Transcript HİDROLOJİ Ders Notları 1

Ercan Kahya
Hidroloji, Mehmetcik Bayazıt, xxx Yayınevi, 200x, İstanbul
Hidroloji Ders Notları, Kasım Yenigün & Veysel Gümüş, Harran Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi, İnşaat Müh. Böl.
Hidroloji Ders Notları, KTÜ, MF, İnşaat Müh. Böl.
BÖLÜM 1
GİRİŞ
1.1. Hidrolojinin Tanımı
► Suyun yer küresindeki dağılımını ve özelliklerini inceler.
► Hidrolojinin en yaygın olan tanımı:
“Yer küresinde bulunan suların oluşumunu, dolaşımını
(çevrimini), dağılımını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini ve
çevre ile olan karşılıklı ilişkilerini inceleyen temel ve
uygulamalı bilim dalı”
1.2. Hidrolojinin Önemi
Su ile ilgili her türlü mühendislik çalışmaları “ su kaynaklarının
geliştirilmesi " adı altında toplanmaktadır. Bu çalışmaların amaçları:
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.
1.3. Hidrolojik Çalışmaların Safhaları
a. Gözlem ve Ölçümlerin Yapılması
b. 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.
Hidrolojik Çevrim
ENERGY:
Güneş
&
Yerçekimi
► Mühendislik Hidrolojisi Açısından Hidrolojik Çevrim: (Şekil 1.2)
Atmosfer biriktirme sisteminden → yüzeysel biriktirme sistemine düşen
yağışın bir kısmı sızma yoluyla → zemin nemi biriktirme sistemine,
oradan da perkolasyon yoluyla → yeraltı biriktirme sistemine geçer.
Her üç sistemin de buharlaşma ve terleme yoluyla atmosfer ile ilişkileri
bulunduğu gibi
yüzeysel biriktirme sistemi yüzeysel akış,
zemin nemi biriktirme sistemi yüzey altı akışı ve
yeraltı biriktirme sistemi de yeraltı akışı
şeklinde sularının bir kısmını → akarsu biriktirme sistemine gönderir.
Akarsu biriktirme sistemine düşen yağış eklenip buharlaşma kayıpları
çıktıktan sonra geriye kalan su akarsulardan akış şeklinde → denizlere
veya göllere ulaşmakta, oradan buharlaşma ile atmosfere geri döner.
Sistem, düzenli bir şekilde birbirleriyle ilişkili olan ve çevresinden
belli bir sınırla ayrılan bileşenler takımı olarak tanımlanır.
Kütlenin Korunumu:
Kütlenin korunumu ilkesi:
“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 Δt zaman aralığındaki değerler (X,Y) göz
önüne alınarak da yazılabilir:
Yerküresinin Su Dengesi
► Doğa su miktarı bakımından dinamik denge halindedir. Su tükenmez bir
doğal 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.
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 yer
altı suyu potansiyelinin ise yılda 9.5⋅109 m3 olduğu tahmin edilmektedir.
Yerkürenin Isı Dengesi
Güneş ısısı: sabit & ort. dakikada 2 kal/cm2. Örnek olarak, 40. enlemde
bir günde kışın 326 kal/cm2 & yazın 1021 kal/cm2 düşer!
► Güneş enerjisi: %33 atm yansıtır + %22 hava ve su molekülleri tutar
kalan %45 yeryüzüne ulaşır. Yerkürenin ort. Sıcaklığı: 15 C
SINIF UYGULAMASI
Örnek Problem 1:
Demir köprü baraj gölünde 1971 yılı haziran ayı başında 495.5 milyon
m3 su bulunmaktadır. Bu ay boyunca gediz nehrinin baraj gölüne
getirdiği ortalama debi 15.8 m3/s dir. Haziran ayında gölden 8.5 milyon
m3 su buharlaşmıştır,göl üzerine yağış düşmemiştir. Enerji üretimi için
bu ay baraj gölünden 50.5 milyon m3 su çekilmiştir. Haziran ayı
sonunda gölde 476.4 milyon m3 su bulunduğu bilindiğine göre, baraj
gölünden 1 ay boyunca ne kadar sızıntı olmuştur?
