LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19299

Gözat

Seyhan ve Çoruh akarsu havzalarında kuraklık analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Özçelik, Nur Banu ; Önöz, Bihrat ; 705464 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı

Kuraklık, bilinen en eski uygarlıklardan günümüze kadar gelen, bir bölge üzerinde su miktarının normal zamanlarda sahip olunan su miktarından, bu bölgenin sahip olduğu iklim şartlarından bağımsız olarak düşük olmasıdır. Kuraklık her ne kadar doğal bir afet olsa da, iklim değişikliği, kontrolsüz nüfus artışı ve çevre kirliliği gibi sebeplerden etkileri daha çok hissedilmektedir. Ülkemiz için de gün geçtikçe kuraklık önemli bir sorun haline gelmektedir ve etkilerini normal yaşantımızda da karşımıza çıkmaya başlamıştır. Bu sebeple kuraklığın analizi ve gelecekteki şiddetiyle ilgili çalışmalar daha da önem kazanmıştır. Bu çalışmada Seyhan Havzası için 7 adet akım gözlem istasyonunu ve Çoruh Havzası'nda 7 adet akım gözlem istasyonunu olmak üzere 20 yıllık aylık ortalama akım verileri kullanılarak hidrolojik kuraklık analizi yapılmıştır. Ayrıca her iki havza için de toplam 4 istasyonda 20 yıldan daha uzun dönemlerde kuraklık durumu incelenmiştir. Kullanılan akım gözlem istasyonları, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü tarafından işletilmektedir. Hidrolojik kuraklık analizi ilk olarak kesintisiz serilere ihtiyaç duyulduğu için, eksik aylar ve yıllar için doğrusal regresyon analizi yapılmıştır. Regresyon analizinden sonra ise Akım Kuraklık İndisi (SDI) kullanılarak 1 ay, 3 ay, 6 ay, 9 ay ve 12 aylık zaman periyodları için kuraklık seviyesi hesaplanmış ve sonuçlara bağlı olarak kuraklık derecesi sınıflandırılmıştır. Hesaplanmış olan Akım Kuraklık İndisi değerlerine göre her bir istasyon için kurak dönemler belirlenmiştir. İkinci olarak, Akım Kuraklık İndisi değerleri kullanılarak, her bir istasyon için kurak dönemlerin görülme olasılığı hesaplanmıştır. Ayrıca veri uzunluğu sonuca etkisini irdelemek için Seyhan Havzası'nda bulunan E1801 istasyonun 20 yıllık ve 75 yıllık akım verileriyle hesaplanılan Akım Kuraklık İndisi sonuçlarının da olasılıkları hesaplanılarak karşılaştırılmıştır. Aynı şekilde Çoruh Havzası'nda bulunan E2304 istasyonu içinde 20 yıllık ve 48 yıllık akım kuraklık indisi sonuçlarının olasılıkları hesaplanmıştır. Akım Kuraklık İndisi sonuçları ile sonraki bölümde Mann-Kendall Trend testi kuraklığın belirli bir trendi takip edip etmediği irdelenmiştir. Trend testi SDI-1 ve SDI-12 periyodları kullanılmıştır. Seyhan Havzası'nda kuraklığın özellikle yaz aylarında şiddetlendiği SDI-1 sonuçları ile görülmektedir. Çoruh Havzası'nda ise SDI-12 sonuçlarında bütün istasyonlar için trend gözlenmemiştir. SDI-1 sonuçlarında ise D23A26 istasyonu için Mayıs ayında pozitif yönlü artan bir trend gözlenmiştir. Akım Kuraklık İndisi sonuçlarına bağlı olarak en son olarak ise frekans analizi yapılmıştır ve kritik kuraklık değerleri hesaplanmıştır. Kritik kuraklık şiddeti ise her bir istasyonda her yıl için seçilen kuraklık süresindeki maksimum kuraklık şiddetidir. Kritik kuraklık şiddetlerine, literatürde karşımıza yaygın olarak çıkan uygun olan olasılık dağılımlarının arasından en uygun olan olasılık dağılım fonksiyonu bulunarak frekans analizi yapılmıştır. Bu amaçla Log-normal 2 (LN2), Log-normal 3 (LN3), Gama 2 (G2), Gama 3 (G3), Genel Ekstrem Değer (GEV), Log-Pearson Tip III (LP3), Weibull 2 (W2), Weibull 3 (W3) kullanılmıştır. Akım Kuraklık İndisi değerleri genel olarak GEV dağılımına daha uygun çıkmıştır. Ayrıca kritik kuraklık şiddetinin içeriğinde sıfır değerler de bulunmaktadır. Sıfır ve sıfır olmayan değerler dikkate alınarak frekans analizi için toplam olasılık yasası kullanılmıştır. Ortalama kritik kuraklık değerlerine frekans analizi ile 2, 5, 10, 25, 50 ve 100 yıllık dönüş aralıklarına karşılık gelen ortalama kritik kuraklık şiddeti bulunarak, her bir istasyona ait ortalama kuraklık şiddeti, süre ve frekans eğrileri elde edilmiştir. Aylık ortalama 20 yıllık akım verileri kullanılarak tezin son bölümünde ise run analizi yapılmıştır. Run analizinde negatif run değerleri üzerinde çalışılmıştır. Aylık ortalama akım değerli normal dağılıma uymadığı için Lognormal dağılım ve ampirik yöntem ile q=0.5, q=0.3 ve q=0.2 seviyeleri belirlenmiştir. Belirlenen her bir kesme seviyesi ile kesme seviyesine bağlı olarak hesaplanan negatif run gidişler uzunlukları, Lognormal ve ampirik yöntem için kıyaslanmıştır. 20 yıl içerisinde gözlemlenen en büyük negatif run uzunluğuna göre bu kuraklık sürecinin kaç ay veya yılda bir tekrarlanacağını hesaplanmıştır. Bu tez ile Türkiye'nin farklı iklim özelliklerine sahip iki havzasının kuraklık durumu incelemiştir. Özellikle Çoruh ve Seyhan nehirleri üzerindeki hidroelektrik santralleri, suyun tarımsal kullanımı bölge ve ülke ekonomisinde hayati bir rol oynamaktadır. Bu nedenle havzalarda kuraklık konusunda yapılacak çalışmalar hem bölge hem de ülke ekonomisi için faydalı olacaktır.
Disaggregation of future climate projection data to generate future rainfall intensity-duration-frequency curves to assess climate change impacts

(Graduate School, 2021-04-03) Tayşi, Hüsamettin ; Özger, Mehmet ; 501171524 ; Hydraulics and Water Resources Engineering ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

A heavy increase in urbanization, industrialization, and population is causing an increase in emissions of greenhouse gases (GHG). Increment in GHG emissions causes variations in the atmosphere and in climate conditions. Climate change is one of the most serious reasons for extreme climate events such as high global temperature, extremely heavy rainfall events, and high evapotranspiration. According to many studies, climate change impacts will intensify in the future. As a result of this, heavy rainfall events tend to enhance. In our case extreme rainfall events, which are responsible for flooding events, were considered. Since flooding is influencing urban areas acutely, controlling and management of flooding is a major necessity for cities. Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves play a huge role in representing rainfall characteristics by linking the intensity, duration, and frequency of rainfall. These curves give the expected rainfall intensity in duration (5, 10, 15, 30 min.; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 18, and 24 hours) and in a return period (2, 10, 25, 50 and 100 years). Hence, IDF curves are used in many water-related applications such as water management, designing of infrastructure, drainage, culverts, gutters, and also flood forecasting. However, current IDF curves are generated based on historical rainfall events. These IDF curves are considered stationary since they only consider historical events. The increase in GHG leads to variations in climate, especially in rainfall behaviors. Thus, IDF curves must catch the changes in rainfall intensities, in other words, they must be non-stationary and time-varying based. This study updates IDF curves to assess future climate conditions. For the study, six meteorological stations from Istanbul (Florya, Goztepe, Sariyer, Sile, Omerli and Canta) were selected as study areas. As a consequence, cities will be prepared for upcoming extreme events, hence possible damages will be decreased. A Global Climate Model (GCM) HadGEM2-ES generated under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios were used in the study to represent future rainfall in daily form. 1-min and hourly rainfall data were provided by the Turkish State Meteorological Service (TSMS). HYETOS disaggregation model was applied to both historical and future rainfall data to obtain sub-hourly data (also hourly for future rainfall). Since GCMs are not suitable to use directly due to biases, the distribution mapping method was selected as a bias-correction method. The Gumbel model was applied to annual maximum rainfall to generate IDF curves. Finally, historical and future IDF curves, IDF curves generated under RCP4.5 and RCP8.5, and also IDF curves generated using disaggregated historical data and observed IDF curves provided by TSMS were compared. The study concluded that rainfall intensities increase under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios compared to historical IDF curves. Besides, RCP8.5 has higher rainfall intensities when compared to rainfall intensities of RCP4.5.
Vibration control of offshore structures using deep learning prediction methods

(Graduate School, 2022) Namlı, Barış ; Bayındır, Cihan ; 733472 ; Hydraulics and Water Resources Engineering Programme

The structures have been built throughout history to meet many needs and contribute to the development of humanity. While some structures were built to accommodate people, some were built to fulfill people's work activities and allow activities in cultural, sports, and similar areas. Many activities can be done to develop humanity, thanks to the structures whose purpose of usage can change according to the region where they are built. The use of natural resources such as oil and natural gas has increased, especially in recent times in human history. In line with this development, natural resources were first extracted from the land. With the natural resources extracted from the land, the needs of the people have been met, and it has been seen that the living standards have increased over time. However, due to the increase in demand for natural resources over time, humanity needed to conduct research at points that it had not discovered before. In the early days, research was done at points close to the coast in line with the possibilities. Various structures were built in the regions where natural resources were found, and the resources obtained from there were started to be used. As time progresses, it has been determined that the opportunities have increased, and as a result, there are resources at deeper points than the coastal region, such as the ocean and sea. In order to obtain the resources identified in the open seas, structures called offshore structures were built. Examples of the increase in these opportunities are the development of technological, technical, and workforce development. Offshore structures can be defined under three subsections. These are fixed platforms, compliant platforms, and floating platforms. With the use of these structures, natural resources such as natural gas and oil obtained from the region where they are used are produced, stored, and offloaded according to the usage functions of the offshore platforms. In addition, drilling studies can be carried out to determine natural resources. In this way, it is seen that the natural resources necessary for human life and development can be provided sectorally. Since offshore structures are important for their intended use, it is extremely critical to use the necessary technical information while designing and analyzing them. In addition, the structure must meet the conditions expected from it throughout its usage period. However, unlike the structures built on land, it is seen that the points to be considered while designing and constructing are different because they are exposed to different environmental conditions. Unlike structures on land, the wave is exposed to current force and glacial load. In addition, it is highly important to consider this factor when designing, since the previously mentioned harmonious and floating structures, unlike fixed structures, have a different connection with the ground in the region they are located. Under these conditions, it is observed that vibration occurs in the offshore structure. Earthquake load, dead load, wind load and the loads formed as a result of the work done on the structure also affect the formation of vibration. Vibration in offshore structures prevents the structure from standing in balance. As a result of the deterioration of the balance, it becomes difficult for the structure to fulfill its usage function by displacement. Unlike the intended use, the safety and comfort of the people working in the structure may also be adversely affected due to the displacement that occurs as a result of vibration. Considering the studies in the literature in line with the reasons mentioned, it has been seen that various methods have been developed to control the vibration that occurs in offshore structures. Researches have shown that the vibration can be controlled by developing different systems according to the loading conditions. According to the results obtained, it has been seen that vibration control provides benefits both in terms of economy and safety. By controlling the vibration that occurs in the structure, possible damage will be prevented, and the usage function of the structure can be continued without any problems. In addition, it is seen that safety and working comfort are protected in line with the measures taken, and the approaches developed.
Investigation of Küçüksu wastewater collection using smart and sustainable applications

