Havza Hidrolojisinin Yeri ve Önemi

1. Havza HidrolojisininYeri ve Önemi Dr. A.Ünal Şorman sorman@metu.edu.tr 5-7 Kasım 2012 Eğitim semineri Antalya

2. Hidroloji nin tanımı • Hidro-Su, loji ise bilim anlamında olup yer bilimlerinin önmeli bir bölümünü de su bilmi oluşturur ve bu bilim dal diğer bazı bilim daları ile yakından ilgilidir. • Örnek Meteroloji, atmosfer bilimi, jeoloji, biyoloji, deniz ve göl bilimleri, toprak, havza morfoloji vs. • Bu bilim dalı da yüzey ve yüzeyaltı ve yeraltı olmak üzere üç grupta toplanabilir ve bilim daları ile uğraşanlarada hidrolojist, toprak fizikçisi ve yeraltı( hidro jeolojist) adları verilir.

3. Hidroloji biliminin diğer bilim dalları ile olan ilişkileri.. • Meteorology (Meteoroloji) • Climatology (İklim) • Geology (Jeoloji) • Glaciology (Buzul) • Limnology (lakes) (Göl) • Cryology (snow, ice)(Kar-Buz) • Potamology (rivers) (Nehir) • Oceanology (Deniz)

4. Hidrolojik Çevrim elemanları • Precipitation (humidity, temperature, wind) (Yağış) • Interception (Tutulma) • Infiltration (Sızma) • Surface Flow (Yüzey akış) • Subsurface Flow (interflow) • Groundwater Flow (baseflow) • Evaporation (temperature, wind, atm. pressure) • Transpiration (Terlame) • Percolation (Süzülme) • Deep Percolation (Derin • Süzülme)

5. Su Toplama havzasının tanımı • Belli bir alanı (düz veya dağlık) çevreleyen ve yüksek noktaların birleştirilmesi ile oluşan alana Su Toplama Havzası veya Havza adı verilir ve km2 cinsiden ifade edilir. • Havzalar küçük, orta veya büyük ölçekli olabilir

6. Küçük havza alanları tarımsal (sulama), orta büyüklükte olanlar baraj (enerji, sulama), büyük ölçekli olanlar ise çoğu zaman taşkın koruma, sulam ve enerji amaçlı veya bunları tümü olarak çok amaçlı kullanılırlar. Ülkemizde 25 adet su havzası mevcut olup bunlar nehir havzaları olarakta adlandırılır. Nehir havza sınırları ve il sınırları ve yeraltı havza sınırları birbirleri ile örtüşmezler. Bu havzaların veya alt havzaları mertebelendirilir ve en küçük nehir kolundan başlayarak numaralandırılırlar. (Horton kanunu). Bu numaraldırılmalar bunların sayıları ve toplam kol uzunlukları havzaların morfolojik yapısı hakkında bizlere bazı bilgiler sunarlar.

9. Su Havzalarının karakteristikleri (DSİ, 1995)

10. Yağışın Dağılımı Yıllık yagış Annual rainfall ranges from 0 – 2500 mm

11. Yağışın aylık dağılım haritası

12. STREAMFLOW – (Aylık akım dağılım haritası)

13. Örnek havza tanımı • Havzaların bazılarına Örnek (pilot) havza (gaged) • Bazılarına temsili havza bazılalarına ise ölçümü yapılmayan (ungaged) havza ile tanımlanır. • Bunun için seçilen örnek havzalar üzerinde alet donanımı yapılarak ölçümler yapılır. • Örnek: Yağış, akış, buharlaşma ve terleme, sızma ve süzülme, yeraltı suyunun beslenmesi toprak nemi gibi. • Bunlara biz havzanın süreçleri (process) adını veriyoruz.

14. INPUT I(t) OUTPUT Q(t) SYSTEM Sistem in akış şeması Φ(System transfer function) Q(t) = Φ I(t)Transformation Equation

15. Components of Runoff Channel Precipitation Surface Runoff Interflow Groundwater Flow 3 q (m /s) i (mm/hr) t (hr) t (hr) input output system (Rainfall) (Basin) (Runoff) Hidrograf Analizi Akım elemanları Kanal yağışı Yüzey akışı Yüzey altı akışı Yeraltı suyu

16. Havzaların sistem olarak tanımı • O halde havzaları bir sistem olarak tanımlamak ve şematik olarakta bir akış şeması halinde ifade etmek mümkün olur bu şekilde yer bilim adamları bu sistemi matematiksel olarak ve fiziksel kanunlara dayandırılarak ifade etmeye ve model çalışmaları yapmaya çalışırlar. Bu model çalişmaları bazen deterministik, bazen istatistiksel veya zamana bağlı olarakta stokastik olarak açıklanır ve bilgisayarlar vasıtası ile simulasyon modelleri kurulur.