Örnek problem 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 ortalama
yağış yüksekliği 1066 mm dir. Buna göre akarsuların her yıl denizlere
taşıdıkları ortalama su hacmini ve denizlerdeki yıllık buharlaşma
yüksekliğini bulunuz.?
BÖLÜM 2
YAĞIŞ
YAĞIŞ
■ Atmosferden katı yada sıvı halde yeryüzüne düşen sulara yağış denilir.
■ Sıvı haldeki yağış yağmur şeklindedir, katı haldeki yağış ise kar, dolu,
çiğ, kırağı şekillerinde olabilir.
Yağışın Meydana Gelmesi İçin Gerekli Şartlar:
1)Atmosferde yeterince su buharı bulunmalıdır.
2)Hava kütlesi soğumalıdır. Hava soğuyunca, su buharı taşıma kapasitesi de
azalır. Belirli bir sıcaklıktan sonra da su buharı sıvı haline gelir.
3)Yoğunlaşma olmalıdır. Yoğunlaşma olayı, "yoğunlaşma çekirdeği" adı
verilen çok küçük tozlar üzerinde gerçekleşir.
4) Yeryüzüne düşebilecek irilikte (yaklaşık 1 mm) damlalar oluşmalıdır. Bu
ya üzerinde su buharının yoğunlaşa bileceği buz kristallerinin varlığıyla ya da
küçük damlacıkların çarpışarak birleşmesi sonunda olabilir.
Yağış Tipleri Nasıl Tanımlanır:
1. Konvektif yağış: Yeryüzüne yakın
hava fazla ısınırsa yükselir. Bu
özellikle etrafı dağlarla çevrili
bölgelerde yaz aylarında görülür.
Yağış yerel, kısa süreli ve şiddetlidir.
İç Anadolu da yaz akşamlarında
görülen sağanakların nedeni budur.
2. Orografik Yağış: Nemli bir hava kütlesi
bir dağ dizisini aşmak için yükselirken
soğur ve orografik yağışa yol açar.
Ülkemizde denize paralel dağ sıralarının
(Kuzey Anadolu dağları,Toroslar) denize
bakan yamaçlarında denizlerden gelen
nemli ve sıcak hava kütleleri bu şekilde
yağış bırakır. Orografik yağış alan
bölgelerde arazini kotu ile yağış yüksekliği
arasında bir ilişki vardır.
3. Depresyonik (Siklonik) Yağışlar:
Bir sıcak hava kütlesi ile bir soğuk hava kütlesinin düşey bir cephe
boyunca karşılaşmaları halinde;
sıcak hava yukarıya, soğuk havada aşağıya doğru hareket eder.
Böylece sıcak havanın yukarıda soğuması ile oluşan depresyonik
(siklonik, cephe) yağışlar, orta şiddette ve uzun süreli olup oldukça
geniş alanlarda etkili olabilirler.
Yurdumuzda meydana gelen yağışların çoğu bu şekildedir.
Not: Soğuk cephe daha şiddetli ve etkilidir.
Yağışın Ölçülmesi
Yatay bir yüzeye düşen ve düştüğü yerde kalarak biriktiği kabul edilen
su sütununa "yağış yüksekliği" adı verilir ve genellikle mm cinsinden
ifade edilir (1mm = 1 kg/m2).
Yağmurun Ölçülmesi
a. Yazıcı Olmayan Ölçekler (Plüviyometre):
-
-
Düşey kenarlı bir kap
En çok kullanılan plüviyometre tipi, 20 cm
çaplı bir silindir şeklindedir. Okuma
hassasiyetini artırmak için, bu silindirden
daha küçük ikinci bir silindir iç kısma
yerleştirilmiştir.
Plüviyometreler, yalnızca belirli bir zaman
aralığındaki toplam yağış yüksekliğini
verirler, yağış yüksekliğinin zamanla
değişimini kaydedemezler.
b. Yazıcı Ölçekler (Plüviyograf):
Bunlar, yağış yüksekliğinin zamanla değişimini kaydederler.