(Graduate School, 2022) Özsoy, Emirhan ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 733544 ; Hydraulics and Water Resources Engineering Programme

Infrastructure is one of the biggest problems of today. Irregular investments, inaccurate population estimates, and unplanned infrastructure are one of the leading problems, especially in developing countries. Although ISKI has focused on infrastructure investments in Istanbul in recent years, all infrastructure constructions are carried out by international standards. Istanbul is an ancient city. There are areas where sewer lines are insufficient, compound, and defected. Istanbul has been exposed to a wave of immigration since the 1960s, and all population projections for the city have been mostly inadequate. This situation has spread to the city's infrastructure, and there are problems with wastewater lines in various regions. In this context, a hydraulic investigation was carried out for the 2021 population of the wastewater collector line, which serves 5527.8 hectares of land going to the Küçüksu pre-treatment plant. As a result of the investigation, it was determined that the line was insufficient, and a new wastewater collector line was designed, which is planned to serve until 2071. For the design, four population estimation methods were examined, and hydraulic design was made by Province Bank method since it performed best in the historical period. A new hydraulic design has been made using Urbano software. The designed collector line was also added to the designed online map using ArcGIS and classified according to fullness rates. The designed online map can be used as a template for decision makers for their city development plans since pipe size and capacity calculations are based on estimated populations at certain years. Moreover, the online system can be opened for public and real estate sector for their planning, assessment and feedback. In addition, the design for the year 2071 was designed to adapt to the requirements of the modern world. In this context, BIM and GIS integration was made for the line, and all the line details were revealed. A base has been created for future studies. Wastewater design was also examined within the scope of the sustainable goals of the United Nations, and intersecting targets were determined within the 17 targets. In many aspects, the hydraulically designed collector line in our study directly coincides with the SDG 3 Good Health and Well – Being, SDG 6 Clean Water and Sanitation, SDG 9 Industry, Innovation and Infrastructure, SDG 11 Sustainable Cities and Communities. This study for the Küçüksu wastewater collector line basin can be strengthened with SCADA systems in the future to provide instant data display. At the same time, this study can be applied to other basins in the future so that more participatory, smart, and sustainable lines can be designed.
High flow, low flow and drought characteristics of Küçük Menderes river basin

(Graduate School, 2022) Sarıgil, Gökhan ; Aksoy, Hafzullah ; 706922 ; Hydraulics and Water Resources Engineering Programme

Water plays an important role in all living life. The importance of water in many areas such as the ecosystem, agriculture, livestock or industrial production has not changed from the past to the present, despite technological advances. Unfortunately, climate change, which is a natural occurrence in the world, and its consequences have accelerated due to anthropogenic activities, which has led to stress on water resources. Today, climate change and the resulting water deficit pose a great risk to societies, especially to those living in arid and semi-arid regions. In addition, due to the rapid growth of the world's population, the available water for human consumption is decreasing both in terms of resources and quality. According to the United Nations World Bank High Level Panel on Water (HLPW) final report, it is predicted that half of the world's population will be affected by the stress caused by water scarcity as of 2050, and 700 million people will be displaced by 2030 due to water scarcity. In light of all these considerations, climate change, drought, changes in river regimes and the consequences of drought on the ecosystem have been investigated under various disciplines. The increasing risks of water scarcity have also led to the development of new research methods and an increasing number of research papers. This study aims to examine critical dry periods and determine the high- and low-flow characteristics of the Küçük Menderes River Basin in western Turkey by using a variety of tools such as the Standardized Precipitation Index (SPI), flow duration curves, percentiles obtained from the flow duration curves, and the D-day low flows. In addition, the study uses frequency analysis to derive frequency curves for the percentiles and the D-day low flows. In the study, precipitation and streamflow data obtained from 13 meteorological stations and 5 gauging stations, respectively, were analyzed. Also, the Mann-Kendall trend test was applied on the SPI, percentiles, and D-day low flow time series to check the existence of a trend. Drought analysis was carried out using the SPI time series obtained from 13 meteorological stations in the river basin and its surroundings. SPI was calculated for k = 1, 3, 6, 9, 12, and 24-month time scales, and the calculated SPIk time series were visualized in graphs. To make the graphs easier to interpret, the thresholds at the levels of the moderate, severe, and extreme drought were plotted on the graphs. In addition, the longest dry periods were determined for each station and time scale. It was found that the determined dry periods were compatible between stations. Since the SPI values at the 12- and 24-month time scales represent hydrological drought, the informations obtained by SPI12 and SPI24 were also used to interpret the results of the streamflow analysis. The Mann-Kendall trend test was used on each time scale of SPI series to determine their trends. However, due to the differences in the record periods of the meteorological stations, both positive and negative trends were seen as a result of the Mann-Kendall trend test in the river basin. It is thought that the reason for this situation is the noncommon recording period of the gauges. The indices calculated using the streamflow or the precipitation data with common record periods demonstrate the same direction of a trend. This helped us to interpret the flow indices despite the limited length of the data. For the flow analysis, annual flow duration curves (FDC) were obtained from the daily streamflow data of 5 gauging stations. FDCs are practical tool to visualize the characteristics of rivers such as the relationship between the magnitude and frequency of streamflow discharges, the high- and low-flow values, or to understand morphometric characteristics of the region. Q1, Q5, Q10, Q50 Q90, Q95, and Q99 percentiles corresponding to the 1%, 5%, 10%, 50%, 90%, 95% and 99% exceedance percentages of time, respectively, were determined from FDCs, and the time series for each percentiles were obtained. The best-fit probabilty distribution functions among the Generalized Extreme Value (GEV), Log-Pearson Type III (LP3), 2-and 3-parameter Gamma (G2, G3), 2-and 3-parameter log-normal (LN2, LN3), 2-parameter Weibull (W2), and Gumbel (G) were choosen by using the Anderson-Darling test for the frequency analysis to calculate 2, 5, 10, 25, 50, and 100-year return period of each percentile. Some low-flow percentiles series such as Q90, Q95, and Q99 contain zero values. Frequency analysis was carried out for these series according to the total probability theorem by discarding zero values but taking their presence into account. It was seen that the LP3 was the most common probability distribution function that best-fit the data. After the calculation of the return periods, the percentiles-frequency curves were derived. By the consideration of the percentiles-frequency curves, the risks that may occur due to high- or low-flow can be predicted in the river basin and measures to be taken can be decided. Low-flow analysis has a substantial importance in water resources management, especially in a region where agricultural activities are important and water reserves are limited. Due to the complexity of drought effects on low flows, this study examined low flow analysis using the D-day low flow method in addition to the low-flow percentiles. Low-flow time series were derived for D = 1, 7, 14, 30, 90, and 273-day minimum discharges, and frequency analysis was performed for the minimum of the D-day average discharges. Since the low-flow time series contain many zero flows, the total probabilty theorem was applied for the frequency analysis. Using the Anderson-Darling method, LP3 was found the most common best-fit distribution function to the D-day low flow disharges. The Mann-Kendall trend test was applied to the percentiles and minimum of the D-day low flow discharges to examine whether the data tend to increase or decrease over time. According to the results obtained, in 2 stations, downward trends were observed in both the percentiles and the minimum of the D-day average discharges. In addition, a positive trend was observed in one station at high-flow percentiles. Since the record periods of this station and some meteorological stations are similar, the positive trends of the high-flow indices, and SPI12 and SPI24 were evaluated together, and it is thought that the reason for the positive trend was related to the length of the record period. It was concluded that the Küçük Menderes River Basin is moving towards a drier climatological character for which precautionary measures should be taken.
Numerical modelling of wave induced soil liquefaction around buried pipelines and cables

(Graduate School, 2022-01-17) Yılmaz, Selahattin Utku ; Kırca, Özgür V. Ş. ; 501181532 ; Hydraulics and Water Resources Engineering

In this thesis at first, the concept of soil liquefaction is researched in terms of physics, and the reasons & consequences of this phenomenon are investigated. Besides, the conditions (occurrence in which type of loadings, in which type of soils, and so on.) that cause this phenomenon is mentioned. In short, there are two different types of liquefaction failure of soil; residual and momentary liquefaction. Then, both type of liquefaction is mentioned. However, in this thesis, the residual liquefaction of soil is investigated for the design aspects of submarine pipelines and offshore cables. Besides, the effect of this phenomenon on the structures especially buried objects is scrutinized in many ways. Then generally, it is stated that the buried objects heavier than the liquefied soil sink deeper in the soil, while lighter objects float to the surface when the soil is liquefied. These are called sinking and floatation failures too. In addition, numerous articles and research about this failure are reviewed in the literature. In these researches, the mechanism of the marine soil, the liquefaction/compaction process of the soil (life cycle of the soil), the stress-strain relationship of the soil under loadings, and the relevant conditions (wave or earthquake loading, soil type, so on) are stated in this thesis as theoretical (with analytical & numerical models) and experimental works. Particularly, the disturbance effect on the soil by buried objects such as offshore pipelines/cables is scrutinized comprehensively based on the relevant articles.
Dam break induced flood analysis by soft computing techniques

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-03) Akdemir, Halid ; Bayındır, Cihan ; 501201513 ; Hydraulics and Water Resources Engineering

