________

2

tZaman

02.05.2013

22

Bu eğriden zamanın belli bir yüzdesinde aşılan debi derhal aşılan debi derhal okunabilir. Şekil 6.13'den zamanın %25'inde aşılan debi 215 m3/s,zamanın % 50'sinde aşılan debi 135 m3/s olarak 

Şekil 6.12.   Debi süreklilik çizgisinin elde edilmesi.

135 m3/s olarak okunmaktadır.

Şekil 6.13.   Debi süreklilik çizgisinden zamanın belli yüzdelerinde aşılan debilerin okunması.

43

Süreklilik çizgilerinin birbirleriyle karşılaştırılmasınıkolaylaştırmak için bazen düşey eksende gerçek debilerin yerinedebilerin ortalama debiye oranı gösterilir, böylece debilerboyutsuz hale getirilir. Bir akarsuda belli bir süre içinde eldey g çedilmiş olan süreklilik çizgisini daha uzun bir süreye uzatmakiçin yakınındaki bir akarsuyun boyutsuz debileri için çizilensüreklilik çizgisinden faydalanılabilir. Aynı iş bir akarsuyun ikiayrı kesiti arasında da yapılabilir. Debi süreklilik çizgisiakarsuda belli bir zaman yüzdesinde mevcut olan debininbilinmesi gereken hallerde kullanılır. Örneğin bir hidroelektriktesisinde güvenilir gücü hesaplarken yılın % 50 sinde var olantesisinde güvenilir gücü hesaplarken yılın % 50 sinde var olandebi esas alınabilir. Debi süreklilik çizgisi, günlük ortalama debirastgele bir değişken olarak düşünüldüğünde elde edilentoplam, olasılık eğrisine benzemektedir.

Debi için olduğu gibi seviye için de gidiş ve süreklilik çizgileriçizilebilir.

44

02.05.2013

23

6.6.6.   Toplam Debi Çizgisi : Bir başlangıç anından herhangi bir t anına kadar

akarsudan geçen toplam akış hacmi :

şeklinde hesaplanabilir. Pratikte Δti zamanaralığında (ay, yıl gibi) ortalama debi Qt ise toplamakış hacmi :

şeklinde hesaplanır. Toplam akışın zamana göredeğişimini gösteren eğriye toplam debi çizgisi denir.Bu eğrinin herhangi bir noktasındaki teğetininği i d k d ki d bi ittieğimi, o anda akarsudaki debiye eşittir.

Şekil 6.14'deki örnekten anlaşılacağı gibi eğrinin ikinoktasının ordinatlarının farkı o zaman aralığındageçen toplam hacme eşittir. Eğri üzerindeki ikinoktayı birleştiren doğrunun eğimi de o zamanaralığındaki ortalama debiyi gösterir. Örnekte ABzaman aralığındaki ortalama debinin 356 m3/solduğu görülmektedir.

Şeil 6.14.   Toplam debi çizgisi.

45

Toplam debi çizgisi biriktirme haznelerindegerekli kapasiteyi hesaplamakta kullanılır.Bir örnek olarak Şekil 6.14'de göz önünealınan zaman (5 yıl) içinde akarsuya devamlıolarak bu zaman aralığındaki ortalamadebiyi (365 m3/s) verebilmek için yapılmasıgerekli haznenin hacmini bulalım. Bununiçin eğriye AB doğrusuna paralel teğetlerçizilir, C ve D den çizilen A' B' ve A" B"teğetlerinin arasındaki A' A" düşey uzaklığıgerekli hazne hacmini verir. Bu süregboyunca akarsuda 228 m3/s gibi daha küçükbir debiyi bulundurabilmek için gereklihazne hacmi ise eğimi 228 m3/s'yi ifadeeden GH doğrusuna paraleller çizerekbulunur ( IJ uzunluğu ).

Şeil 6.14.   Toplam debi çizgisi.

46

02.05.2013

24

Toplam debi çizgisi üzerinde A ‐ C arasındaki bölgede (Ekim‐Aralık) giren 

debi çekilecek debiden küçüktür, toplam debi çizgisinin bu bölgedeki eğiminin debi çizgisinin bu bölgedeki eğiminin AB doğrusunun eğiminden (ortalama debi) az olması bunu gösterir. C—D 

arasında (Ocak‐Mayıs) ise toplam debi çizgisi AB doğrusuna göre daha dik olduğuna göre giren debi çekilecek 

debiden fazla olmaktadır. D—B arasında (Haziran‐Eylül) tekrar  giren debi 

ortalamadan küçük olur (Şekil 6.17).

Şekil 6.17.   Toplam debi çizgisi.

47

Ardışık yıllar boyunca hazneye girenaylık akımların değişmediği kabuledilirse hazne C—D arasındadolacaktır, buna göre Ocak başındatamamen boş olan hazne Mayıssonunda dolmuş olacaktır.

Bu aralıkta hazneye giren toplamakım hacmi C ve D noktalarından ABdoğrusuna çizilen paralellerinarasındaki düşey uzaklık olarakokunur (1880 X 106 m3). Buna göreokunur (1880 X 10 m ). Buna göregerekli hazne kapasitesi 1880 X 106 m3

olur, Ocak ayının başında boş olanhazne Mayıs sonunda dolar, sonratekrar boşalmaya başlar ve Aralıksonunda tamamen boşalmış olur.

Şekil 6.17.   Toplam debi çizgisi.

48

02.05.2013

25

Toplam debi çizgisinin ordinatları zamanla sürekliolarak arttığından eğriyi daha büyük ölçekli olarakçizebilmek amacıyla

şeklinde hesaplanan, giren debilerin çekilen(ortalama) debiden olan farklarının toplamınınzamana göre değişimi çizilebilir. Hazne kapasitesi buçizginin en yüksek ve en alçak noktaları arasındakidüşey uzaklık olarak okunur (Şekil 6 15)

(6.10)

düşey uzaklık olarak okunur (Şekil 6.15).

Şekil 6.15. Toplam debi çizgisinindebilerin çekilen debiden farklarınıkullanarak çizilmesi

49

Örnek Problem 6.1 Bir akım gözlem istasyonunda anahtar eğrisinin eldeBir akım gözlem istasyonunda anahtar eğrisinin eldeedilmesi için Tablo 6.1 deki ölçümler yapılmıştır.

a) Anahtar eğrisini çiziniz. Anahtar eğrisinin (6.6)denklemine uyduğunu kabul ederek bu denklemdekisabitlerin değerlerini belirleyiniz.

b) Bir taşkın sırasında seviye 2,8 m olarak ölçülmüştür.Taşkın debisini (6.6) denkleminden tahmin ediniz. 0( )nQ K h h

50

02.05.2013

26

Çözüm: a) Q=K(h‐h0)

n (6.6)

denklemindeki K, n ve h0 sabitlerinind ğ l i i b li l k i i d kl i ikideğerlerini belirlemek için denklemin ikitarafının logaritması alınırsa :

log Q=log K+n log (h‐h0)

olduğu görülür. Buna göre log Q ile log (h‐h0) arasında doğrusal bir ilişki vardır. Önceh0 ’ın değeri logaritmik kağıtta Q ile h—h0

arasındaki ilişkiyi doğrusal bir ilişkiye enŞekil 6.16.   Anahtar çizgisinin ekstrapolasyonu.

ş y ğ ş yfazla yakınlaştıracak şekilde denemeyoluyla belirlenir. h0= — 0,2 m için bununsağlandığı görülür (Şekil 6.16). Bu şekildenoktaların arasından gözle geçirilendoğrudan h—h0= 1 için Q=60 okunur[** log 1 = 0], (6.6) denklemine göre K=60olduğu anlaşılır. Doğrunun eğimi 2,60olarak ölçülür, öyleyse n=2,60 olur :

Q=60 (h+0,2)2.60

b) h=2,8 m için h‐h0 =2,8+0,2 = 3,0molur, Şekil 6.16 dan h-h0 = 3,0 m içinQ=1050m3/s olarak okunur, aynı değeryukarıdaki denklemden dehesaplanabilir.

51

Örnek Problem 6.2 Bir baraj gölüne giren j g gaylık akımlar  Şekil 6.17 

de gösterilmiştir. Bu baraj gölünden yıl 

boyunca giren akımların ortalamasına eşit bir debiyi çekmeyi 

sağlayacak hazne kapasitesini belirleyiniz.

Şekil 6.17. Hazne kapasitesinin hesabı. 52

02.05.2013

27

Verilen aylık akımları ardı ardınaekleyerek Şekil 6.17 de görülentoplam debi çizgisi çizilir Bu

Çözüm:

toplam debi çizgisi çizilir. Buçizginin B ucunun ordinatı olan6670 X 106 m3 yıl boyunca hazneyegiren toplam akım hacmidir. Yıllıkortalama debi :

1 yıl boyunca sürekli olarak 212,5m3/s lik bir debi çekebilmek içingerekli olan hazne kapasitesinibulmak için AB doğrusuna paralelteğetler çizilir, C ve D noktalarındançizilen teğetler arasındaki A' A"düşey uzaklığı hazne kapasitesini1880 X 106 m3 olarak verir. Şekil 6.17. Hazne kapasitesinin hesabı. 53