1.Tartılı plüviyograflar: Yağmur, alt tarafına yay monte edilmiş bir kovada
toplanır; yağmur yağdıkça kova ağırlaşarak aşağı doğru hareket edip
dönen bir kâğıt şerit üzerindeki yazıcı ucu hareket ettirir ve böylece yağış
yüksekliğinin zamanla değişimi kaydedilir.
-Bu sistemle, oldukça hassas ve doğru ölçümler yapılabilir.
-Türkiye'de en yaygın olarak kullanılan plüviyograf tipidir.
2. Devrilen kovalı plüviyograflar: Giriş kabına yağan yağmur küçük bir
kovada toplanır. Kova dolunca devrilir ve her devrilme ile yazıcı bir uç
kâğıt şerit üzerinde hareket eder. Bir kovacık devrilince yerine bir diğeri
geçerek dönel şerit üzerinde basamaklı çizgiler elde edilir.
Hassasiyeti daha azdır.
3. Şamandıralı plüviyograflar: Kaptaki su seviyesinin yükselmesi ile su
yüzeyinde bulunan bir şamandıra (yüzgeç), yazıcı bir ucu hareket
ettirerek kâğıt şerit üzerinde yazı yazmasını sağlar.
Çeşitli plüviyograf tipleri
Ayrıca, radarlar yardımıyla da yağmur ölçümleri yapılmaktadır.
Karın Ölçülmesi
■ Yağmur ölçekleri kullanılır.
- Karın donmasını önlemek için ölçüm aletine kalsiyum klorür veya
etilen glikol gibi antifriz maddeler konur.
- Karın erimesiyle oluşacak akış miktarını hesaplamak için karın su
eşdeğerinden yararlanılır.
Karın su eşdeğeri: Kar eridiğinde oluşacak su miktarının su yüksekliği
cinsinden değeridir.
- Karın yoğunluğu ile kar yüksekliğinin çarpımına eşittir.
- Yeni yağmış karın yoğunluğu 0.1, eski (sıkışmış) karın yoğunluğu ise
0.3-0.6 arasındadır.
Ölçüm Hataları
a. Rüzgâr tesiri: Rüzgâr nedeniyle, yağışın bir kısmının ölçeğe girmesi
engellenir. Bunu önlemek için, yağış ölçeği rüzgâr etkisinden uzak
bir yere konur; ayrıca rüzgâr perdeleri de kullanılabilir.
b. Ölçeğin etrafındaki engeller: Yağış ölçeğinin etrafındaki ağaç, bina
gibi yüksek engeller, doğru ölçüm yapılmasına mani olur.
- Tedbir olarak, ölçeklerin, engel yüksekliğinin en az iki katı uzağına
yerleştirilmesi gerekir.
c. Ölçek kabında buharlaşma: Tedbir olarak, su yüzeyinde ince bir yağ
tabakası teşkil edilir.
d. Civardan sıçrayan damlalar: Ölçek, yerden en az 1 m yükseğe
yerleştirilmelidir.
Yağış Ölçekleri Ağı
Yağışın yerel dağılımının öğrenilebilmesi için bir ölçüm ağının kurulması
gerekir.
■ Özellikle dağlık bölgelerde yağış miktarı ve şiddeti hızla değiştiğinden,
bu yerlerde oldukça sık bir ölçüm ağı kurulmalıdır.
■ Dünya Meteoroloji Teşkilatı, (WMO), optimum ölçek sıklığı olarak,
- düz bölgelerde 600-900 km2’de,
- dağlık bölgelerde ise 100-250 km2’de bir
ve ayrıca en çok 500 m kot farkıyla
ölçek yerleştirilmesini tavsiye etmektedir.
■ Türkiye'de ölçümler DMİ ve DSİ tarafından yapılmaktadır.