Water structures have been one of the basic components that have served the various needs of societies since ancient times. Fresh water resources, which are examples of these structures and have a great impact on the residents in vicinity, are dams. Dams have a variety of purposes such as fresh water supply, waste storage, agricultural irrigation, electricity generation and flood protection. The management of massive structures such as dams is also a critical issue affecting the well-being of societies. The proper management of dams is important not only for the efficient, but also for the safe operation of the water resource. Otherwise, the dams can collapse, as in many examples in the past, causing enormous material and moral damages and losses. The failure of dams can be caused not only by their proper operation, but also by many various reasons such as earthquakes, extreme precipitations, sabotage and aging. Since dams hold large bodies of water, they cause many life losses and material damage in case of their collapse. History has shown this to humanity in a painful way. It is essential that the dams are properly designed and operated in order to prevent them from collapsing. Since these structures are man-made, they can still be demolished, so preparations for this scenario should be done and ready within the scope of risk and disaster management. It is a clear reason that dam operations will become more difficult in rapidly changing climatic conditions. The aging of dams in the coming years is an additional problem to these difficulties. These reasons assurance that dam failure problems will be a hot topic to work on in the years to come. Unfortunately, dam failure problems are inherently complex. The cause of dam failures may not be known because they are very large engineering structures. There can be many different reasons behind a dam collapse. The dam failure process is also difficult to analyze as it involves many variables. Researchers have proposed many different methods and approaches to illuminate this process. As a result of dam failures, a tsunami wave may occur at the downstream, followed by flooding and rising water level over time. In recent years, problems with complex definition and many variables have been analyzed with soft computing methods. Soft computing methods are a very broad field that includes many algorithms and are frequently used in many different branches of science. Their success, especially in the analysis of major nature problems, has been proven by researchers with various studies. Grey relational analysis (GRA), long-short term memory (LSTM) and artificial neural fuzzy inference system (ANFIS), which are used in this study, can be given as example algorithms of soft computing methods. It has been intended to provide a data set to researchers and local governments and aimed to contribute to risk and disaster management in water resources by presenting numerical simulations of some large and aging dams in Turkey and the possible loss of life they will cause. In this context, GRA, LSTM and ANFIS models from soft computing methods were developed and tested for the analysis of dam failure problems and dam break induced flood. In summary, the main purpose of this study is to prove the usability of soft computing techniques in dam break problems and to conduct risk analysis of some aging dams in Turkey within this framework. In the third section titled "Danger level ranking of possible dam failures in Turkey", the 15 aging dams in Turkey which have potential to cause the most dangerous consequences in case of failure were selected intuitively from engineering judgement in order to perform their failure simulation. The selected 15 aging dams are as follows. Seyhan Dam and Hydroelectric Power Plant (HPP), Borçka Dam and HPP, Ürkmez Dam, Eğrekkaya Dam, Tahtalı Dam, Mamasın Dam, Dim Dam and HPP, Kurtboğazı Dam, Atasu Dam, Alibey Dam, Akköprü Dam and HPP, Suat Uğurlu Dam and HPP, Derbent Dam and HPP, Manavgat Dam and HPP, Kirazlıköprü Dam. The failure simulations of the dams were carried out with the worst-case scenario, the sudden collapse failure mode. The simulations performed were made through the HEC-RAS application and the simulation stages were shared step by step. Maximum water depth maps obtained according to the simulation were given for the impact zone of each dam. Using first wave arrival time and affected population values obtained from the simulastions, possible life losses were calculated with the equations of DeKay and Mclelland (1993) and Brown and Graham (1988) and shared for each dam. Accordingly, the collapse of Seyhan Dam and HPP causes the higest life losses among others. The 15 dams were ranked according to the probable loss of life obtained from the DeKay and Mclelland (1993) equation in case of their failure. The GRA model has been developed for the danger level ranking analysis of dams in order to be a more practical solution, since the danger level ranking of dams by numerical analysis is a labor-intensive task that takes a lot of time. The effective attributes of GRA model were chosen as follows. Surrounding population, distance from that population, elevation relative to that population and reservoir size. These selected attributes have been decided from an engineering point of view. The quantitative values of the attributes were determined by engineering evaluation. The output of the model is to rank the dams according to the possible loss of life that may occur in case of failure. According to results produced by the GRA model developed in this frame, the dam that can cause the highest life losses in case of collapse is Adana Dam and HPP. The rankings produced by the GRA model and by the numerical analysis were compared and interpreted. The results indicate that the GRA model and numerical analysis produce similar ordering. Thus, it has been revealed that the GRA method is an effective and useful tool and can produce practical solutions for risk and disaster management studies on water structures. In addition, simulations of failure of 15 aging dams in Turkey and their possible consequences were brought to the literature. The implications of this section will contribute to the risk and disaster management in water structures. In the fourth section titled "Prediction of dam break induced flood parameters by LSTM network and ANFIS", the analysis of the most vital parameters that determine the lethality level of flood disasters caused by dam failure was carried out with LSTM and ANFIS from soft computing methods. Past events don't provide a very adequate data set, as well as experimental studies also remain very fictional. In real situations, every flood event is unique, which has different forces that drive and effect damage level. Therefore, it is necessary to examine such flood events on a case-by-case basis and to carry out special studies for each region. Performing flood simulations of regions with numerical analysis is the most satisfactory method currently available. Data obtained from simulations of sample regions by numerical analysis were selected for feeding and testing LSTM and ANFIS models developed under this title. The main parameters affecting the lethality level of the flood are water depth, flow velocity, wave damping and first wave arrival time. The data set of these parameters was created by simulating the Alibey Dam break and Froehlich (2008) approach from the breach development methods accepted in the literature defined in the HEC-RAS application was chosen as its breach development method. The information about the measurement locations determined in the impact area of Alibey Dam and the data obtained from these points were given in the relevant section. Since flood parameters such as water depth, flow velocity and wave damping are data sets consisting of time and location series, it was preferred to create LSTM models in the analysis of these parameters. On other hand, ANFIS model was found more convenient for the analysis of the first wave arrival time because it was deemed more appropriate to create a multivariate model. Due to the suitability of the data sets of water depth, flow velocity and wave damping, nonlinear autoregressive LSTM models containing the same following structure were created for the analysis of water depth, flow velocity and wave damping parameters, which does not need any external input and takes the previous output as input. The training, validation and testing ratios were chosen as 20%, 5% and 75%, respectively. The training function was selected as bayesian regularization backpropagation and the dataset dividing function was designed as divedeblock so called considering it is prominent to test the last part of the data. In this case, the last 75% of the data set was exposed testing. Coefficient of correlation and root mean squared error values expressing the success of the LSTM models developed for the analysis of water depth in the rezervoir, water depth in downstream, flow velocity and wave damping parameters in the test phase are 0.9988 and 0.5798, 1.0000 and 0.0192, 0.9995 and 0.0018, 0.9986 and 0.1804, respectively. The inputs of the ANFIS model predictor of first wave arrival time were selected as pool elevation at failure, final breach bottom elevation and distance from the dam. The training/testing ratio was determined as 75/25%. The dataset contains 140 samples which was divided as 105 samples for training phase and 35 samples for testing phase. Coefficient of correlation and root mean squared error values expressing the success of the ANFIS model developed for the analysis of first wave arrival time parameter in the test phase are 0.9828 and 3.6216, respectively. The statistical parameters prove that the analysis success of the models are robust. The success of soft computing methods in the analysis of dam failure problem has been shown to be a useful tool in the management of real disaster events. To put it more clearly, some applications that contain algorithms working in real time can be established for such possible disasters. These applications can reduce the extent of the disaster by using them as practical solution tools in such disaster times. It is possible to learn the failure mode of any dam and the mechanism of breach development as soon as the event occurs. However, this is too late for any flood parameters to be analysed. In such events, there are only minutes for the right actions to be taken. For example, when the Manavgat Dam collapses for some reason, how long the first wave will arrive at any location is important for evacuation, or knowing the possible maximum water elavation at any point means the elevation at which people must climb. In such limited times, it takes time to perform numerical analysis according to the emerging flood hydrograph, but algorithms trained before the event according to various scenarios can provide practical solutions at the time of the event and provide information to the relevant people.
Hidrolojik model yapısının ve kalibrasyon algoritmasının debi simülasyon performansına etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22) Alp, Harun ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; Aşıkoğlu, Ömer Levend ; 501191507 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Dünya genelinde gerek tüketimin artması, gerek küresel ısınma gibi etkenlerden ötürü su kaynaklarının korunması gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Bu bağlamda yapılacak her müdahale, alınacak her önlem öncesinde bir hazırlık ve planlama süreci gerektirir. Günümüzde su yönetimi stratejilerine yön veren hidrolojik modeller, farklı yöntemlerle kurdukları yağış-akış ilişkisi ile başta debi olmak üzere hidroloji bilimine katkıda bulunan ve doğal döngüye dahil olan bir çok kavrama dair çıktılar sunmaktadır. Bu çalışmada hidrolojik döngünün devam edebilmesinde en önemli etkenlerden olan DSİ ve EİE kontrolündeki 523 no'lu akım gözlem istasyonuna ait debi değerleri referans alınarak, bu süreçleri üç farklı yapıda işleyen Génie Rural à 4 paramètres Journalier (GR4J), Soil Water Asesessment Tool Plus (SWAT+) ve mesoscale Hydrological Model (mHM) modellerinin ve bu modellere ait parametrelerin kalibrasyonunda kullanılan Levenberg-Marquardt (LM), Shuffled Complex Evolution (SCE) ve Covariance Matrix Adoption Evolution Strategy (CMAES) algoritmalarının performansı Gediz Havzası'nın doğduğu bölge olan Acısu Havzası için değerlendirilmiştir. Hidrolojik modeller kullanım amaçlarına göre farklı parametreler ve farklı mekansal çözünürlükler kullanarak verileri işlemektedir. Temeli bir performans karşılaştırmasına dayanan bu çalışmada modellerin ve algoritmaların birleşiminden çıkacak sonuçların tarafsız bir şekilde değerlendirilebilmesi amacıyla, üç hidrolojik modelde de ortak olan girdiler için (yağış, sıcaklık, potansiyel evapotranspirasyon) European Center for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF) ERA5 kaynağından elde edilen veri setleri kullanılmıştır. 30 km x 30 km çözünürlüğe sahip olan ERA5 verisi, toplu model olan GR4J için tek bir zaman serisi olarak tüm havza ölçeğine, yarı dağılı model olan SWAT+ için alt havzaları temsil edecek ölçeğe ağırlıklı ortalama yöntemi ile indirgenmiştir. mHM modeline ise noktasal veri olarak varsayılan ölçeği ile tanımlanmıştır. Sonrasında modellerin ihtiyaç duyduğu diğer girdiler tanımlanmış (DEM, Arazi Kullanımı, Toprak Haritası vb.) ve kurulum aşaması tamamlanmıştır. Çalışmanın devamında, hidrolojik modellerin kalibrasyonu yapılmıştır. Bu aşamada kalibrasyon aracı olarak Parameter Estimation Tool (PEST) kullanılmıştır. Kurulan hidrolojik model dosyalarının PEST ile entegrasyonu gerçekleştirilmiştir ve kalibre edilecek parametrelerin belirlenmesi için otomatik hassasiyet analizi yapılmıştır. GR4J modelinin 4 parametresinden 3'ü, SWAT+ modelinin debi üzerinde etkili olan 20 parametresinden 10'u ve mHM modelinin 66 parametresinden 15'i belirlenen eşik değer üzerinde kalibrasyon aşamasında kullanılmıştır. Kalibrasyon için PEST'in içerdiği 1 lokal (LM), 2 global (SCE ve CMAES) yöntem kullanılırken, kalibrasyon periyodu için 1991-2000 yılları, validasyon periyodu için ise 2002-2005 yılları arasındaki veriler kullanılmıştır. Bu kapsamda üç farklı mekansal çözünürlüğe sahip hidrolojik model yapısının, bir lokal ve iki farklı global yöntem ile kalibre edilerek karşılaştırıldığı ilk çalışma olma özelliği taşımaktadır. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular çerçevesinde hidrolojik model yapılarının ve kalibrasyon algoritmalarının debi çıktısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Dokuz farklı model-algoritma kombinasyonuna ait debi çıktıları 7 farklı istatistiksel gösterge ile değerlendirilmiştir (NSE, KSE, R2, RSR, MSE, RMSE). Amaç fonksiyonu olarak Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) değeri ile kalibre edilen kombinasyonlara ait çıktıların, gözlenmiş değerler ile aralarındaki ilişki incelendiğinde, dağılı model olan mHM modeli ile global yöntemlerden CMAES algoritmasının en yüksek debi performansı gösteren entegrasyon olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ulaşılan sonuçların çalışma alanı kapsamında geçerli olduğu ve genelleştirilebilmesi için farklı özelliklere sahip havzalarda da benzer çalışmanın uygulanması gerektiği belirtilmiştir.
Tabakalı akımların hidrodinamiği, akım ve karışım parametrelerinin matematik modeli

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-21) Bayram, Selahattin ; Kırca, Veysel Şadan Özgür ; 501181513 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisligi

İnsanlık tarihi boyunca boğazlar önemli bir odak noktası olmuştur. Bu ilginin temel nedeni boğazların okyanuslara, denizlere, göllere kıyasla çok farklı bir yapıya sahip olmasıdır. Boğazlar kabaca iki denizi birbirine bağlayan dar kanallar olarak tanımlanabilir. Tüm bunlara ek olarak boğazların sahip olduğu iki tabakalı akım yapısı, boğazlara karşı olan merak ve ilgiyi daha da arttırmaktadır. Boğaz yapılarındaki tabakalaşma birbirine zıt yönlü akımlardan oluşmaktadır. Boğazlardaki bu zıt yönlü akımı ise boğazın birbirine bağladığı iki büyük su kütlesinin su seviyesi farkı ve yoğunluk farkı oluşturmaktadır. Su seviyesi farkının neden olduğu yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru oluşan, yoğunluk farkından kaynaklanan yüksek yoğunluğa sahip kısımdan düşük yoğunluğa sahip kısıma doğru akan zıt yönlü ikinci bir akım mevcuttur. Aktarılan bu tabakalı sistemin hidrodinamiğinin ve akım koşullarının incelenmesi ve daha iyi anlaşılabilmesi için gerek saha ölçümleri gerekse matematiksel ve sayısal modeller uzun bir süredir kullanılmaktadır. Öncelikle literatürde tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşulları için yapılan çalışmalar incelenmiştir. Yapılan bu kapsamlı çalışmalar sayesinde tabakalı akımlar derinlemesine incelenmiş ve tabakalı akımların akım mekanizması bu tez kapsamında özetlenmiştir. Özellikle yapılan saha ölçümleri ve matematiksel modellerin birbiri ile kıyaslanması bu konunun ne kadar ilgi çekici ve bir o kadar önemli olduğunun en önemli göstergelerindendir. Yapılan çalışmalar gösteriyor ki oluşan tabakalaşmanın stabilitesinin ölçütü olarak boyutsuz Richardson sayısı kullanılmaktadır. Tabakalar arası karışım Richardson sayısına bağlı bir fonksiyon olarak ifade edilebilmektedir. Farklı akım koşullarına göre, Richardson sayının değerine göre, bu fonksiyon için farklı kasayılar da tercih edilmekte olup bu durum akımın Reynolds sayısı ile ilişkilendirilmektedir. Özellikle Richardson sayısının çarpanı ve üssü olan sabitlerin belirlenebilmesi için birçok farklı yaklaşım söz konusudur. Bu yaklaşım için karışımın Richardson sayısı ile ters orantılı olacağı genellemesini yapmak yanlış olmayacaktır. Yani Richardson sayısı arttıkça ara yüzeydeki karışım miktarı azalırken Richardson sayısı azaldıkça ara yüzeydeki karışım miktarı artmaktadır. Bir diğer önemli nokta ise tabakalar arası hızların zıt yönlü olmasından dolayı hız değerlerinin toplamıyla işlem yapmak gerektiğidir. Tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşullarını inceleyen disiplininde yapılan birçok çalışmada genellikle tabakalar arası karışım ihmal edilip çözüm mekanizması geliştirilmiştir. Tabakalar arası karışımın ihmal edilmediği çalışmalarda ise çok daha karmaşık sistemlerin çözülmesi zorluluğu ortaya çıkmaktadır. Bu tez kapsamında da tabakalar arası karışım göz ardı edilmeden ve boğazın hidrodinamik koşulları yansıtılarak daha etkin bir çözüme ulaşmak hedeflenmiştir. Bu etkin matematiksel çözümün girdi parametreleri değiştirilerek istenilen herhangi bir boğaz için çözüme ulaşabilmek bu tezin ortaya çıkışında temel yapı taşı olmuştur. Amaçlanan bu hedef doğrultusunda, modelin uygulanması için en uygun boğaz sisteminin ülkemizde bulunan ve Avrupanın da en önemli boğaz sistemlerinden biri olan İstanbul ve Çanakkale Boğazları (Türk Boğazlar Sistemi) olduğu su götürmez bir gerçektir. Gerek tarih boyunca taşıdıkları önem gerekse fiziki özelliklerinden dolayı bir çok kapsamlı çalışmaya konu olan bu boğaz sistemi bu tez kapsamında da incelenmiş ve karışım mekanizması ortaya konulmaya çalışılmıştır. Modelde amaçlanan bir diğer nokta ise girdi parametrelerinin değiştirilerek farklı akım koşulları için sonuçların elde edilebilmesidir. Alt ve üst tabakaların akım debileri ve tabaka derinlikleri daha önce yapılmış olan çalışmalar ışığında alınan ortalama girdi parametreleri değerleri ile hesaplanmıştır. Özellikle boğazlardaki yoğunluk farkına neden olan tuzluluk oranın farklı değerler alması halinde model sonuçlarının nasıl değişeceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Daha sonra farklı tuzluluk değerlerinin alt ve üst akımın debi ve derinlik değerlerine etkisinin daha iyi anlaşılabilmesi için model tuzluluk farkına göre parametrik olarak çalıştırılmıştır. Bu aşamada üst ve alt tabaka akımlarının baskılanıp durma seviyesine geldikleri limit su seviyesi farkı değerleri de hem İstanbul Boğazı hem de Çanakkale Boğazı için tuzluluk farkı bir fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlardan açıkça görülmektedir ki, üst ve alt tabakadaki tuzluluk farkı arttıkça akımı durma noktasına getiren limit su seviyesi farkı da hem üst hem de alt tabaka için artmaktadır. Bu matematik model sonuçları, daha önce yapılan çalışmasında elde edilen üst ve alt akım debileri ve net debi farkı değerleri ile karşılaştırıldığında uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Bu yüksek lisans tezi kapsamında uygulanan matematik model ile daha önce ortaya konulmuş olan dört bilinmeyenli dört denklem takımı esas alınarak, bunlara ek olarak dört bilinmeyen ve dört denklem takımı daha eklenerek tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşulları göz önünde bulundurularak karışım mekanizması çözülmeye çalışılmıştır. İlk denklem takımında bilinmeyenler alt ve üst tabaka debileri ve boğaz yapısının iki ucundaki su seviyesi yükseklikleridir. Bu bilinmeyenlerin çözümünde kullanılan denklem takımları ise iki adet enerji denklemi ve iki adet su kütlesi korunumu denklemi ve Froude Şartı denklemidir. Bu tez kapsamında karışım mekanizmasının da çözümlenebilmesi için eklenen dört bilinmeyen ise alt tabakadan üst tabakaya ve üst tabakadan alt tabakaya geçen karışım debileri ve boğaz yapısının giriş-çıkısındaki tuzluluk değerleridir. Çözüm için kullanılan ek denklemler ise iki adet karışım hızı denklemi ve iki adet tuz kütlesi sürekliliği denklemleridir. Hazırlanan bu denklem takımları neticesinde alt tabakadan üst tabakaya, üst tabakadan alt tabakaya geçen karışım debileri ve tuzluluk değişimleri ortaya konulmaya çalışılmıştır. Çanakkale Boğazı'nın ortalama su seviyesi için karışım içeren matematiksel modelden elde edilen matris incelendiğinde, üretilen bulguların literatürdeki değerlerle örtüşmediği ortaya çıkmaktadır. Bu farklılığın olası nedenini belirlemek için kullanılan denklem setlerinin sonuçları dikkatlice incelenmiştir. Modelde kullanılan Froude durum denklemlerinin Çanakkale Boğazı için istenen sonucu veremeyebileceği, çünkü Çanakkale Boğazı'nın geometrisinin neden olduğu su seviyesi ve akış rejimindeki kademeli değişimin durumu yansıtamayacağı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak İstanbul Boğazı için elde edilen karışım debileri ve tuzluluk değerleri bu güne kadar yapılmış olan modellerle ve saha ölçümleri ile karşılaştırıldığında tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. Özellikle oluşturulan modelin tüm tabakalı akımlar için girdi parametrelerini belirleyerek sonuç vermesi ve diğer matematiksel modellere kıyasla işlem yükünün daha az olması bu modelin avantajlarıdır. Unutulmamalıdır ki bu tür matematik model yaklaşımları hem saha ölçümlerine hem de laboratuvar deneylerine ek olarak bu tarz mekanizmaların incelenmesinde ve anlaşılmasında çok önemli rol oynamaktadır. Tüm bunlara ek olarak, modeldeki karışım mekanizmasının daha hassas temsil edilebilmesi için, karışım denklemleri Boğaz boyunca her 100 m aralık için çözülmüş ve matematik modele toplam karışım debisi olarak yansıtılmıştır. Ancak bu yaklaşımla da elde edilen sonuçlarda İstanbul ve Çanakkale Boğazı için aynı sonuçlar elde edilmiş ve işlem yükü çok daha üst seviyelere gelmiştir. Yani bu yüksek lisans tezinin çıkış noktası olan boğazdaki karışım debilerinin etkili ve pratik bir şekilde hesaplanabilmesi ilkesinin dışına çıkılmış olmaktadır.
Kazıklı rıhtım yapıları etrafında dalga etkisi ile oluşan oyulmaların deneysel olarak incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-16) Çolakoğlu, Erem Can ; Çokgör, Şevket ; 501181507 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Mevcut kıyı ve liman alanlarının tarih boyunca yüksek bir hızla artan deniz taşımacılığı için yetersiz kalması insanları farklı çözümlere yönlendirmiştir. Bunlardan biri deniz alanının kullanılarak dolgu limanlar inşa edilmesidir. Genellikle bitişik nizam kazık veya kazık-tabaka-kazık şeklinde inşa edilen bu deniz yapıları kuruldukları çevredeki akımı, dalga ve sediment hareketlerini değiştirmektedir. Kazık tabanı çevresindeki sediment hareketi nedeniyle oyulmalar oluşabilmekte ve bunun sonucunda yapıda kusurlar ve hatta çökmeler meydana gelebilmektedir. Literatür incelendiğinde daha önce oyulmalar için birçok çalışma yapıldığı görülmesine rağmen dolgu limanlar gibi projelerde görülen bitişik nizam kazık sistemi ile ilgili çalışmalara rastlanmamıştır. Genellikle yapılan çalışmalar köprü ayakları ve açık deniz rüzgâr tribünleri gibi yapıları temsil etmek amacıyla tekil narin, geniş kazıklarla ve aralıklı yerleştirilen grup kazıklar ile yapılmıştır. Bu çalışmada bitişik nizam kazık sistemi ile kurulan deniz yapılarının etrafındaki akış ve oyulma mekanizmalarını incelemek, oyulma bölgelerini ve derinliklerini tespit etmek amacıyla İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda seri deneyler yapılmıştır. Deneylerin uygulandığı dalga kanalı 22,5 m uzunluğunda, bir metre genişliğinde ve 0,50 m yüksekliğindedir. Canlı yatak oluşturmak için kanalın ortasına üç metre uzunluğunda ve bir metre genişliğinde bir sediment havuzu yerleştirilmiştir. Bu havuzda kullanılan malzemenin ortalama tane çapı 0,72 mm'dir. Düzenli dalga üreten bir palet kullanılan kanalda yapılan deneylerde önce farklı dalga özellikleri ile deneyler yapılmış daha sonra ise sabit dalga koşullarında kazıkların farklı açılarla yerleştirilmesiyle seri deneyler yapılmaya devam edilmiştir. Deneylerde kazıkları temsilen 75 mm çapında ve 50 cm yüksekliğinde, hidrolik olarak pürüzsüz kabul edilebilecek PVC borular kullanılmıştır. Kazık grubu kanal duvarına bitişik olarak konumlandırılmıştır. Deneylerde kanaldaki su yüksekliği 35 cm olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde dalga boyu 1,90 m, dalga yüksekliği 7 cm ve periyod 1,28 saniyedir. Keulegan Carpenter katsayısı 2,56 olarak hesaplanmıştır. Deneyler düzenli dalga altında altı saat süreyle yapılmıştır. Deney süresi boyunca oyulma alanı çevresindeki akım ve çevrintiler tanecikler yardımıyla gözlemlenmiştir ve kamera ile kayıt altına alınmıştır. Gözlemlenen oyulma alanı ve hareketi kararlı hale geldikten sonra ADV yardımıyla hız ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler 3 cm aralıklarla oyulmanın etkin olduğu tüm alanda birçok noktada alınmıştır. Karşılaştırma yapabilmek için tabanda bozulmanın olmadığı bölgelerde de hız ölçümü yapılmıştır. Ölçümlerden elde edilen verilerle yapılan hesaplamalarda Shields parametresinin kritik değerden oyulma bölgelerinde büyük olduğu saptanmıştır. Bu durum da yatakta sediment hareketi olduğunu teorik olarak göstermektedir. Deney süresi sonunda kanaldaki su boşaltılırken yatağın bozulmaması için sediment havuzunun altına oyulma bölgesini etkilemeyecek şekilde drenaj boruları yerleştirilmiştir. Deney bitiminde kanaldaki su yavaşça boşaltılmış ve oyulma alanının bozulmaması sağlanmıştır. Oyulma bölgesi kuruduktan sonra tarama işlemi gerçekleştirilmiş ve cetvel ile derinlik ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümler eşyükselti haritaları çıkarabilmek için sık aralıklarla ve oyulma-birikme alanları dikkate alınarak yapılmıştır. Yapılan ilk deneylerde 6 adet kazık birleştirilerek bir liman yapısının köşesini temsil edecek şekilde kanal duvarının kenarına konumlandırılmıştır. Farklı dalga özellikleri ile birkaç deney yapılmış ve oyulma alanları ve derinlikleri gözlemlenmiştir ancak hız ölçümleri alınmamıştır. Daha sonra sabit dalga özellikleri altında, birleştirilen kazık yapısı ile kanal duvarı arasındaki açı olan alfa açısı 0, 30, 60, 90 derece olacak şekilde kazık yapısı yeniden konumlandırılarak bir seri deney daha yapılmıştır. Bu deneylerde kıyı yapısına farklı açılarla gelecek dalgaların farklı olabilecek etkilerini incelemek amaçlanmıştır. Deneylerde kullanılan kazık çapının dalga boyuna oranı (D/L) 0,1'den küçük olduğu için yapı narin kazık statüsünde yer almaktadır. Kamera kayıtlarının incelemesi ve hareketlerin takip edilmesi ile gözlemlenen at nalı çevrintisi benzeri hareketler bunu doğrulamaktadır. Çevrintinin periyodu 0,55 s olarak ölçülmüştür. Deneylerden alınan hız verileri ile oyulma bölgelerinde yatak kayma gerilmesi ve Shields parametresi hesaplanmıştır. Hesaplanan yatak kayma gerilmeleri ve Shields parametresi değerleri eşyükselti eğrileri grafiği ile verilmiştir. Yatak kayma gerilmesinin oyulma bölgelerinde kritik değerin yaklaşık 6 katına kadar, Shields parametresinin ise kritik değerin yaklaşık 5 katına kadar arttığı hesaplanmıştır. Hem çevrintilerin gözlemlendiği hem de yatak kayma gerilmesinin ve Shields parametresinin maksimuma ulaştığı bölgelerde oyulmanın maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Maksimum oyulmanın kazık çapına oranı (S/D) 0,13 olarak hesaplanmıştır. Maksimum oyulmalar genelde dalganın geliş yönündeki ilk temas eden köşe kazık çevresinde ve oyulma-birikme-oyulma örgüsünün devamında üçüncü kazık çevresinde tespit edilmiştir. Bu durum da bitişik nizam kazık sistemi uygulanacak yapılarda oyulma problemine sadece köşe kazık çevresinde değil yapı boyunca dikkat edilmesi gerekliliğini göstermiştir. Deneylerin sonucunda oyulma miktarının yanı sıra oyulmanın ne kadar mesafede etkili olduğu da ölçülmüştür. Etki mesafesinin kazık çapına oranı (Xs/D) maksimum 1,64 olarak ölçülmüştür. Bu durum geçmişte yapılan çalışmalarda koruma alanı için önerilen 3-4D mesafesinden kısa olduğu için bitişik nizam kazık sistemiyle yapılan yapılarda fazladan önlem almayı gerektirecek bir duruma rastlanmamıştır.
Python programlama dili kullanılarak günlük maksimum yağış verilerinin trend ve risk analizleri