17. Eğer örnek havzaların aletlerle donanımı yapılacak ise bunu nerelerde kaç adet ve ne süre ile işletilmesi sorularına yanıt aramak, • Ve elektronik veya manual ölçülen değerleri bir kaydedicilere aktarılarak bu bilgilerin kısa zamanda gerçek zamana yakın olarak transfer edilmesi istenir. Bu suretle de model çalışmaların yürütülmesi ve varılan sonuçların kısa zamanda planlama projelendirme ve işletme-tahmin çalışmalarına sokulması aranır. Bu modele girdi bilgilerinin sayısal altlıklarla tanımlanması gerekir

18. Precipitation Yağış havzaya girdi olarak alınır

19. Yağış ölçer

20. Weather Radar and Remotely Sensed Data Hava Radarı ve uzaktan algılama verileri

21. Manual (non-recording) Gages -Manual akım ölçümü

22. Recording Gage Kaydedici akım ölçümü Şamandıra tipi

23. Recording Gage Limnegraf ile akım ölçümü

24. Obtaining Rating Curve (Stage – Discharge) Anahtar eğrisinin elde edilişi-Seviye Debi ilişkisinin çıkarılışı

25. Runoff / Streamflow Measurement

26. Acoustic Doppler Current_Akustik doppler radar ile ölçüm

27. Havzaların tanımlanması için gerekli parametreler • Topografi (alan çevre ve nehir ana kolu uzunlığu) • Eğim ve gradiant (rölyef maksimum, hipsometrik eğri) • Şekil oranı (yuvarlaklık oranı) • Morfoloji (drenaj yoğunluğu ve nehir frekansı) • Jeolojik ve toprak yapısı (kayaç tipi ve toprak cinsi) • Bitki v e arazi kullanımı (Şehir , kırsal orman vs) • Hidrolojik ve meteorolojik veri (yagış rejimi ve akış katsayısı) Olarak tanımlanması ve sayısal ortama altlıklar olarak aktarılması istenir

28. Türkiyenin topografik yapısı Ave. Elevation > 1100 m Ave. Slope > 17% Elevation (m)

30. Havzanın topografyası ve nehir ağı Sohu Basin withstream network Chapter 6 30

31. Havzaların morfolojik parametreleri • Drainge density (Drenaj- Yoğunluğu) As Dd increases, qp increases, tp decreases • Drainge frequency (Drenaj • Frekansı) As Df increases, qp increases, tp decreases Chapter 6

32. Havzanın toprak yapısı ve arazi örtüsü Example for: land cover and land use Sohu Basin Çayboğazı Basin Chapter 6

33. Su teminine yarayan alanlar suyun temini, sulama suyunun sağlanması, enerjinin üretilmesi, taşkınlardan korunma özellikleri taşır ve optimum olarak işletilmesi ile maksimum fayda sağlanır. • Bunun içinde havza ve civarında yapılan ölçümlerin yapılması, değerlendirilmesi ve bilgiye dönüştürülmesi aranır. • Data (veri)- knowledge (bilgi)- information(bilgi edinme)

34. Veriler değişik amaçlar için yıllık, aylık haftalık günlük hatta saatlik olarak toplanıp değerlendirilir . • Bu verilerin en yüksek, en düşük ve ortalama değerleri bizler için önem taşır ve uzun süreli güvenilir olması ve nokta ölçümlerinin belli bir alanı temsil etme özelliği aranmalıdır. Bu sayede ölçüm sayısı ve aralığı belirlenir.

35. Havza hidrolojisinde kullanılan araçlar Bunlar • Matematik • İstatistik (olasılık fonksiyonları) • Optimizasyon yöntemleri (linear ve dinamik) • Uzaktan algılama (Uydular-aktif pasif-optik) • Coğrafi Bilgi Sistemleri vb olabilir.

36. Yüzey akış modelinin kurulması • Şimdi örnek olarak bir yüzey akış modeli kurmaya bunun planlamasını, işletmesini ve yönetimini yapmaya çalışalım. • Bu modelere girdiler , süreç elemanları ve çıktılar olarak üç grupta toplanabilir ve bu elemanları ya süreklilik kanununa yada enerji ve momentum denklemlerine dayandırılarak bilinenler yardımı ile bulunmak istenen ve projede kullanılması istenen çıktıları bulunması aranır.

37. Precipitation, I(t) Evaporation, Q(t) I(t) – Q(t) = dS/dt Basin divide Basin surface Streamflow, Q(t)

38. Continuity equation-Süreklilik Denklemi • dS/dt = I(t) – Q(t) I(t) : inflow (girdi) Q(t) : outflow (çiktı) dS/dt : change in storage (depolamadaki değişiklik) S = (P + SF + I + GWF) – (S+W+E)

39. Hidrograf Bileşenleri • Toplam akış hidrgraflarının üç bileşi bulunur (genel itibari ile) • Yüzey akışı, yüzey altı akışı ve yeraltı suyu) • Bu hidrografların değerlendirilerek birim veya anlık birim hidrografların çıkarılması istenir. • Bir BH tanıımlanacak olur ise 1BH6. Bunun ne anlama geldiği ve dayanılan kabullerin iyi anlaşılması istenir. • Yurdumuzda örnek havzaların BH larının çıkarılmadığı bu sebeple de yapay yöntemler kullanılarak BH elde edildiği de bir gerçektir.

40. Hitograf ve Hidrograf arasındaki ilişki • Effective rainfall (etkilyağış) • Infiltrated amount(Sızma miktarı) • Surface runoff (Yüzey akışı) • Baseflow (Taban akımı) • Rising limb (Yükseliş) • Crest (Tepe) • Falling limb(Çekiliş) • Duration of net rain (tr) • Basin lag (tL) öteleme • Time to peak (tp) pik e olan • Base time (tb) Taban süresi

41. Toprak yapısı ve arazi örtüsünün akıma etkisi (Soil characteristics and land cover) Şehirleşmenin hidrograf üzerindeki etkisi Chapter 6

42. Birim hidrograf ın (BH)t tanımı • Birim hidrografların çıkarılması için basit sağanak olaylar seçilir ve etkili yağiş miktarının 1mm veya 1 cm olması aranır. • Buna bağlı olarakta yüzey akım hidrografı elde olunur. • Bu tür çıkarılan BH lar ortalanır ve havzanın temsili BH çıkarılarak ileride oluşacak sağanak olaylardan beklenen akımlar elde olunur ve proje debisi ve gelen taşkın suyunun hacmi bulunur.

43. Birim Hidrografın öteleme yöntemi ile bulunuşu UH2 + (2 hr lagged) UH2 = 2UH4

44. SCS-Toprak muhafaza yöntemi Qp:peak flow (m3/s) tr:duration of excess rainfall tL:lag time tp:time to peak or time of rise (hr) tf:time of fall or recession time (hr) tb :base time

45. Forecasting Procedure-Öngörü yöntemi 45

46. Hidrolojik Modeller 46 SRMHBV (Snowmelt Runoff Model) (Hydrologiska Byrans Vattenbalansavdelning) • Farklı yaklaşımlardaki fiziksel tabanlı, yarı dağılımlı iki hidrolojik model

47. Hidrolojik Modelleme • SNOWMELT RUNOFF MODEL (SRM) • YAĞIŞ, HAVA SICAKLIĞI VE KARLA KAPLI ALAN • DERECE-GÜN YÖNTEMİ • GÜNLÜK AKIM BENZEŞİMİ (SİMÜLASYON) VE TAHMİN • GÖZLENEN VE HESAPLANAN AKIM KIYASLAMASI • R² (Nash Sutcliffe Belirlilik katsayısı) ve Dv (Hacim farkı) c = akış katsayısı (CS kar, CR yağmur) Q = Ortalama günlük debi (m³/s) ɑ = Derece gün faktörü (cm/ ºC.gün) S = Karla kaplı alan T= Derece gün sayısı (ºC.gün) ΔT= Yüksekliğe bağlı sıcaklık farkı (°C) P= Akışa katılan yağış (cm) A = Alanı (km²) k = Çekilme katsayısı n = gün n+1 = hesap yapılan gün

48. HBV Model yapısı

49. Sonuçlar Paydaşlar, kurumlar ve idareciler için Eğitim amaçlı kurslar ve seminerler düzenlenmeli Kurumlar arası işbirliği, ortak proje çalışmaları (güdümlü projeler vb), koordinasyon ve hızlı veri alış verişi sağlanmalı Son teknolojik araçlar ve analiz teknikleri kullanılarak verilerin analizi ve bilgiye dönüştürülmesi ve paylaşımı daha hızlı bir şekilde sürdürülmeli

50. Geçmiş olaylardan edinilen deneyimler ile geleceğe dönük plan ve tasarımların zamanında yapılması ve tedbirlerin ona göre alınması ve deneyimli insan potansiyelinden yararlanılmalı Verilerin güvenilir, testlerden geçirilmiş, yeterli sayıda ( alansal) ve zaman boyutunda olması kaçınılmaz bir gerçektir.