Yağış Verilerinin Analizi
Tanımlar
a. Yağış süresi (t): Bir yağışın başlama anı ile sona erişi arasında geçen
süredir.
b. Toplam yağış eğrisi: Yağış kayıtları düzenlenerek, toplam yağış (P)
ordinatta, zaman (t) apsiste olmak üzere toplam yağışın zamanla
değişimini veren grafiğe "toplam yağış eğrisi" denir.
Yağışın zaman içerisindeki
değişimini, artışını, azalmasını
durmasını gösteren diyagramdır.
c. Yağış şiddeti (i): Birim zamanda düşen yağış yüksekliğine "yağış
şiddeti" denir. Birimi [mm/saat], [cm/saat].
- Hafif yağışlarda 1 mm/saat,
şiddetli yağışlarda 10-20 mm/saat olabilir.
i = dP / dt ≈ ΔP / Δt
d. Hiyetograf: Yağış şiddetinin
zamanla değişimini gösteren
grafiğe "hiyetograf" denir. Yağış
şiddeti (i) ordinatta, zaman (t)
apsiste gösterilir.
e. Yağış frekansı: Belirli bir şiddetteki bir yağışın belli bir zaman süresi
içinde (1 yıl, 10 yıl, 50 yıl vb.) oluşma sayısına "yağış frekansı" adı
verilir.
Verilerin Homojen Hale Getirilmesi
Bir yağış ölçeğinin yer veya konumunda, ölçme yönteminde veya çevre
şartlarında yapılan değişiklikler sonucu, bir istasyonda ölçülen eski ve
yeni yağış değerleri arasındaki homojenlik bozulmuş olabilir.
Homojenliğin bozulup bozulmadığını belirlemek ve bozulmuşsa
homojenliğini sağlamak için "çift toplama yağış yöntemi" kullanılır.
- Yıllık yağış ort. kullanılarak kümülatif (eklenik) grafik çizilir ve eğimde
kırıklık aranır...
Bu verileri homojenleştirmek için,
o yıldan önceki veriler, kırıklığın olduğu noktadan önceki doğrunun
eğiminin (m1) kırıklıktan sonraki doğrunun eğimine (m2) oranı (m1/m2) ile
çarpılır (Şekil 2.8).
■ Bu yöntem, yalnızca yağışlar için değil, her türlü hidrolojik veriler için de
kullanılabilir.
Eksik Verilerin Tamamlanması
Bir istasyondaki kayıtların bir kısmı eksik ise, bu eksik verileri
tamamlamak için yakında bulunan ölçeklerin kayıtlarından faydalanılır.
- Bunun için aşağıdaki eşitliğinden yararlanılır:
Burada: yakında bulunan n istasyon sayısı, Px eksik yağış değeri, Ax
yağış değeri eksik olan istasyonun yıllık ortalamasıdır.
Bir başka denklem formu ile
Ortalama Yağış Yüksekliğinin Hesabı
Bir bölgedeki çeşitli noktalarda yağış gözlemleri yapılmışsa, o bölgenin
ortalama yağış yüksekliği çeşitli yöntemlerle hesaplanabilir.
Burada en çok uygulanan üç yöntem açıklanacaktır.
Bir bölgenin ortalama yağış yüksekliği şöyle tanımlanır:
Burada: Pi her istasyonun yağış değeri, Ai istasyonun temsil
ettiği alan, A toplam alandır.
a. Aritmetik Ortalama Yöntemi:
-
Bu yöntemde, bölge içindeki tüm istasyonların değerlerinin ortalaması
alınarak bölgenin ortalama yağış yüksekliği bulunur.
-
Çok basit olan bu yöntem, dağlık bölgelerde ve şiddetli yağışlar
sırasında uygulanamaz. Çünkü bu durumlarda yağış şiddeti çok kısa
mesafelerde hızla değişebilir.
-
Yağış ölçeklerinin oldukça üniform olduğu 500 km2’den küçük
bölgelerde bu yöntem uygulanabilir.
b. Thiessen Yöntemi:
- Bölgedeki yağış istasyonlarının dağılımı üniform değilse bu yöntem,
uygulanır.
- Bölge içinde olmayan yakındaki yağış istasyonlarının verileri de
kullanılabilir.
- Birbirine yakın istasyonlar doğru parçalarıyla birleştirilir; bu doğru
parçalarından orta dikmeler çıkılarak her bir istasyona ait bir çokgen
(Thiessen Çokgeni) teşkil edilir.
- Her bir çokgenin sınırladığı
alanın o istasyonla temsil edildiği
varsayılarak ve 2.6 eşitliği
yardımıyla ortalama yağış
yüksekliği hesaplanır.
c. İzohiyet Yöntemi:
- Bu yöntem, özellikle dağlık bölgelerde iyi sonuçlar verir.
- Yağış yüksekliği aynı olan noktaları birleştiren izohiyetler (eş yağış
yüksekliği eğrileri) çizilir.
- İki ardışık izohiyet arasındaki alanda yağış yüksekliğinin, izohiyetlerin
değerlerinin ortalamasına eşit
olduğu varsayılarak ortalama
yağış yüksekliği 2.6 eşitliğiyle
bulunur.
Örnek Problem
Yağış Yüksekliği-Alan-Süre (P-A-t) Analizi
♦ Bir yağış sırasında yağış yüksekliğinin yerel
dağılımını belirlemek için eş yağış eğrileri çizilir.
♦ Yağış merkezinden uzaklaştıkça yağış yüksekliğinde
bir azalma olur.
♦ Bu azalma oranı, yağış süresi ile ters yönde değişir.
♦ Yani, kısa süreli bir yağışın yerel değişimi, uzun
süreliden daha fazladır.
Yağışın Yerel Dağılımı
Horton Formülü (2.7)
Burada; Po merkezdeki yağış yüksekliği, A yağış alanı, P alanı A olan bölgedeki
yağış yüksekliği, k ve n her yağış süresi için belirlenen sabitlerdir.
Yağış Yüksekliği-Süre-Tekerrür (P-t-T) Analizi
Bir havzadaki veya bölgedeki
çeşitli tekerrür süreli (T), yağış
yüksekliklerinin (P), yağış süresi
(t) ile değişimini belirlemek için,
yağış yüksekliği-yağış süresitekerrür süresi arasındaki ilişkiler
belirlenir.
Yağış yüksekliği-süre-tekerrür
analizine benzer olarak, yağış
yüksekliği yerine yağış şiddeti
dikkate alınarak, yağış şiddetisüre-tekerrür (i-t-T) analizleri
yapılabilir
Muhtemel Maksimum Yağış
♦ Bir havzada belli bir yağış süresi için fiziksel olarak mümkün olabilecek en büyük ve
aşılması ihtimali çok küçük olan yağışa "Muhtemel Maksimum Yağış" adı verilir.
♦ Bu yağış, özellikle, yıkılması halinde çok büyük can ve mal kaybına yol açabilecek
barajların dolu savaklarının boyutlandırılmasında dikkate alınır.
♦ Muhtemel maksimum yağışın tahmin edilmesi çalışmalarında meteoroloji
uzmanlarıyla işbirliği yapılmalıdır.
- Muhtemel maksimum yağışın hesabında kullanılan yöntemler ikiye ayrılırlar:
a. Fiziksel Yöntemle Muhtemel Maksimum Yağış Hesabı
[Havzada mevcut veya diğer bir havzadan taşınan yağış değerleri, çeşitli tekniklerle
büyütülerek, o havzada olabilecek en büyük yağış tahmin edilir (maksimizasyon)]
b. İstatistik Yöntemle Muhtemel Maksimum Yağış Hesabı
♦ İkinci yöntemin uygulaması oldukça kolay olmasına karşılık, elde edilen sonuçlar
fiziksel yöntem ile elde edilenlerden daha hatalı olmaktadır.
BÖLÜM 3
BUHARLAŞMA
3.1. Giriş
♦ Atmosferden yeryüzüne düşen yağışın önemli bir kısmı tutma, buharlaşma
ve terleme yoluyla, akış haline geçmeden atmosfere geri döner.
♦ Bu kayıpların belirlenmesi özellikle kurak mevsimlerde hidrolojik bakımdan
büyük önem taşır.
♦ Buharlaşma, suyun sıvı halden gaz haline geçmesi olayıdır.
♦ Su yüzeyindeki moleküller yeterli bir kinetik enerjiye sahip olduklarında,
kendilerini tutmaya çalışan diğer moleküllerin çekim etkisinden kurtularak
sudan havaya fırlarlar.
■ Su yüzeyi civarında sudan havaya
ve havadan suya doğru sürekli bir
molekül akımı vardır. Sudan havaya
geçen moleküllerin fazla olması
olayına "buharlaşma" adı verilir.
♦ Buharlaşma, su, ıslak toprak, kar, nehir, göl ve deniz yüzeylerinden olabilir.
♦ Bitkiler üzerine düşen yağışın burada kalması olayına "tutma", bitkiler
üzerinden suyun havaya çıkmasına da "terleme" (transpirasyon) denir.
Buharlaşma ve terleme olaylarının ikisine birden "evapotranspirasyon" denir.
♦ Buharlaşma, su mühendisliği açısından büyük bir öneme sahiptir. Özellikle
baraj göllerinde (rezervuarlarda) biriken suyun önemli bir kısmı buharlaşma
yoluyla atmosfere geri dönmekte ve bu sudan yararlanılamamaktadır.
♦ Örneğin, tüm barajlardan bir yılda buharlaşan su miktarı, Seyhan Nehri’nin
aynı sürede getirdiği suya eşittir.
► Buharlaşma mekanizmasını bilmek ve buharlaşmayı azaltıcı önlemler almak,
su potansiyelinden yararlanma açısından büyük bir önem taşımaktadır.
3.2. Buharlaşmanın Bileşenleri
3.3. Buharlaşmayı Etkileyen Faktörler
a. Hava Sıcaklığı: Hava sıcaklığı arttıkça, su yüzeyindeki buhar basıncı
(ew) ile hava basıncı (ea) arasındaki fark büyür ve buna bağlı olarak da
buharlaşma miktarı da artar (Dalton Kanunu).
b. Rüzgâr: Rüzgârlı havalarda havanın hareketi artacağından, su yüzeyi
yakınlarında suya doymuş olan hava buradan uzaklaşarak daha az
rutubetli hava bu bölgeye gelir. Sonuç olarak, rüzgâr, hava
sirkülasyonunu sağlayarak buharlaşma miktarının artmasına yol açar
(! rüzgârlı havalarda çamaşırların daha çabuk kuruması örneği).
c. Güneş enerjisi: 1 gram suyun buharlaşması için suyun sıcaklığına bağlı
olarak 539-597 kalori gereklidir. Bu enerji direkt olarak güneşten
sağlanır.
d. Suda erimiş tuzlar ve su yüzeyindeki kimyasal maddeler: Suda
erimiş tuzlar ve su yüzeyindeki kimyasal maddeler buharlaşmayı
azaltırlar.
3.4. Su Yüzeyinden Buharlaşma
3.4.1. Buharlaşma Miktarının Hesabı:
Meteorolojik şartlara bağlı olarak su yuzeyinden gunde (1-10) mm arasında su
buharlaşır.
Buharlaşma olayını etkileyen parametrelerin cok olması nedeniyle, buharlaşma
miktarının önceden kesin olarak belirlenmesi imkansızdır. Ancak, ceşitli yontemlerle
bu miktar tahmin edilebilir:
a. Su Dengesi Yontemi: Göz onune alınan diğer değişkenler (X, Y ve ΔS)
biliniyorsa, buharlaşma miktarı tahmin edilir.
b. Enerji Dengesi Yontemi: Su kutlesine enerjinin korunumu ilkesi uygulanarak
buharlaşma miktarş tahmin edilebilir. Ancak, bu yontemin uygulanması icin gerekli
olan meteorolojik parametrelerin hesaplanması oldukca guctur ve bu nedenle
yontem pek fazla kullanılmamaktadır.
c. Ampirik Formuller: Ampirik formuller, buharlaşma hesaplarında sıkca
kullanılmaktadır. Bunların genel yapısı şoyledir:
E: buharlaşma miktarı,
ew ve ea: su yüzeyindeki buhar basıncı ve hava basıncı,
w: rüzgâr hızı,
A, b, n : her formül için ayrı ayrı belirlenen katsayılardır.
► Ampirik formüllerin en büyük dezavantajı, yalnızca belirli şartlar
altında iyi sonuç vermeleridir.
Su dengesi metodunu bir su kütlesine (göl, hazne gibi) süreklilik
denklemi uygularsak:
Buharlaşmanın Ölçülmesi
■ Serbest su yüzeyinden buharlaşmayı belirlemenin en iyi yolu
buharlaşma tavası (evaporimetre) denen metal kaplar kullanılmaktadır
■ En çok kullanılan tip: A sınıfı tavanın alanı 1 m2, derinliği 25 cm’dir. Tava
20 cm derinlikte su ile doldurulup su yüzeyindeki alçalma bir Limnimetre ile
ölçülerek buharlaşma miktarı belirlenir.
■ Yağışlı günlerde yağış yüksekliği de ayrıca ölçülerek hesaba katılmalıdır.
■ Tava yerden 15 cm yükseğe yerleştirilmeli, tavadaki su yüzeyinin tavanın
üst kenarından uzaklığı 5-8 cm arasında kalacak şekilde her gün su
eklenmelidir.
■ En az 5000 km2 ye bir tava yerleştirilmesi tavsiye edilmektedir.
■ Ancak tavadaki buharlaşma miktarı ile büyük bir su kütlesindeki (Bir
hazne, bir göl, bir baraj vb.) buharlaşma miktarı birbiri ile aynı olmaz.
Tavadaki su hava sıcaklığındaki değişmelerden daha çabuk etkilenmesidir.
■ Tavanın ısı yansıması, tava civarından ısı alışverişi ve çevrenin az nemli
olması da buharlaşmayı etkiler.
■ Tedbirler: Tavayı üst kısmına kadar toprağa gömmek,
yada su üzerinde yüzdürmek
■ Bu gibi tavaların buharlaşma miktarı büyük göllerdekine daha yakın olsa
da elde edilen sonuçlar kararlı olmamaktadır.
■ A sınıfı buharlaşma tavasının kullanılması ve göldeki buharlaşma
miktarına geçmek için tavadaki okumanın Tava Katsayısı ile çarpılır.
■ A sınıfı tavada yıllık buharlaşma için katsayı 0,7 kabul edilebilir. Bu
katsayının değişim sınırları 0,6-0,8 arasındadır.
■ Katsayının 0,7 kabul edilmesi durumunda hata payının %15’in altında
olduğu düşünülür.
■ Yazıcı ölçekler de (Evaporograf) kullanılmaktadır.
Buharlaşma Miktarının Azaltılması
Baraj göllerinden buharlaşan su miktarı önemli rakamlara ulaşıp büyük
su ve para kaybına neden olur. Tedbirler:
a.Baraj gölü yüzeyinin küçük tutulması: Baraj yeri seçilirken,
mümkün olduğunca, sığ ve geniş alanlı baraj yerine, derin ve küçük
alanlı barajlar tercih edilmelidir. Çeşitli baraj alternatifleri için, (yüzey
alanı/depolama hacmi) oranları belirlenip en küçük orana sahip
alternatif seçilmelidir.
b. Rüzgâr hızının azaltılması: Rüzgâr hızı arttıkça buharlaşma miktarı
da artacağından, rüzgâr hızını azaltarak buharlaşma miktarı
küçültülebilir. Bu maksatla, göl yamaçlarında çam ağaçları yetiştirir.
c. Kimyasal yöntemler: Rezervuar yüzeyleri, buharlaşmayı azaltan
ince bir yağ tabakasıyla kaplanarak buharlaşma azaltılır.
3.5. Zemin ve Kar Yüzeyinden Buharlaşma
■ Zemin yüzeyinden buharlaşma, su yüzeyinden buharlaşmaya benzer.
- zemin geçirimliliğinin az ise su parçacıklarının buharlaşabilmesi için daha
fazla direnç mevcuttur.
- zeminin üst bölgelerinde yeterli su bulunması halinde, zemin yüzeyinden
buharlaşma miktarı su yüzeyinden buharlaşma miktarına yakın olur.
Yer altı su seviyesinin yüzeyden itibaren 2-3 m’den aşağıda olması halinde
buharlaşma ihmal edilebilecek seviyelere düşer.
■ Kar yüzeyinden buharlaşma (sublimasyon) miktarı çok rüzgarlı havalarda,
günde en fazla 5 mm’ye kadar çıkabilmekle beraber, ayda en fazla 20-30
mm’ye kadar ulaşabilir. Bu değer de aynı şartlarda su yüzeyinden
buharlaşmanın % 20-25’i kadardır.
3.6. Terleme ve Tutma
■ Bitkilerin yaşamları için gerekli suyu kullandıktan sonra kalan kısmını
yapraklarından buhar halinde havaya vermesine: “terleme” (transpirasyon)
■ Terleme, bitkilerin büyüme mevsimlerinde ve gündüz saatlerinde olur.
■ Terleme miktarı bitki cinsine göre 0.1-7 mm/gün arasında değişir.
■ Bitkiler tarafından tutulan ve yeryüzüne ulaşamayan yağış: “tutma”
■ Bitkiler tarafından tutulan su buharlaşır ve buharlaşma kayıpları olur.
■ Tutma kayıpları, özellikle yağış şiddetinin az ve süresi kısa ve bitki
örtüsünün sık olması durumunda tutma miktarı önemlidir.
■ Tutma kapasitesi iğne yapraklı ağaçlarda 0.7-3 mm arasındadır. Bu ağaçlar
üzerlerine düşen yağışın % 25-30’unu, yaprak döken ağaçlar ise % 10-15’ini
tutarlar.
3.7. Evapotranspirasyon Kayıpları
☼ Bitkilerin su ihtiyacının belirlenmesinde ise Blaney-Criddle yöntemi kullanılır:
U = 45 kp (t+18)
Burada; U aylık su ihtiyacı (mm), k bitki cinsine bağlı bir katsayı, p göz önüne
alınan aydaki gündüz saatlerinin, tüm yıldaki gündüz saatlerine oranı
(güneşlenme oranı), t aylık ortalama sıcaklıktır (°C).
k = (0.031 t + 0.24) kc
kc → büyüme oranı; ekimden sonra geçen gün sayısı; ya da yılın ayları
k katsayıları değişik bitkiler için 0.45-1.10 arasında değerler almaktadır.
Güneşlenme oranı (p), bölgenin enlem dercesine ve mevsimlere bağlı olarak
ilgili tablolardan alınırlar.
3.7. 2. Günlük Evapotranspirasyon Kayıpları
■ Günlük potansiyel Evapotranspirasyon kayıpları, enerji dengesi ve kütle
transferi denklemlerine dayanan Penman formül ile hesaplanır:
U = (AH + 0.27 E) / (A + 0.27)
U: günlük evapotranspirasyon yüksekliği (mm), E: kütle transferinin etkisi,
H: net radyasyon,
E = 0.35 ( ew-ea) (1+0.55w2)
H = R (1- r) (0.18 + 0.55 S) – B (0.56-0.092 √ea) (0.1 + 0.9 S)
A ve B günlük ortalama sıcaklığın fonksiyonları, w2 yerden 2 m
yükseklikteki rüzgar hızı (m/sn), R aylık ortalama radyasyon, r yüzeyin
radyasyon yansıtma yüzdesi ve S parlak güneş ışığının görünme
yüzdesidir. Bütün bu değerler tablolardan alınarak kullanılmaktadır.
■ Bu hesaplanan evapotranspirasyon değerleri potansiyel (maksimum)
değerler olup, günlük gerçek evapotranspirasyon değerlerini için, bu değer
kışın 0.6, ilkbaharda ve sonbaharda 0.7 ve yazın ise 0.85 ile çarpılmalıdır.