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Sarı, Cihat ; Güçlü, Yavuz Selim ; 810136 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı

İklim değişikliği giderek daha ciddi bir sorun haline gelmekte ve hidrolojik olaylar üzerinde etkisi giderek artmaktadır. Bu nedenle, meteorolojik ve hidrolojik verilerin doğru bir şekilde analiz edilmesi, hidrolojik afetlerin yönetimi ve önlenmesi için büyük öneme sahiptir. Meteorolojik bir veri olan yağış ölçümleri, çevre koşullarının ve iklim değişikliğinin izlenmesi ve analiz edilmesi için önemli bir veri kaynağıdır. Aynı zamanda bu veriler, su yönetimi, çevre planlaması ve tarım gibi birçok sektör için hayati önem taşımaktadır. Özellikle trend ve risk analiz yöntemleri, yağış verilerinin incelenmesinde ve analiz edilmesinde önemli araçlardır. Trend analiz yöntemleri yağış verilerindeki eğilim varlığının tespit edilmesinde ve yönünün belirlenmesinde yardımcı olmaktadır. Ayrıca risk analiz yöntemleri de gelecekteki muhtemel yağış yüksekliklerinin belli tekerrür aralığına göre öngörülmesinde yardımcı olan araçlardır. Her iki analiz türünden elde edilen çıktılara göre de alınacak önlemler belirlenebilmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'de muhtelif noktalardan elde edilen günlük maksimum yağış verilerinin trend ve risk analizleri hem klasik hem de modern yöntemler kullanılarak yapılmıştır. Analizler sırasında, 10- 20- 50- 100- 200- 500 yıllık dönüş periyotlarına göre yağış değerleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar neticesinde, trend analiz sonuçlarının sayısal olarak nasıl değiştiği gösterilmiştir. Böylece ilgili tekerrür aralıklarına göre muhtemel en büyük (maksimum) yağış miktarları trend dikkate alınarak öngörülmüştür. Trend analiz yöntemleri olarak klasik Mann-Kendall, modern Şen yaklaşımı (Yenilikçi Trend Analizi, YTA) ve YTA'nın türevleri kullanılmıştır. Risk analizi için kullanılan iki parametreli olasılık dağılım fonksiyonu ise alternatif Burr XII fonksiyonudur. Analizlerin tümü ve görselleştirmeler Python programlama dili kullanılarak elde edilmiştir. Verilerin analizi için Python programlama dilinin etkili bir araç olabileceği de böylece vurgulanmıştır. Çalışma kapsamında, Python programlama dili kullanılarak arayüz oluşturulmuştur. Hem trend hem de risk analizlerinin yapılması açısından değerlendirildiğinde bu denli kapsamlı bir çalışma Python programlama dili kullanılarak ilk defa yapılmıştır. Bu çalışma, yağış verileri üzerinde trend ve risk analizleri yapmak isteyenler için bir örnek teşkil edebilecektir ve bu alanda yapılacak araştırmalara kolaylık sağlayabilecektir. Çalışmada kullanılan veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) tarafından elde edilmiştir. Türkiye'nin muhtelif noktalarındaki istasyonlardan elde edilen veriler 1961-2020 yılları arasındaki günlük maksimum yağış değerlerini içermektedir. YTA ve türevleri uygulanarak gerçekleştirilen trend analizi ile alternatif Burr XII dağılımı uygulanarak gerçekleştirilen risk analizi değerlendirmelerinde çoğunlukla artan trend eğiliminin hakim olduğu sonucuna ulaşılabilmektedir. Mevcut verilere göre Türkiye'de son altmış yılda günlük maksimum yağışların arttığı ve kuraklık tehlikesinin olmadığı söylenebilmektedir. İklim değişikliğinin etkilerinin Türkiye'nin farklı bölgelerinde hissedilmeye başlandığı sonucuna ulaşılabilmektedir.
Ege ve Batı Akdeniz Bölgesi'nde düşük akımların analizi ve mevsimselliğinin belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Sönmez Ünlü, Dilan ; Önöz, Birhat ; 501181503 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı

Akarsuların rejimleri üzerinde klimatolojik, hidrojeolojik, morfolojik, morfometrik ve insan unsuruna bağlı etkenler vardır. Bu etkenler sonucunda akarsuda çeşitli bilimsel tanımları olan düşük akımlar meydana gelebilir. Düşük akımlar; hidroelektrik tesislerini, atıkların arıtılmasını, şehirlere su sağlanmasını, sulama sistemlerini, akarsu ulaşımını ve su kaynakları sistemlerinin işletilmesini etkiler. Düşük akım dönemlerinde akarsudaki debi, hız, derinliğin azalması ve bu dönemde suyun ne şekilde kullanılacağına karar verilmesinin güçleşmesi düşük akımlar hakkında bilgi edinilmesini oldukça önemli kılar. Bu çalışmada Gediz, Küçük Menderes, Büyük Menderes ve Batı Akdeniz Havzalarında düşük akımlar incelenerek düşük akımların mevsimselliği araştırılmıştır. Öncelikle Gediz Havzası'na ait 8, Küçük Menderes Havzası'na ait 1, Büyük Menderes Havzası'na ait 7 ve Batı Akdeniz Havzası'na ait 5 istasyon olmak üzere toplamda 21 adet istasyona ait veriler DSİ'nin internet sayfasından elde edilmiştir. Veriler 1981-2011 yılları arasındaki günlük debi verileridir. Bu veriler su yılı dikkate alınarak işlenmiştir. Karışıklığı önlemek adına 1 Ekim'de başlayan su yılında yılın değiştiği kabul edilmiştir. Örneğin 1981 yılının verileri 1 Ekim 1980'den başlamaktadır.1982 yılının verileri 1 Ekim 1981'den devam etmektedir. Eksik olan birkaç yılın verisi regresyon analizi ile tamamlanmıştır. Çalışılan 21 istasyon için 1981'den 2011 yılına kadar olan günlük debi değerleri ile akım grafikleri oluşturulmuş ve bazı yıllarda akımlardaki düşüşün diğer istasyonlarla paralellik gösterdiği görülmüştür. Çalışılan her istasyon için, düşük akım karakteristiklerini iyi ifade eden ve genellikle düşey eksende debi yatay eksende aşılma yüzdesi olacak şekilde debi-süreklilik çizgileri çizildi. Ayrıca istasyonların debi-süreklilik çizgilerinin karşılaştırılabilmesi için istasyon akım debilerinin alana bölünmesi ile elde edilen birim debi kullanılarak her havza için bir grafik üzerinde debi-süreklilik çizgileri çizilmiştir. Düşük akımların daha iyi tanımlanması için yapılan bu çalışmada, düşük akımları karakterize edebilmemizi sağlayan indeksler içinde, debi süreklilik çizgisinden de okunabilen zamanın %95'inde akarsuda aşılan debi olan Q_95 ve bu değerin havza alanına bölünmesi ile elde edilen q_95 debi değerleri seçilmiştir. Bu çalışmada kış debi serisi 1 Ekim-29 Şubat aralığını kapsarken, yaz debi serisi 1 Mart-30 Eylül aralığını kapsamaktadır. Her istasyon için yaz veya kış düşük akım baskınlığını gösteren mevsimsellik oranı (SR) sayısı bulunmuş ve istasyonların büyük bir kısmının yaz düşük akım etkisinde bulunduğu görülmüştür Q_95 debi değerine eşit veya altında olduğu gözlemlerle hesaplanılan θ ve r parametrelerine dayanan mevsimsellik indeksi (SI) ile her istasyon için her yılın ortalama düşük akım günü (ODAG) ve mevsimselliğin derecesini anlamak adına her yılın ortalama r parametresi hesaplanmıştır. Her istasyonun 31 yıllık ortalama düşük akım günleri ve istasyonların ortalama r parametrelerinin de ortalaması hesaplanarak havzalara ait birim çember üzerinde gösterilmiştir. Çalışılan 4 havzadan her biri için, 1981-2011 yılları boyunca Q_95'den küçük debiye sahip günlerin sayısı en fazla olan 4 istasyon seçilmiştir. Bu istasyonlarda çalışılan her yıl için Q_95'den küçük günlerin hangi ayda olduğu sayılmış ve bu günlerin aylık yüzdelikleri bulunarak mevsimsellik histogramları (SH'ları) çizilmiştir. Böylelikle düşük akım olarak varsaydığımız, Q_95'den küçük debiye sahip günlerin herhangi bir yılda hangi aylarda yoğunlaştığı görülebilmektedir. Çalışılan 21 istasyonda 1981-2011 yılları boyunca Q_95'den küçük günler her ay için sayılarak toplanmış ve istasyonların 31 yıllık düşük akım günleri tablosu oluşturulmuştur. Aylara göre sayılmış bu günlerin aylara göre yüzdelikleri bulunarak düşük akım günlerinin dağılımı pasta grafiği şeklinde gösterilmiştir. Bu grafikler incelendiğinde çoğu istasyonda düşük akım günlerinin Ağustos ve Eylül aylarında daha büyük yüzdeliklere sahip olduğu görülse de Ekim, Kasım ve Aralık aylarında da görülen büyük yüzdelikler, önemli bir kış düşük akım bilgisine ulaşıldığının göstergesidir. Bütün istasyonlarda çalışılan her yıl için bulunan q_95 değerlerine, her yılın yaz serisinin q_95'i ile kış serisinin q_95'i ve bütün istasyonların yıllık q_95'lerine bölgesel olacak şekilde trend analizi yapılarak Mann Kendall testiyle trend olup olmadığı araştırılmıştır. Trend bulunanlarda azalan trend bulunmuş ve iç bağımlılığın etkisinin giderilmesi sonucu var olan trendler kaybolmuştur. Mann Kendall testinde iç bağımlılığın etkisinin önemi anlaşılmıştır. Bu çalışma ile Ege Bölgesi'ndeki 4 havzada düşük akımlar, düşük akımların mevsimselliği incelenmiş ve önemli bir düşük akım indeksi olan q_95 değerlerinde trend araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Akdeniz ikliminin görüldüğü bölgede bilinen yaz kuraklığını yanı sıra kış kuraklığının görülme oranının yüksekliği oldukça dikkat çekicidir. Ülke genelindeki havzalarda, son yılların da verileri elde edinilerek düşük akımların araştırılması ve özellikle kış kuraklığının incelenmesi faydalı olacaktır.
Effect of dynamic pet scaling with LAI and aspect on the spatial performance of a distributed hydrologic model

(Graduate School, 2023-01-23) Demirci, Utku ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501191520 ; Hydraulic and Water Resources Engineering

There are many valuable materials in world but non of them is as vital as water. Humankind has wanted to control water throughout history. First calendars were invented to predict dry and wet seasons. Floods of rivers were calculated, and irrigation systems designed. Astronomy was used to monitor the movements of Sun, Moon, and Earth to predict tides. Therefore, desire to control water is important reason to lead people to build megastructures. Today, huge dams were built for irrigation, flood control, water supply and energy production for cities. With the advancement of technology, opportinutities and development in observation system are increased. For example, Global Navigation Satellite Sysytem (GNSS), photogrammetry, Light Detection and Ranging (LIDAR) and Radio Detecting and Ranging (RADAR), Geographic Information System (GIS), and remote sensing. Additionally, surveying, and geological techniques are developed. Therefore, to improve model many different parameters are taken consideration. For example, temperature, humidity, soil type parameters, vegetation, aspect etc. In this thesis, we examine the effect of leaf-area-index (LAI) and aspect together on the model simulated actual evapotranspiration (AET) and water balance. Evapotranspiration covers both water evaporation and transpiration. The mesoscale Hydrological Model (mHM) which is fully distributed model process calibration the cycle for five different cases. PET correction driven by neither LAI nor aspect in Case 0. The purpose of adding this case to see the vegetation and aspect effect by comparing other cases. Aspect driven results have been checked in Case 1. Aspect defines direction of slope faces. Aspect is a degree that takes values from 0 to 360. LAI driven results have been checked in Case 2. LAI is the ratio between the vegetation area and the total area. Therefore, LAI is a unitless parameter. LAI, and aspect driven by the weight number results have been checked in Case 3. LAI, and aspect correction numbers are multiplied for PET correction and the results were checked in Case 4. Study area was selected as Main Basin where is part of the Middle Rhine in Germany. Main Basin was selected because gauge station of basin has longterm discharge data without missing values. Static maps (DEM, land use, soil maps etc.), temperature, and precipitation inputs between 2002 and 2014 are added to mHM. Flow values are taken from Global Runoff Data Center (GRDC). Spatial maps are referenced from datasets of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), European observation (E-OBS), and The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). To improve water balance and spatial pattern of AET simulations, Kling-Gupta Metric (KGE) and Spatial Efficiency Metric SPAEF are used. For water balance simulation, one outlet gauge is used for calculations with objective function of KGE. For spatial pattern of AET, objective function of SPAEF is used. Best solutions and sensitivity of parameters were selected by sum of objective functions of KGE and SPAEF. In the continuation of study, the Parameter Estimation Tool (PEST) was used for sensitivity analysis and twenty-six parameters were selected. These sensitive parameters selected according to objective functions. Accoording to result, sensitive parameters contain especially LAI, aspect, and soil parameters. Selected parameters calibrated for each case by using Optimization Software Toolkit (OSTRICH) with Pareto Archived Dynamically Dimensioned Search (PADDS) algorithm. According to best result of each case, Case 3, and Case 4 show better performance than other cases both on water balance and spatial pattern of AET. This result show that using both LAI and aspect increase simulation performance of mHM. Case 2 also show better performance than Case 1 and Case 0. In this way, LAI corrected PET made simulation on streamflow and spatial pattern of AET better than aspect corrected case, and not corrected case. Raw PET water balance result is better than aspect corrected one. Best result of Case 3 is closer to the theoretical best sum of SPAEF and KGE than Case 4. That result show that using weight parameter (alphax) exhibited slightly better result than multiplied LAI and aspect corrected case. However, except best solutions Case 4 has better solution than Case 3 for only SPAEF. Additionally, validation with six gauges was done. Case 3 and Case 4 showed better KGE performance than other case. Especially Case 3 similarity with observed discharge is much higher than other cases with six gauges validation. Although the thesis is based on one basin study area, the findings suggest validating and calibrate AET and discharge by using both LAI and aspect.
Yağmur suyu ızgaralarının hidrolik verimliliğinin makine öğrenmesi yöntemleriyle modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-30) Bayhan, Kayhan ; Özger, Mehmet ; 501191508 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Kentler geçmişten günümüze insanlığın gelişimi ile paralel bir şekilde gelişmiş bu gelişmeler kentlere dair yeni inovasyonları getirmiştir. Bu inovatif süreçte kentlerin inşasında düşük geçirimli malzeme kullanımının da artması zamanla yoğun yağış durumlarının daha da sorunlu hale gelmesine sebep olmuş, yağış durumlarında gelen su muhtevasının sel gibi sorunlara sebebiyet vermeden daha kontrol edilebilir alanlara aktarılması için kentsel drenaj sistemlerinin tasarımındaki kullanılan ızgara tipinden, kanalizasyon borularına kadar her ayrıntı önemli hale gelmiştir. Yolda bulunan enine ve boyuna eğimlerden, bölgenin iklim ve zemin şartlarına, bölgedeki nüfus yoğunluğundan, kent planlamasındaki ayrıntılara kadar birçok koşul drenaj sisteminin tasarımında önemle dikkate alınır. Bu çalışmada bu ayrıntılar göz önünde bulundurularak yapılan deney çalışmasında drenaj sisteminde kullanılan birbirinden farklı 6 adet ızgara tipinin yakaladığı su muhtevası verilerini elde etmek ve bu verileri Makine öğrenmesi regresyonu ile değerlendirmek amaçlanmıştır. Öncelikle kentsel drenaj sistemleriyle ilgili geçmişten günümüze yapılan tüm deneysel çalışmalar incelenmiş ve bu çalışmaların ayrıntısı hakkında bilgi verecek özetler çıkarılmıştır aynı zamanda bu ayrıntılara daha kolay vakıf olunabilmesi adına bir tablo oluşturulmuş ve tabloda çalışmaların kim veya kimler tarafından ne zaman yapıldığı, teste tabi tutulan giriş tipi, kullanılan ızgara veya konfigürasyon sayısı, oluşturulan deney düzeneği özellikleri, formülasyon tipleri ve önerilen denklemler hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra kentsel drenaj sistemleriyle ilgili ayrıntılı bir araştırma yapılmış sistemlerin tasarımında önemli olan ayrıntılar incelenmiştir. Kentsel drenaj sistemlerinin tüm bileşenleri hakkında bilgiler verilmiş gerekli olabilecek denklemlerden bahsedilmiştir. Çalışmanın üçüncü kısmında ise deney çalışması için yapılan deney platformu hakkında ayrıntılar verilmiş ve platformun yapımında dikkat edilen noktalara önemle değinilmiştir. Deney platformu, İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği laboratuvarında oluşturulmuştur. 1,2 m genişliğinde, 6,75 uzunluğunda metal platform kullanılmıştır. Suyun yolun içerisinde kalması için platform kenarları da yine metal plaka ile çevrilmiştir. Yolun enine eğimi, şehir içi yollar için bazı geometrik tasarım kılavuzlarının izin verdiği maksimum enine eğim olan %0 ila %5 arasında değişebilir. Aynı şekilde, dağlık bölgelerdeki yüksek eğimli yolları temsil eden boyuna eğim ise %0 ila %10 arasında değişebilir. Çalışmada da bu kriterleri dikkate alarak %1 ila %5 arasında %1 artarak değişen enine eğim, %1 ila %10 arasında %1 artarak değişen boyuna eğim konfigürasyonları kullanılarak her bir ızgara ve debi koşulu için 50 farklı veri alınmıştır. Deney çalışmasında 6 farklı ızgara girişi için test yapılmıştır. Çalışmada her bir ızgara için 6 farklı debi, 5 farklı enine eğim, 10 farklı boyuna eğim olmak üzere toplamda 300 farklı konfigürasyonda; ızgara girişi başlangıcı akış derinliği (d), ızgara tarafından yakalanan akışın boşaldığı plastik haznenin çıkışında bulunan V çentik savaktaki su yüksekliği (h) ve sisteme bırakılan tüm suyun boşaldığı büyük haznenin çıkışında bulunan V çentik savaktaki su yüksekliği (H) ölçülmüştür. Çalışmanın dördüncü kısmında ise elde edilen verilerin değerlendirilmesi için izlenecek süreçlere değinilmiş ve kullanılan yöntemler hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Bu araştırma kapsamında makine öğrenmesi uygulamasına tabi tutulmak üzere toplam 1800 deneysel veri elde edilmiştir. Elde edilen veriler makine öğrenmesi tekniği ile regresyon uygulamasına tabii tutulmuştur. Makine öğrenmesi için çeşitli algoritmalar geliştirilmiş ve bu algoritmalar birçok parametreye bağlıdır. Bu parametrelerin ayarı doğru sonuçları elde edebilmek adına mühim bir noktadır. Parametrelerin ayarı için optimizasyon algoritmaları kullanılmıştır. Makine öğrenmesi modellerini eğitmek için tüm veri kümesi eğitim (%70) ve test (%30) olmak üzere iki ana bölüme ayırılmıştır; eğitimde ise makine öğrenmesinde yaygın olarak karşılaşılan sıkıntı olan Aşırı Öğrenmeyi (Overfitting) önlemek için 5 kat çapraz doğrulama gerçekleştirilmiştir. Orijinal veri seti sayısal değerler içerdiğinden, bu çalışma K-En Yakın Komşu algoritması (KNN), Rastgele Orman algoritması (RF), Destek Vektör Makinesi algoritması (SVM), Yapay Sinir Ağı (ANN) regresyon uygulamalarını ele almıştır. Ek olarak, bu algoritmaların hiperparametre ayarını gerçekleştirmek için bu algoritmaların modelleri, gelişmiş teknoloji ürünü meta-sezgisel optimizasyon algoritmaları olan Yapay Arı Kolonisi algoritması (ABC), Yerçekimsel Arama algoritması (GSA), Guguk Kuşu Arama (CS) algoritması, Parçacık Sürüsü algoritması (PSO) ve Genetik algoritma (GA) ile hibritleştirilmiştir. Optimizasyon sürecinde parametre aralıkları tanımlanmış ve optimum model parametrelerine ulaşmak için toplam 1.000 konfigürasyon taranmıştır. Son olarak sonuç ve öneriler kısmında elde edilen sonuçların değerlendirilmesi yapılmıştır. Sonuçların değerlendirilmesiyle birlikte gerekli görülen yeni önerilerde sırasıyla ifade edilmiştir.
Dağılı bir hidrolojik model kullanarak Konya kapalı havzasında eksik akım verilerini doldurma ve çoklu istasyon kalibrasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-05) Ergün, Enes ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501201508 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Nehirler üzerindeki yapıları tasarlamak, planlamak ve işletmek için su kaynakları mühendislerinin eksiksiz akım verilerine ihtiyaçları vardır. İstatistiksel olarak anlamlı sonuçları ortaya çıkarmak için eksik veri içermeyen, yeterli uzunlukta gözlemler olmalıdır. Yıllar içinde ise bu veriler gerekli aletler ile kayıt altına alınmaya çalışılmıştır. Ancak, Manuel kayıt sırasında gösterge aletinin arızalanması, hava koşullarının değişmesi gibi farklı nedenlerle ölçümlerde eksik kısımlar olabilir. Eksik verilerin bulunması modellerde istenmeyen sonuçlar ortaya çıkarabileceğinden bu eksik veriler çeşitli yollarla doldurulmaya çalışılmıştır. Eksik verilerin doldurulması için ise zaman içerisinde farklı metotlar geliştirilmiştir. \\Bu çalışmada, Moselle Havzası ve Konya Kapalı Havzası (KKH) gibi yağış yönünden farklı iki havza için bir yıllık veri açığını tamamlamak üzere uzaktan algılanan yaprak alan indeksi (YAİ) verileriyle birlikte dağılmış bir hidrolojik model kullanmanın etkinliği değerlendirilmiştir. Veri kalitesinin ve uzunluğunun sonuçlar üzerindeki etkisini göstermek için Moselle Havzası'ndan Cochem istasyonu ve Konya Kapalı Havzası (KKH)'dan D16A100-Küçükmuhsine akım gözlem istasyonu (AGİ) kullanılmıştır. Modelin sonuçlarının tüm havzada değerlendirilebilmesi için dağılmış model tüm KKH için simüle edilmiştir. Modelin tamamının KKH'ya uyarlanmasında ise havza içerisinde bulunan 70 den fazla AGİ'nin verisi kullanılmıştır. İstasyon verilerde yıllar içerisine yayılmış küçük boşluklar için istatistiksel boşluk doldurma yöntemleri geliştirilmiş olduğundan, boşluk zamanının modele etkisi, yani akım zaman serisinin başından, ortasından veya sonundan rastgele seçilen bir yıllık boşluğun model kullanılarak analizi ile modelin veri doldurma verimi test edilmiştir. Nash–Sutcliffe Verimliliği (NSE), Kling-Gupta Verimliliği (KGE) ve Alansal Verimlilik (SPAEF), boşluk doldurmada hidrolojik model (mHM) performansını değerlendirmek için kullanılmıştır. Modelde her istasyon için baştaki 1 yıllık eksik veri simülasyonu yapmak amacı ile sonraki 1 yıl ısınma periyodu olarak, kalan akım verilerinin yarısını kalibrasyon diğer yarısı ise validasyon verisi olarak kullanılmıştır. Ortadaki 1 yıllık eksik veri simülasyonu yapmak için ise en baştaki 1 yıl ısınma periyodu olarak, kalan akım verilerinin boşluğa kadar olan yarısını kalibrasyon boşluktan sonraki yarısı ise validasyon verisi olarak kullanılmıştır. Sondaki 1 yıllık eksik veri simülasyonu yapmak için ise en baştaki 1 yıl ısınma periyodu olarak, kalan akım verilerinin yarısı kalibrasyon, diğer yarısı ise validasyon verisi olarak kullanılmıştır. Bu simülasyon haricinde GR4J modeli ile Cochem istasyonunda simülasyonlar da yapılmıştır. Bu simülasyon da dağılmış model olan mHM ile karşılaştırılmış, iki modelin performans değerlendirmesi yapılmıştır. Modelde ayrıca debi değerleri haricinde havzanın diğer model çıktıları dağılmış hidrolojik model ile elde edilmiş, bu hidrolojik bulgular da yağış verileri ile kıyaslanmıştır. Sonuçlar, mHM'nin sürekli meteorolojik girdiler kullanarak kalibrasyon periyodu boyunca her iki havzadaki (KGE 0.88'in üzerinde) akış dinamiklerini simüle edebildiğini göstermektedir. Ayrıca, kaliteli girdiler ve yeterli uzunlukta kalibrasyona sahip olmanın, bir yıllık uzun veya daha kısa ancak sık boşlukları başarılı bir şekilde doldurmanın anahtarı olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar ayrıca mHM'nin Cochem (Moselle)'deki eksik verileri Küçükmuhsine (KKH) istasyonundan alınan verilerden daha iyi tahmin ettiğini göstermektedir. Bu sadece Cochem'in kaliteli ve uzun verileri nedeniyle değil, aynı zamanda Moselle'deki yağmurla beslenen akış rejiminin aralıklı nehirlere kıyasla tahmin edilmesinin daha kolay olmasından kaynaklanmaktadır.
Wilcoxon testi ve saçılma diyagramı kullanılarak hidrometeorolojik verilerin trend analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-08) Kalkınç, Hatice Yağmur ; Güçlü, Yavuz Selim ; 501201514 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Günümüzde, iklim değişikliğinin etkileriyle birlikte artan su kaynaklarına olan talep arasında denge sağlanması zorunlu hale gelmiştir. İklim değişikliği nedeniyle mevsimsel değişiklikler, sel ve kuraklık gibi aşırı hava olayları artmakta ve bu durum su kaynakları üzerindeki baskıyı artırmaktadır. Bu bağlamda, hidrometeorolojik verilerin trend analizi, su kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi için hayati öneme sahiptir. Bu tez çalışması, yağış ölçümlerinin trend analizine odaklanarak detaylı bir inceleme yapmayı amaçlamaktadır. Tez, geleneksel Mann-Kendall (MK) testi ve modern Yenilikçi Trend Analizi (YTA) yaklaşımı gibi yöntemlerin yanı sıra, Wilcoxon testi ve saçılma diyagramı kombinasyonunu içermektedir. Bu yöntemler, hidrometeorolojik verilerdeki trendleri daha hassas bir şekilde belirlemek ve karakterize etmek için kullanılmıştır. Ayrıca saçılma diyagramı ve Wilcoxon testinin birlikte kullanılması, hidrometeorolojik verilerin değişen eğilimlerini daha açık bir şekilde görselleştirmektedir. Çalışma, Türkiye'nin Ege ve Akdeniz kıyı şeridinde yer alan Çeşme, Erdemli, Finike, Gazipaşa, Gökçeada, Köyceğiz, Manavgat ve Milas istasyonlarına ait 1989- 2020 yılları arasındaki 32 yıllık yağış verilerini incelemiştir. İncelenen sekiz istasyonda genel olarak yıllık yağış miktarında bir artış eğilimi gözlemlenmiştir. Analizler, Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden alınan 30 dakika, 60 dakika ve 120 dakika süreyle ölçülen maksimum yağış verilerini içermektedir. Yapılmış olan analizlerde, 30 dk, 60 dk ve 120 dk'lık yağış verileri ve sekiz istasyon için (MK testi için 24, Wilcoxon için 24 ve YTA için 24) toplamda görsel ve sayısal olmak üzere 24'der sonuç elde edilmiştir. MK ve Wilcoxon testleri, istatistiksel olarak anlamlı azalan bir trende rastlanmadığını, ancak bazı istasyonlarda genellikle artan bir trendin olduğunu göstermiştir. 30, 60 ve 120 dakikalık verilerin analizlerinde benzer örüntüler ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Coğrafi olarak Ege ile Akdeniz birleşiminde bulunan istasyonlarda bariz bir trend artışı ortaya çıkarken, bu artışın Akdeniz'in iç istasyonlarında azaldığı net olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, bölgesel ölçekte iklim değişikliğinin yağışlara etkilerini vurgulamaktadır. Bu bulgular, taşkın risk hesaplamalarında ve su yapılarının tasarımında kullanılabilir. Çalışma, Türkiye'nin belirli bölgelerindeki yağış trendlerini anlamak adına önemli bir adım oluşturmuş ve sürdürülebilir su kaynakları yönetimi için önemli ipuçları sunmaktadır. Bu bağlamda, hidrometeorolojik verilerin analizi, gelecekteki iklim değişikliklerine uyum sağlama stratejilerinin geliştirilmesinde kritik bir rol oynamaktadır.
GR6J hidrolojik modelindeki artık yağış ayrıştırma sabitinin model kalibrasyonuna etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-05-30) Demir, Halil İbrahim ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501211505 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Su, yaşamın kaynağı ve dünyamızın en değerli kaynaklarından biridir. İnsanlık, suyun anlamını ve önemini binlerce yıl boyunca keşfetmiş ve bu kaynağı yönetmek için çeşitli yollar aramıştır. Su, sadece içme suyu olarak değil, tarımda, sanayide, enerji üretiminde ve çevrenin korunmasında da hayati bir rol oynamaktadır. Nehirler, göller ve yeraltı su kaynakları gibi su kaynakları, suyun verimli kullanımını ve sürdürülebilirliğini sağlamak için özenle yönetilmelidir. Bu nedenle, su kaynaklarının tahmini, yönetimi ve korunması giderek daha karmaşık hale gelmiştir. Bu karmaşıklıkla başa çıkmak için, hidrolojik modeller gibi bilgisayar destekli araçlar geliştirilmiştir. Bu modeller, yağış, akış, su tutma ve su kullanımı gibi su döngüsü süreçlerini simüle ederek su kaynakları yönetiminde karar alıcılarına ve uzmanlara değerli bilgiler sağlamaktadır. Hidrolojik modeller, su kaynakları yönetimi ve tahmininin karmaşık doğasında vazgeçilmez araçlar olarak durmaktadır. Ancak bu modellerin etkinliği ve güvenilirliği, kullandıkları parametrelerin hassas bir şekilde kalibre edilmesine bağlıdır. Model kalibrasyonu, bu parametrelerin mantıklı bir şekilde belirlenmesini ve böylece modelin tahmin yeteneklerinin ince ayarını sağlamayı amaçlayan kritik bir süreç olarak ortaya çıkmaktadır. Doğru parametre değerlerinin elde edilmesi, hidrolojik modelin yağış dinamiklerinden yüzey akışı oluşumuna ve su depolama mekanizmalarına kadar uzanan karmaşık doğal süreçleri aslına uygun bir şekilde kopyalamasını kolaylaştıran temel unsurdur. Parametrelerin hassas kalibrasyonu sayesinde hidrolojik modeller, hidrolojik olayların incelikli etkileşimini daha iyi yakalayabilir ve kullanıcılara su kaynağı dinamikleri hakkında daha güvenilir tahminler ve içgörüler sağlayabilir. Özünde, model optimizasyonu, sürdürülebilir su kaynakları yönetimi arayışında vazgeçilmez bir dayanak noktasıdır ve hidrolojik modelleme çabalarının doğruluğunu ve etkinliğini artırmak için bir katalizör görevi görmektedir. Model optimizasyonunun hayati rolünün altını çizen bu çalışma, daha kesin tahminlerin elde edilmesi ve daha etkili su kaynakları yönetim stratejilerinin kolaylaştırılması yönünde önemli bir yol çizmektedir. Bu çalışmada, hidrolojik modelin performansını iyileştirmek için güvenilir bir kalibrasyon aracı olan PEST aracı kullanılmıştır. PEST, simüle edilen çıktılar ile gözlemlenen hidrolojik veriler arasında mümkün olan en yakın eşleşmeyi elde etmek için model parametrelerini verimli bir şekilde ayarlamak üzere tasarlanmış, yaygın olarak tanınan bir optimizasyon aracıdır. Model tahminleri ve gerçek ölçümler arasındaki farkları en aza indirmek için parametre değerlerini yinelemeli olarak iyileştiren bir ters modelleme aracı olarak çalışır. PEST aracı içerisinde kalibrasyon algoritması olarak su dengesini optimize eden parametre setinin belirlenmesi için hidrolojide yaygın olarak kabul gören The Shuffled Complex Evolutionary Algorithm University of Arizone (SCE-UA) algoritması kullanılmıştır. Bu çalışmada, havza modellemesinde yine yaygın olarak kullanılan Génie Rural à 6 paramètres Journalier (GR6J) hidrolojik modelinin, üretim ve yönlendirme katmanları arasındaki su transferini etkileyen artık yağış ayrıştırma sabitinin modele etkisi araştırılmıştır. GR6J modeli, hidrolojik süreçleri günlük zaman ölçeğinde simüle etmek için tasarlanmıştır ve genellikle yağış-akış ilişkilerini ve akış yolu boyunca suyun hareketini dikkate alır. Model, havza özellikleri ve iklim verileri kullanılarak yağışı akışa dönüştürmek için parametrelendirilmiştir. Kar erimesinin yağıştan ziyade akışa dönüştürülmesi, toplam yıllık akış için hidrolojik mekanizmada önemlidir. Bu bağlamda GR6J'nin ayırt edici bir özelliği, mevsimsel kar birikimi olan bölgeler için çok önemli olan bir kar erimesi modülüne (CemaNeigre) sahip olmasıdır. Bu modül, kar erimesi nedeniyle suyun kademeli olarak salınmasını ustalıkla yakalayarak modelin çeşitli iklim koşullarına uygunluğunu sağlar. Modeldeki yönlendirme süreçleri, suyun nehir ağı boyunca hareketini simüle ederek yüzey akışının mekansal dağılımına ilişkin bilgiler sağlar. Ayrıca, GR6J toprak nem dinamiklerini hesaba katarak yağışların akış ve infiltrasyona bölünmesi üzerindeki önceki koşulların etkisini kabul eder. Ancak, model parametrelerinden biri olan artık yağış ayrıştırma sabiti modelde 0.1 ve 0.9 olarak sabitlenmiştir. Bu çalışmada, optimizasyon sürecinde bu sabit serbest bırakılmış ve model performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, bu sabiti serbest bırakmak için modele ek bir parametre (X7) eklenmiştir. Artık yağış ayrıştırma sabitinin serbest bırakılmasının model performansı üzerindeki etkisini değerlendirmek için Amerika, Güney Amerika, Avrupa, Anadolu ve Avustralya dahil olmak üzere dünyanın çeşitli bölgelerinde bulunan on farklı havzada modeller çalıştırılmıştır. Model performansını değerlendirmek için, hidrolojik modellemede yaygın olarak kullanılan ve model tarafından üretilen simüle edilmiş değerleri, gözlemlenen verilerle karşılaştırarak modelin performansının nicel bir değerlendirmesini sağlayan Nash-Sutcliffe Verimliliğini (NSE) amaç fonksiyonu olarak kullanılmıştır. Testler literatürde de önerilen 1000 maksimum iterasyon ile tasarlanmıştır. Model sonuçlarına göre Avusturya, Türkiye, Fransa, Avustralya ve Brezilya'da bulunan 5 havzada artık yağış ayrıştırma sabitinin (X7) serbest bırakılması ile NSE değerlerinde kayda değer artışlar gözlemlenmiştir. Bununla birlikte Amerika, Şili, İngiltere ve Avusturya'da bulunan 5 havzada ise herhangi bir iyileşme gözlemlenmemiştir. NSE değerindeki en büyük iyileşme 0.1953'lük bir artışla gerçekleşmiştir. Buna göre 10 yıllık (1997-2007) kalibrasyon periyodunda 0.9 sabit ile yapılan en iyi NSE değeri 0.5523 gelirken, serbest bırakıldığında, X7= 0.9809 değerini alırken buna karşılık NSE değeri iyileşerek 0.7576 olmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma hidrolojik modellerin doğruluğunu ve güvenilirliğini artırmada model optimizasyonunun önemini vurgular ve farklı özelliklere (iklim, sıcaklık, yağış, buharlaşma, vb.) sahip yüzlerce havza varken, tahmin yapmak için kullandığımız hidrolojik modellerde sabit parametrelerden kaçınmamız gerektiğini belirtir. Sabit parametrelerin serbest bırakılarak modelin esnekliğini ve farklı hidrolojik koşullara uyarlanabilirliğini test edilmiş ve bazı havzaların model sonuçlarında küçük iyileşmeler gözlemlenmiştir. Bu iyileşmelerin genelleştirilerek kesin bir sonuca ulaşılması ve değişen iklimde su kaynakları yönetimi için güvenilir stratejiler geliştirilmesi için farklı özelliklere sahip daha fazla havzada araştırma ve analiz yapılmasına ihtiyaç vardır.
Dolusavak plaka boşlukları boyunca akım ve türbülans karakteristiği

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-19) Özün, Muhammed Fatih ; Çokgör, Şevket ; 501211506 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği

Bu çalışma, akım özelliklerini, özellikle de boşluklu düz tabana yakın türbülans özelliklerini kapsamaktadır. Dolu savaklar ve düşüm havuzları gibi su yapıları, doğaları gereği yüksek akım koşulları altında çalışırlar. Bu yapılar, taşkına bağlı olarak yüksek deşarjları mansaba güvenli bir şekilde göndermek için tasarlanmıştır. Geçmişte bu tür yapılarda bazı yapısal arızalar gözlemlenmiştir. Dickinson Barajı'nda 1954'te, Big Sandy Barajı'nda 1983'te, Keban Barajı'nda 1974'te, Malpaso Barajı'nda 1973'te (Meksika), Bhakra Barajı'nda 1967'de (Hindistan), Bratsk, Boutcharninsk, Pavlovsk, Krasnoiarsk and Sayano - Sushenskoe Barajlarında 1975'te (Sovyet Birliği), Tarbela Barajı'nda 1979'da (Pakistan) ve son olarak Oroville Barajı'nda 2017'de meydana gelen dolu savak şutu arızaları, şut beton plakalarının hidrolik kaldırmasından kaynaklanmıştır. Örneğin, Malpaso Barajı'ndaki düşü havuzunu (100x50x26 m) korumak için koyulan beton tabakaların (12x12x2 m) 3000 m3/s'lik deşarj sonunda tamamının gittiği (10.000 m3'lük beton) ve tabanın oturduğu ana kayanın da 6 m oyulduğu görülmüştür. Hidrolik jacking, yukarı kaldırma kuvvetleri tabakanın ağırlığını, ankrajların kapasitesini ve plakanın üstündeki su basıncını aştığında meydana gelir. Bu dolu savakların inşası sırasında, düşüm havuzlarının beton tabanı belirli boyutlardaki plaklarla değiştirilmiş ve plakların yukarı kaldırma kuvvetlerine karşı stabilitesi kendi ağırlıkları ve gerektiğinde ankrajlarla sağlanmıştır. Gözlemler, bu tür yapıların arızalarının plakaların birleşme kısımlarından (plakalar arasındaki boşluk) başladığını göstermektedir. Göçük mekanizmasının daha iyi anlaşılması ve fiziksel temelli bir modelin geliştirilmesi, dolu savakların, sediment baypas tünellerinin ve tabaka göçüğüne eğilimli diğer hidrolik yapıların güvenli tasarımı ve sürdürülebilir kullanımı için kilit öneme sahiptir. Düşüm havuzları ve dalma havuzlarında kaya bloklarının veya beton plakaların yukarı kalkması üzerine yapılan çok sayıda çalışmaya rağmen, dolu savak şutlarında yükselme üzerine çok az çalışma yapılmıştır. Türbülanslı akım ile plakalar ve bağlantılar etrafındaki dinamik basınç dalgalanmalarının yüksek sel rejimi akımlarda plakanın yukarı kalkmasına neden olacak şekilde nasıl etkileşime girdiği konusunda hala bilgi eksikliği bulunmaktadır. Sunulan çalışma, sistematik bir laboratuvar araştırması yürüterek bu araştırma boşluklarını doldurmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, laboratuvarda tabana yakın devir daim kanalında ayrıntılı hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sunulan makalenin ana araştırması, ana akım (kanaldaki akım) ve levhalar arasındaki boşluktaki akımın etkileşimidir. Deneyler, 12x0.5x0.5 m boyutlarındaki laboratuvar kanalında, 10 mm pleksiglas tabanın gerçek tabanla değiştirildiği ve farklı boşlukların bırakıldığı, aynı seviyede tutulan memba ve mansap levhaları arasındaki boşluğun simüle edildiği bir ortamda gerçekleştirilmiştir. Savak kapağı, akımı kritik üstü akım koşullarının yanı sıra kritik altı akım rejimleri boyunca zorlamak için yukarı yönde değiştirilmiştir. Deşarj ölçümleri dik açılı v-çentikli savak kullanılarak yapılmış, su derinliği nokta ölçerlerle belirlenmiştir. Hız ölçümleri 2D parçacık görüntülü hız ölçümü (Particle Image Velocimetry – PIV) kullanılarak oluşturulmuş, türbülans yoğunlukları ve türbülans kayma gerilmesi değerleri bu hız ölçümleri kullanılarak belirlenmiştir. Kritik altı ve kritik üstü akım koşulları için çeşitli Froude sayısı ölçümleri incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, plakalar arasındaki boşluk üzerindeki akımın kararlı olmadığını ve plakalar arasındaki boşluk genişlediğinde, boşluktaki akım-ana akım etkileşiminin önemli hale geldiğini göstermiştir. Boşlukta vorteks oluşmuş ve plakalar arasında emilmiş ve mansap plakalarının memba kenarı üzerinde belirsiz akış koşulları oluşmuştur.
The influence of hydro-meteorological factors on the bosphorus flow

(Graduate School, 2025-01-28) Çiltaş, Efe ; Kırca, V.Ş. Özgür ; 501211509 ; Hydraulics and Water Resources Engineering

Straits are essential elements of coastal ecosystems, which not only host diverse kinds of species, but also serve the urban landscape offering recreational hotspots for the inhabitants. The hydraulics of straits are delicate and often complex, controlled by many meteorological and oceanographical factors such as tides, winds, waves, river runoffs and precipitation. Understanding the influence of each factor on the hydrodynamics of straits are vital for managing and protecting them, and also successfully adapting to the climate change scenarios. In this study, the flow dynamics in a strait, the Bosphorus, is studied under the influence of various hydro-meteorological flow drivers. Hydrodynamics of the Bosphorus is mainly characterized by the water level difference and density difference between the Black Sea and the Marmara Sea. Although the hydrodynamics of the Bosphorus has been studied by different researchers in the literature, the specific influence of each individual hydro-meteorological factors, especially wind blowing over the fetch of the Bosphorus, has not been investigated parametrically in detail. With this motivation, the present study focuses on the influence of hydro-meteorological flow drivers on the Bosphorus separately. The flow drivers, in general, are: (1) the water level difference between the North and South ends of Bosphorus (2) the density (specific gravity) difference between the North and South ends of Bosphorus (3) river runoffs into the Black Sea, (4) precipitation at Black Sea basin (5) the wind (velocity and direction) that blows over the fetch of the Bosphorus, (6) the wind that blows over the fetch of the Black Sea, (7) the wind that blows over the fetch of the Marmara Sea, (8) the atmospheric pressure differential over the Bosphorus, (9) tidal variations in the Marmara and Black Sea. In the first part of the study, the hydro-meteorological data time series, and the relationship/correlation between different variables are studied. The correlation and physical dependence between these variables are determined. In the second part of the study, a numerical model of the Bosphorus set in TELEMAC 3D is utilized to parametrically study the influence of the major ones of these hydro-meteorological drivers. Results on the timeseries analysis showed that there is a meaningful correlation between the water level difference (between the North and South ends of Bosphorus) and the wind characteristics, as expected. The parametric study indicated that most influential variable on the upper- and lower-layer hydrodynamics of the Bosphorus is the water level difference between the North and South ends of Bosphorus, which inherently includes all of the above-mentioned factors, except the density difference and the wind that blows over the fetch of the Bosphorus. The influence of wind that blows over the fetch of the Bosphorus is limited, and wind-generated water level difference in general is mostly inherited from the correlation between the wind and the water level difference (between the North and South ends of Bosphorus) variables.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri