LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Sustainable Development Goal "Goal 6: Clean Water and Sanitation" ile LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeComprehensive flood risk assessment and identification of the potential flood mitigation strategies(Graduate School, 2022-06-09) Ekmekcioğlu, Ömer ; Özger, Mehmet ; 501162501 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringFloods are among the natural disasters frequently encountered in our country, i.e. Turkey, and across the globe. Considering some of the conditioning factors, such as geographical location, geological and hydrological structure and even demographic characteristics, that characterize the formation of natural disasters, the most common natural disasters in Turkey are described as floods. A total of 1209 floods occurred in Turkey between 1975 and 2015, resulting in 720 deaths and the inundation of 900,000 hectares. In addition, floods cause an annual average of 100 million dollars of economic loss. The constitution of floods may vary in different types; scuh that coastal floods are frequent in coastal areas, while river floods mostly occur in rural and/or urban areas, and urban flooding poses significant challenges in densely populated regions. In this context, especially in cities with high population densities, urban flood events not only cost human lives but also cause serious property damage. Istanbul is also among the cities that frequently face urban floods across Turkey. The city is the most populated city in Turkey with a population of approximately 16 million (2986 people/km²) and is at serious risk of flooding. Therefore, within the scope of this thesis, it is aimed to determine the regions that may be affected as a result of the floods potentially occur in Istanbul and to reveal the factors that trigger the vulnerability of these regions. In order to ensure the functionality of both data collection procedures and the early diagnosis actions to be determined on an administrative basis, analyzes were carried out on a district basis in this thesis. Through district-based analyzes, both hazard and vulnerability factors, which are the two most critical pillars of the risk concept, were carried taken into account. In line with the hazard cluster, stormwater pipe network, slope, imperviousness (in terms of curve number), number of rainy days and return period of storm event criteria were taken into the consideration. Within the scope of vulnerability cluster, vulnerable structures, population density, vulnerable population, education level, income level, transportation network, number of households and land use criteria were considered. Thus, this thesis not only tried to determine the regions having high susceptibility of flooding but also sought to designate the social environments, i.e., residents and/or buildings, that have the potential to be damaged as a result of floods. In the research articles included in this thesis, multi-criteria decision-making algorithms were used to perform the district-based flood risk mapping of Istanbul. In the first research article published within the scope of the thesis, district-based flood risk maps were generated using the fuzzy analytic hierarchy process, and risky districts and the criteria to be taken into account specific to these districts were identified. In the second research article published within the scope of the thesis, the perception differences on the flood risk of four different stakeholders (i.e., Istanbul Water and Sewerage Administration, Disaster Coordination Center, Istanbul Metropolitan Municipality and Universities) at Istanbul scale were analyzed. For these purpose, the technique for order of preference by the similarity-to-ideal-solution (TOPSIS) method was integrated along with the fuzzy analytical hierarchy process method utilized in the first study. As a result of the model configurations on the basis of expert judgments pertaining to abovementioned four institutions, flood risk, flood hazard and flood vulnerability maps were separately generated. The third research article published within the scope of the thesis focused on the interrelationships of the criteria that were not examined in the previous two studies. On the other hand, for the first time in the literature, analyzes were carried out using two distintictive criteria weighting methods (analytical hierarchy process for the hazard cluster and analytical network process for the vulnerability cluster) together. At this point, another innovation that has been methodically accomplished is the integration of the decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL) method which was used in the refinement of the analytical network process framework. Visekriterijumska optimizacija i compromisno resenje (VIKOR) method, which is accepted as an improved version of the TOPSIS method, was performed to prioritize the districts in terms of flood risk by combining the outputs obtained from the two different criteria weighting methods and the numerical values of the corresponding criteria. According to the findings obtained in the first of the articles published within the scope of the thesis, land use, population density and the vulnerable structures were determined as the most important vulnerability criteria, while the return period of a storm event, imperviousness and stormwater pipe networks were obtained as the most significant hazard criteria. On the other hand, the comparison between the main clusters, i.e., vulnerability and hazard, indicates that these two classes have almost equal importance in terms of the flood risk concept in Istanbul. In addition, sensitivity analyzes were implemented in order to illustrate the stability and robustness of the fuzzy analytic hierarchy process applications. According to the district-based analyzes, Bayrampasa, Bagcilar and Esenler were found to be the three most risky districts with the significant effect of their dense populations. While Uskudar, Bayrampasa and Bagcilar districts stand out according to the hazard cluster representing the probability of flood events, it was concluded that special precautions should be taken for Gaziosmanpasa, Gungoren and Beyoglu districts according to the analyzes made within the generic of vulnerability cluster. According to the findings obtained in the second of the articles published within the scope of the thesis, disaster management and coordination authorities and local municipalities have point out that hazard and vulnerability clusters have almost similar importance in terms of flood risk. On the other hand, water and sewerage administrations take the hazard class into consideration, while universities consider vulnerability more important than the other. Once the produced flood risk maps and correlation analyzes are examined, one can conclude that there are high perception differences between the judgments of the experts from universities and water and sewerage administration, while perception similarities can be seen among other stakeholders. Therefore, this study highlighted that the inclusion of only one type of stakeholder in the flood risk management system is not sufficient to evaluate the overall flood risk criteria. Instead, it was concluded that the participation of various stakeholders from different disciplines is required to make more reliable flood risk analyzes. Hence, the results of this study not only provide a flood risk maps showing the most flood-prone districts of Istanbul, but also reveal the perception differences among various stakeholders who are responsible for taking the necessary measures to reduce, prevent and manage the flood risk. According to the findings obtained in the third of the articles published within the scope of the thesis, the income level, which is one of the criteria evaluated in the vulnerability class, not only affects all the vulnerability criteria, but also has been affected by the others (vulnerable structures, population density, vulnerable population, and education level). In addition, although the education level criterion affects all other criteria, it is only affected by the income level. Also, the population density criterion is almost as important as the education level according to the results of the study. The insight gained from the DEMATEL analysis has indicated that the population density is highly correlated with the education level and income level. Furthermore, the analyzes performed for the hazard cluster showed that the return period of a storm event is the most important criterion. Hence, especially considering extreme rainfall events where climate change has a great impact, district management authorities should take special measures such as flood-retardant structures and rainwater harvesting on their agenda to deal with the floods. In addition, storm water pipe networks and imperviousness criteria, which are among the other hazard related criteria, have been found to have very close importance to each other. At this point, the fact that districts with old or insufficient storm water drainage systems focus on these investments, increase the amount of green areas in districts where the land use includes urbanization intensively, or implement sustainable measures such as green roofs on existing buildings will make significant contributions to reducing the flood risk in the relevant regions and/or districts. In general, within the scope of this thesis, comprehensive flood risk analyzes were carried out for Istanbul. In addition, not only flood risk mapping, but also the ways to be followed for strategies to reduce the flood risk in risky areas are pointed out. In this context, it is believed that the publications contained in this thesis will be useful for not only Istanbul but also entire country and will play a guiding role in taking the necessary actions.
-
ÖgeEffect 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 EngineeringThere 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.
-
ÖgeExperimental study on interaction of unsteady flow with bridge piers with different cross sections(Graduate School, 2021-09-16) Gargari, Mehrnoush Kohandel ; Kırca Özgür, Veysel Şadan ; 501152502 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringThe problem of interaction between a vertical cylindrical structure (such as a bridge pier or pile) and a gradually varying unsteady flow is addressed in this study. In practice not only circular cylinders, but also various hydraulically streamlined cross-sections are used in bridge piers. The flow structure around these obstacles are significantly altered which leads changes in bed shear stress and amount/geometry of scour that takes place around the bridge pier. In this thesis, the flow-pile interactions under the unsteady flow are investigated, and as such, the similarities and differences in comparison to the case of steady flow are determined. The spatial variations of Reynolds averaged velocity and turbulence characteristics around the cylindrical structures are determined as a useful tool to help us understand how the flow patterns in the wake of the cylinders reacts with change in the cross-sections both in unsteady and steady flows. Although many studies in the literature have dealt with the flow around similar structures, most of these studies are limited to circular cross-sections. Furthermore, due to the complex nature of unsteady flows, there is a gap in the literature regarding studying the effects of local and convective acceleration in the case of gradually-varied unsteady flows. The current experimental study will concentrate on the flow alterations in the wake of cylindrical structures with different cross-sections in the presence of unsteady flow (i.e. during the passage of a hydrograph) in help to fulfil the aforementioned knowledge gap in the literature. Therefore, in this thesis, an experimental study was conducted comprising rigid bed experiments in a 30m long and 1m wide recirculating flume equipped with a variable discharge pump. Circular cylinders with 9 cm diameter (D=9 cm) are used, and elongated cylinders with aspect ratios of L/D=2, 3 and 4 are also investigated. To understand the influence of accelerating and decelerating flow conditions, three unsteady cases with different unsteadiness degrees were tested as well as a reference steady flow case. The spatial and temporal variations of Reynolds-averaged velocity and turbulence characteristics around the pile, as well as undisturbed flow, were analysed. Findings show that there are distinct differences between the tested gradually-varied unsteady flow cases and the reference steady flow case. Three-dimensional velocity measurements were conducted via an Acoustic Doppler velocimeter (ADV) at more than 200 locations for each of the test conditions. Moreover, water level and hydraulics slope values were recorded by use of resistant-type water level sensors. The data were analyzed to obtain spatial and temporal variation of Reynolds-averaged velocities and turbulence characteristics (fluctuating components, Reynolds stresses, turbulent kinetic energy) under steady and unsteady flow case in a comparative manner. Findings show that there are distinct differences between steady and unsteady flow conditions around bridge piers. Considering circular bridge piers, the wake turbulence was observed to get significantly higher during the rising stage of the hydrograph compared to the falling stage, whereas the turbulence due to lateral flow contraction exhibits an inverse behavior. The near bed flow around the bridge pier was seen to react the changing pressure gradient much quicker compared to the main flow region, where the reaction was much delayed, causing a longer recirculation region during the falling stage of the hydrograph. It is concluded that the flow structures foreseen for steady flow becomes noticeably altered in the case of unsteady flow, and these alterations are suggested to be considered in the engineering practices. The Reynolds-averaged velocity vs. Turbulence kinetic Energy plots of undisturbed flow indicated a hysteresis effect, such that larger turbulence is generated during the falling stage of the flow compared to the rising stage. This hysteresis was considerably reduced in the pile wake, and even reversed hysteresis was seen at certain cases. The spatial variation of Reynolds-averaged velocity and turbulence in the peak instant of unsteady flow was qualitatively similar to that of steady flow, but quantitatively, turbulence, flow contraction, and velocity deficit in the near-wake region were smaller in the case of unsteady flow. Contrarily, the unsteady flow generated remarkably higher turbulence levels at further downstream in the pile wake. It is concluded that in the case of unsteady flow the pile behaves as if it has a more streamlined shape. The results were also interpreted from structure-bed interactions perspective, explaining the differences between the pile scour induced by steady and unsteady flow conditions.
-
ÖgeFizik tabanlı tam yayılı hidrolojik modellerin kalibrasyonunda uydu tabanlı verilerin kullanılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-31) Avcuoğlu, Muhammet Bahattin ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501072503 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiHidrolojik model parametreleri geleneksel yaklaşımda havza çıkışında gözlenen günlük nehir akım verileriyle tahmin edilmeye çalışılır. Modern yaklaşımda ise akım verileri yanında herkese açık uydu tabanlı uzaktan algılama verilerinden de azami istifade edilmeye çalışılır. Uzaktan algılama verilerinin kullanıldığı yöntem ile ulaşılan alansal model çıktıları, sadece akım verisiyle elde edilen noktasal iyileştirme sonuçlarına göre daha tutarlı ve güvenilirdir. Bu nedenle fizik tabanlı sonlu elemanlar yöntemiyle çalışan matematiksel havza modellerinin uydu verileriyle kalibrasyonu dünyada giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmamızın amacı uzaktan algılama yöntemleriyle elde edilmiş buharlaşma ve terleme verilerinin hidrolojik model kalibrasyonuna etkilerini araştırmaktır. Bunun için veri kalitesi yüksek Fransa'nın Vienne havzasında fizik tabanlı tam yayılı mHM modeli kurulmuş ve 11 senaryolu kalibrasyon deneyleri yapılmıştır. 2002-2014 kalibrasyon dönemindeki modelin akım benzeşim performansı modelin günlük akım çıktıları ile gözlenen akım değerleri arasında hesaplanan KGE, modelin alana yayılı fiziksel performansı ise mHM'in uzun dönem (2002-2014) aylık buharlaşma ve terleme (AET) raster çıktı haritaları ile referans MODIS-AET raster haritaları arasında üçer aylık üç dönemde (1. dönem: Mart, Nisan, Mayıs, 2. dönem: Haziran, Temmuz, Ağustos 3. dönem: Eylül, Ekim, Kasım için) hesaplanan SPAEF değerleri ile ortaya konmuştur. 1998-2001 arası 4 yıl ön koşturma (spin-up) dönemi olduğundan performans hesaplarına dahil edilmemiştir. Model parametreleri Ostrich yazılımı içerisinde bulunan 750 iterasyonlu paralel pareto-DDS (PARA-PADDS) yöntemi kullanarak kalibre edilmiştir. Sonuçlara göre, sadece havza çıkışında konumlandırılan bir tek akım gözlem istasyonundan elde edilen akım verilerinin kullanıldığı kalibrasyonda (senaryo 1) modelin akım performansı beklendiği gibi çok yüksek (KGE 0.91, maksimum değeri 1); modelin AET performansı ise üç dönemde de çok düşüktür (SPAEF -0.16, -0.21, -0.26). Havza çıkışındaki AGİ ve nehrin farklı alt kollarında konuşlu 3 AGİ'den alınan akım verileriyle 4 AGİ'li kalibrasyonda (senaryo 2) ortalama KGE 0.91'den 0.37'ye düşerken ve üç dönemin SPAEF değerleri -0.72, 0.76, 0.55 olmuştur. Tek AGİ ve uydu verili kalibrasyonda (senaryo 3) akım performansında 0.91'den düşme çok sınırlı olmuş (KGE 0.90), bunun yanında AET performansı üç dönemde de önemli oranda iyileşmiştir (SPAEF 0.64, 0.77, 0.74). Akım ölçümü hiç olmayan sadece uydu verili kalibrasyonda (4. senaryo) su dengesi sağlanamamış (KGE -0.24), üç dönemde SPAEF 0.39, 0.69, 0.67 değerlerini almıştır. Veri eksikliği yaşanan havzalar için iki senaryo (5 ve 6) kurgulanmıştır. Bir yılda ve sadece her ayın ortasında tek ölçüm, toplamda 12 adet akım verisi ve MODIS-AET uydu verisiyle kalibrasyonda (senaryo 5) su dengesi ve AET performansının iyileştiği gözlemlenmiştir (KGE 0.67 ve üç dönemde SPAEF 0.65, 0.82, 0.76). MODIS-AET yanında sadece bir yıllık günlük akım verileri kullanılan 6. senaryoda KGE 0.72 ve üç dönemde SPAEF 0.64, 0.80, 0,79 değerlerini almıştır. Kurgulanan diğer 5 farklı senaryoda karasal gözlemler yerine global akış verilerinden elde edilen zaman serileri kullanılmıştır. Bu diğerlerinden farklı 5 senaryoda bilhassa hiçbir ölçüm verisinin olmadığı havzalarda çok amaçlı çoklu kalibrasyon yaklaşımının karasal gözlemlerden tamamen bağımsız olarak yürütülüp yürütülemeyeceği sorusuna cevap aranmıştır. ERA5_LAND ve GLDAS akış verilerinin kullanıldığı senaryolarda uydu verisi MODIS-AET kullanılmıştır. Bu senaryolar içinde S11`de GLDAS ve MODIS-AET aylık ortalamalar ile yapılan çok amaçlı çoklu kalibrasyonda su dengesi önemli ölçüde sağlanmıştır. Bu senaryo kurgusunda diğerlerinde olduğu gibi karasal gözlemlerin bulunmadığı kabulünden yola çıkarak akış verisi ve AET verisi ücretsiz olarak uydu ve uydu bazlı yeniden analiz ürünü olarak temin edilmiştir. GLDAS global yeniden analiz ürünü yayılı akış verileri uzun yıllar ortalması 12 aylık zaman serilerine dönüştürülerek MODIS`den alınan yayılı AET verileri ile birlikte kalibrasyonda kullanılmıştır. KGE değerinin 0,37`ye çıkmasına rağmen SPAEF değerlerinin sırası ile 0,63; 0,78 ve 0,75 değerlerini alması diğerleri ile kıyaslandığında su dengesini önemli ölçüde sağlamıştır. S7 senaryosunda 2002-2014 yılları arası ERA5_LAND akış verisinin zaman serileri kullanılırken MODIS AET verileri patern yönünden hedeflenmiştir. Bu kurguda KGE değerleri sıfıra yakın çok küçük değerler alırken SPAEF okumaları HTA ve EEK dönemlerinde yüksek okumalar vermiştir. Fakat su dengesi sağlanamamıştır. S8 kurgusunda ERA5_LAND için 2002-2014 arası uzun dönem aylık veriler kalibrasyonda kullanılmıştır. MODIS AET veriside çok amaçlı çoklu kalibrasyonun diğer amaç fonksiyonuna konu edilen alansal girdisi olmuştur. Bu kurguda SPAEF değerlerinin yüksek değerler alması (0,64; 0,78; 0,73) yanında KGE okumaları sınırlı bir iyileşme göstermiştir (0,18). Her ne kadar havzanın fiziki temsili iyileşmiş olsada su dengesi sınırlı kalmıştır. 9 numaralı senaryoda akış verisi uzun yılların ortalaması alınarak aylık toplamlar şeklinde akış serilerine sokulurken kalibrasyon için bir diğer girdi yine MODIS AET olmuştur. Bu kurguda SPAEF değerleri önemli ölçüde yükselme gösterirken (0,63; 0,77; 0,80) KGE değeri eksi değerler alarak (-0,18) su dengesinden uzaklaşılmıştır. S10 için yapılan kurguda hatanın amaçlandığı akış serileri ve patern yönünden amaçlanan AET verileri ERA5_LAND ürünü olarak temin edilmiş ve kalibrasyonda başka bir veri kullanılmamıştır. ERA5_LAND akış ve AET verileri uzun yıllar aylık ortalamalar şeklinde kalibrasyonda kullanılmıştır. Bu kalibrasyon neticesinde elde edilen debi ve AET simülasyonlarına ait benzeşim başarısı KGE için -0,23 değerini alırken SPAEF değerleri sırası ile 0,02; 0,29 ve 0,37 değerlerini almıştır. Su dengesinin en fazla bozulduğu ve performansı en düşük olan senaryo kurgusu burada ortaya çıkmıştır. Global ürünlerle yapılan kalibrasyonda en iyi performansı S11 senaryosu sağlarken en kötüsünü S10 sağlamıştır. Sonuçlarımız akım ölçümleri eksik ve yetersiz havzalar için ümit vericidir. Bu çalışma, fizik tabanlı modellerin uydu verileri ve uygun amaç fonksiyonları ile kalibre edildiklerinde havzanın fiziğiyle uyumlu, su dengesini de bozmayan optimum parametre setine ulaşılabildiğini göstermiştir. Bir diğer önemli çıktı ise karasal gözlemlerin hiç olmadığı bir havzada dahi ücretsiz uydu verileri ve global ürünler kullanılarak kalibrasyon başarısı sağlanabilmektedir.
-
ÖgeHidrolojik sapan değer tespitine yeni bir yaklaşım(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-26) Dede, Ahu ; Ağıralioğlu, Necati ; 501082504 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiBu çalışmada hidrolojik verilerde sapan değer tespiti için 1926 – 2012 arası Türkiye genelinde 129 istasyonda aylık ortalama sıcaklık (°C), bağıl nem (%) ve toplam yağış (mm) kullanılmıştır. Sapan değer tespiti, geliştirilen grafiksel OSMA (olmayan sapma miktarlarının adetleri) yöntemiyle yapılmış, grafiksel histogram ve kutu grafiği yöntemleriyle kıyaslanmıştır. OSMA yönteminde verilerin sapma miktarlarından olmayanlarının adetleri incelenir.
-
ÖgeHysterical effects in flow characteristics in the wake region of group of cylinders during the passage of gradually varying unsteady flow(Graduate School, 2022-09-06) Erdog, Eryılmaz ; Yağcı, Oral ; 501142501 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringIn recent studies, it has been witnessed that a group of cylinders offer some distinct advantages compared to mono-pile when applied as a support structure in marine and riverine environments. It is well established that an array of cylinders presents a viable option to a single solid cylinder with lower cost, lower scour and contraction effects. Donghai Bridge offshore wind farm in China is a practical real-world example where this type of structures are of significant importance as an offshore wind turbine support structure. In the pertinent literature, an overwhelming majority of flow-body interaction investigations are studied under steady flow conditions. Furthermore, researchers mainly focus on oscillatory flow when dealing with unsteady flow and using steady state approximation for gradually varying unsteady flows. Yet, several flow conditions observed in nature such as tsunamis, meteorology driven flows, tidal currents and river hydrographs fall into the category of gradually varying unsteady flow. In this thesis, the influence of gradually varying unsteady flow around a group of cylinders (Hexagonal arrays of Circular Cylinders, HACCs) was investigated by flume experiments. The experiments are carried out in a rectangular flume with dimension 30 m in length, 1 m in width and 1.25 in depth. The bed was smooth concrete and the sides were plexiglass walls. A honey-comb pattern was used at the inlet to ensure smooth inlet conditions. The water was recirculated through a monobloc pump and the water depth was kept constant at 30 cm through entire experiments. The flow discharge is controlled via an inverter system. By entering the desired input through the pump's control unit, unsteady and steady flow conditions are repeatedly and reliably produced. Two unsteady flow cases generated with same minimum and maximum velocities, but different durations in order to investigate the effect of unsteadiness degree. The flow velocity started at 0.04 m/s and increased to a peak of 0.23 m/s. One steady case had the duration of 90 seconds, the other had 120 seconds. Same experiments also carried out under steady flow conditions for benchmarking purposes. Velocity and water depth measurements were taken with a frequency of 100 Hz. Two resistance type level meters are used, one located 2.5 meters upstream the other downstream with the same distance. Instantaneous recording of water depth and water surface are carried out. Simultaneously, velocity measurements are collected with the help of an Acoustic Doppler Velocimeter. Velocity measurements are taken at both horizontal and vertical planes. In total, 290 measurement points were utilized, 140 points at horizontal plan and 150 points at vertical plan. The resolution of the measurement grid is increased near the obstacle in order to capture turbulence characteristics. The obstacle, HACC, consisted of 7 circular cylinders with a diameter of 3.4 cm. The circumambient diameter of the HACC was 16 cm and the solid volume fraction was 0.32. The HACC placed 12 m from the inlet to ensure fully developed flow conditions. Two arrangements of HACC, namely staggered and regular arrangement, in order to investigate the effect of obstacle orientation. In brief, three flow cases (steady, unsteady 90 seconds, unsteady 120 cases) and two HACC configurations are used. In total, 6 experimental runs are performed. Each experimental run consisted of 290 velocity measurement points. The analysis of collected data is started with the despiking of the raw data. The spikes in the velocity measurements are removed with a method widely used in the literature. Then the synchronization procedure is carried out. Velocity and water depth measurements are synchronized through their computer time recording. 290 velocity measurements that are recorded at different times are synchronized by the help of water surface slope measurements. Since water depth measurements are kept constant through all experiments, they are used as a benchmarking point. Finally, turbulence decomposition is done, turbulent and mean flow recordings are obtained to carry out post-processing. Experimental findings resulted in several significant conclusions. It is found that velocity deficit between wake and contraction region exhibits a hysterical character between rising and falling stages. The negative water surface slope is observed during the falling stage of the unsteady flow. This adverse pressure gradient causes earlier boundary layer separation and broader wake region. This leads to a stark shear layer rear the obstacle and higher lateral momentum transfer. During the passage of unsteady flow, counter-clockwise hysteresis is observed between depth-averaged velocity and turbulence kinetic energy. This means that for a given velocity, the falling stage produces higher turbulence compared to the rising stage. This effect was observable irrespective of the HACC arrangement. Furthermore, it was also observed that this hysterical relationship becomes more evident further downstream. The arrangement of HACC is also observed to be of importance in terms of hysteresis. It is observed that hysterical loops are less dramatic for the regular HACC. The hysteresis is mitigated by the strong bleed jets that occur in the wake region of regular HACC. It is known that due to the particular geometry of regular HACC, a significant amount of flow can go through the obstacle and create bleed flow which highly influences wake characteristics in terms of stabilizing the wake and controlling mixing process. It was concluded that the amplified bleed jets are the primary reason behind the suppressed hysterical behaviour. Another critical point that is outlined is the effect of unsteadiness on pile behaviour in terms of flow-body interaction. The pile is observed to render the pile to behave in a more streamlined manner. For a given velocity, the unsteady cases produced smaller recirculation compared to the steady case. The recirculation zone is also observed to be larger during the falling stage compared to the rising stage. Yet, this effect also seems to be less pronounced for the regular arrangement of HACC. The strong bleed jets are presumed to weaken this behaviour.
-
ÖgeKazıklı 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 MühendisliğiMevcut 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.
-
ÖgePompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-31) Gürsakal, Hasan ; Uyumaz, Ali ; 501082501 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiEnerji, bir materyalde, bir maddede, bir hücrede bulunan iş yapabilme yeteneği ya da ortaya iş çıkarabilme gücüdür. Bir insanda, bir makinede, yüksek bir yerden akan suda her an için belirli bir iş yapabilme gücü, dolayısıyla belirli miktarda enerji vardır. Bir cismin, bir maddenin durumu, konumu, moleküler yapısındaki depolama ile bir potansiyel enerjiye sahiptir. Bu potansiyel enerji bir hareket, bir ivmelenme, kimyasal bir tepkime veya fiziksel bir değişim ile harekete geçerek kinetik enerjiye dönüşür. Dolayısıyla, harekete geçen cisim kitlesiyle ve hızıyla sahip olduğu potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşmüş olur ve bu durum da bir iş yapmış olur. Günümüzde enerji, endüstri ve teknolojinin gelişimini ilerletebilmesi için vazgeçilemez araçlardan biri olarak ön plana çıkmakta olup, üretim faaliyetlerinin sürdürülebilmesi için ana unsurların başında gelmektedir. Aynı zamanda toplumların sosyal ve ekonomik olarak kalkınmalarının en önemli gerekliliklerinden biri olan enerjinin artan dünya nüfusuna yetecek şekilde, uygun koşullarda temin edilebilmesi büyük önem arz etmektedir. Evlerde, işyerlerinde, okullarda, fabrika ve sanayi tesislerinde ihtiyaç olan elektrik gücünü temin edebilmek için enerji kaynaklarının elektriğe dönüştürülmesi gerekmektedir. Petrol, doğalgaz, kömür gibi fosil kaynaklar ile rüzgar, güneş, su, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları çeşitli elektrik üretim santralleri sayesinde elektrik enerjisine çevrilerek, insanların günlük ihtiyaçları ve üretim sektöründe kullanılmaktadır. Gelişmekte olan ülkeler arasında bulunan ülkemiz için de gerek toplumsal refahın artırılması gerekse sanayi sektörünün üretim sürekliliği ve gelişimi için en önemli ihtiyaç haline gelen enerjinin, yerinde, zamanında ve güvenilir bir şekilde karşılanması gerekmektedir. Son dönemlerde ülkemizin yakaladığı yüksek büyüme oranları, enerji talebinin de hızla artmasını beraberinde getirmiştir. Önümüzdeki yıllarda da büyüme oranlarıyla birlikte enerji talebinin de artış eğiliminin devam edeceği hesaplanmaktadır. Artan enerji talebinin karşılanması için enerji sektörünün yeniden yapılanmasına yönelik olarak enerji mevzuatları 2000'li yılların başından itibaren yeniden ele alınarak çeşitli düzenleme yapılarak, enerji sektöründe liberalleşme adımları atılmıştır. Mevzuat değişiklikleri, yeni düzenlemeler ve oluşturulan yeni kurumlarla elektriğin yeterli, kaliteli, sürekli, düşük maliyetli ve çevreye uyumlu bir şekilde tüketicilerin kullanımına sunulması için, rekabet ortamında özel hukuk hükümlerine göre faaliyet gösterebilecek, mali açıdan güçlü, istikrarlı ve şeffaf bir elektrik enerjisi piyasasının oluşturulması ve bu piyasada bağımsız bir düzenleme ve denetimin sağlanması amaçlanmıştır. Geçen süre içerisinde, ülkemizde yapılan yeni düzenlemeler, enerji piyasasının liberalleştirilme çalışmaları, yapılan enerji yatırımlarına rağmen artan enerji ihtiyacını ülkenin kendi öz kaynakları ile karşılayamaz durumda olup, enerji açısında dışa bağımlılık devam etmektedir. Enerji kaynakları açısından dışa bağımlı olunması, ülkenin ekonomisini ve stratejik durumunu olumsuz yönde etkilemektedir. Enerji kaynaklarında dışa bağımlı ülkeler, ekonomisinin büyümesinde ve stratejik kararlar almak gibi en önemli konularda başka ülkelere bağımlı hale gelmektedir. Bu nedenlerden dolayı, ülke içerisinde başta yenilenebilir enerji kaynakları olmak üzere, tüm kaynaklarının en optimum şekilde enerjiye dönüştürülerek kullanımının sağlanması ve dışa bağımlılığın azaltılması temel hedef haline gelmesi gerekmektedir. Pompaj depolamalı hidroelektrik santraller (PDHES), pik talebin karşılanmasında rezervuarlı HES'lerin yetersiz kalması durumunda veya baz santrallerin ülkenin enerji sistem içinde dengelenebilmesi için devreye girerek enerji ihtiyacını karşılayan sistemlerdir. PDHES'ler bir çeşit elektrik depolama sistemleridir. Bu santraller, elektrik fiyatlarının düşük olduğu zamanlarda suyu yüksekteki doğal veya yapay bir üst hazneye pompa yardımıyla basarak depolar ve gün içinde veya ay içinde elektrik ihtiyaçlarının meydana geldiği ve dolayısıyla elektrik fiyatlarının yükseldiği zamanlar üst haznede biriktirilen suyu türbinler vasıtasıyla hidroelektrik enerjiye dönüştürür. Başta Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya olmak üzere dünyada yaklaşık 100.000 MW pompaj depolamalı hidroelektrik santral işletmede olmasına karşın, ülkemizde işletmede pompaj depolamalı santral bulunmamakla birlikte, bu tesislerin yapılması planlanması durumunda ne şekilde optimize edilmesi gerektiği yönünde yeterince çalışma da yapılmamıştır. Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü tarafından ilk etüt aşamasında 11 adet mevcut baraj üzerinde, 5 adet yeni yatırım olmak üzere toplamda 16 adet pompaj depolamalı hidroelektrik santral planlaması yapılmış olup, detaylı çalışmalar da henüz planlama aşamasında bulunmaktadır. Son dönemlerde devletin ilgili kurumlarında, PDHES'lerin yapımı konusunda bazı güncel mevzuat çalışmaları devam etmekle birlikte, henüz resmiyet kazanmış bir durum da söz konusu değildir. Gerçekleştirilen doktora tez çalışması kapsamında, pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin kapasitesinin net faydayı maksimize etmesiyle belirlenen kapasite optimizasyon modeli (KOPMOD) olarak adlandırılacak olup, deterministik bir yaklaşımla çalışılan bu matematik modelde yapı boyutları, kurulu güç ve net faydanın optimizasyonu ele alınacaktır. Bu çalışmayı yaparken öncelikle karar değişkenleri belirlenerek, bu parametrelerin kapasiteyi belirli aralıklar içinde seçerek modelde kullanılması amaç edinilmiştir. Kapasitenin çalışma aralıkları da dünyada tesis edilmiş PDHES'ler ile ülke şartları ve ihtiyaçları dikkate alınarak belirlenmiştir. Elektrik fiyatlarının gün içindeki değişimleri, uzun yıllar oluşan fiyatların analiz edilmesi ve elektrik fiyatlarına etki eden faktörler ele alınarak modellere işlenerek, modellerin oluşturulması sağlanmıştır. Elektrik fiyatlarının analizleri PDHES'lerin çalışma saatlerinin belirlenmesinde etkin rol oynamaktadır. Karar değişkenleri olarak tesisi kurulu güç kapasitesi, çalışma saati ve karlılık oranları, indirgeme oranı, iç verim oranı, tesis süreleri ve yapım birim fiyatları gibi ana unsurlar olarak belirlenmiştir. Net faydanın maksimize edilmesi üzerine kurulu olan sonuç kısmının en önemli sonuç parametreleri tesis yatırım bedeli, tesisin geliri ve giderleri, elektrik üretim ve tüketimleridir. üretim ve güç, maliyetler, gelir ve gider, ekonomik analiz ana başlıkları altında değerlendirilmiştir. Üretim, tüketim ve kurulu güç ana başlığı altında hesaplanan değerler tersinir türbinlerin teknik değerleri ve karar değişkenlerine bağlı olarak değişim göstermektedir. Maliyetler ise, kapasite değişiklikleri sonucu boyutları belirlenen tesislerin birim fiyatları ve piyasa fiyatları dikkate alınarak hesaplanmaktadır. Gelir ve giderler ise, elektrik fiyatları ve işletme aşamasında oluşacak olan giderlerin piyasa koşullarında fiyatlandırılması ile belirlenmektedir. Maliyetler, gelir ve giderlerin belirlenmesi sonucu ekonomik analiz kapsamında hesaplanan net fayda hesaplaması sonucunda hangi seçimin en uygun olduğu model ile ortaya çıkmaktadır. KOPMOD ile oluşturulacak matematik modelde değişkenlerin değişimi ile net faydanın da değişimi izlenebilmektedir. Çalışmalarda YEKDEM sistemi kapsamında devlet tarafından belirlenen elektrik satış fiyatları da ayrıca çalışmalarda dikkate alınmıştır. Karar değişkenleri, sonuç parametreleri, kapasite değişim aralığı, aralarındaki bağlantıları ve değerleme kriterleri belirlendikten sonra, PDHES için oluşturulan KOPMOD'un çalıştırılması ile net faydanın maksimize edildiği kapasite belirlenerek en uygun kurulu güç seçilmektedir. Modelin çalışma saati ve karlılık oranlarının belirlenmesi için KOPMOD öncesi göreceli karlılık analizi yaklaşımı (GÖKAY) modeli kullanılmaktadır. GÖKAY'da Türkiye'de geçmiş yıllarda gerçekleşmiş elektrik satış fiyatları modelin analiz edilecek verileri olarak ele alınmaktadır. PDHES için belirlenen bir iç verim oranı (İVO) esas alınarak gün içindeki en düşük elektrik satış fiyatları ve en yüksek elektrik fiyatları belirlenir. En düşük elektrik fiyatlarına iç verimden kaynaklanan kayıplar da bindirilerek en yüksek fiyatlar arasında PDHES'in elektrik üretim ile tüketiminden gün içinde kar elde ettiği saatlere ulaşılır. Seçilecek her bir iç verim oranı çalışma saatini ve karlılık oranlarını değiştirmektedir. GÖKAY modelinin sonuçları değerlendirildiğinde İVO değeri arttıkça çalışma saati artmasına karşılık, karlılık oranları azalmaktadır. Karlılık oranı ve çalışma saati birlikte ele alındığında ise, İVO değeri arttıkça normalize edilmiş karlılık oranının da arttığı görülmektedir. Sonuç olarak, PDHES'in ilk planlama aşamasında mevcut piyasa şartları, topoğrafyası, yatırımın ekonomik durumu ve piyasa elektrik fiyatları ile KOPMOD çalıştırılarak bulunan kapasitede PDHES'in yapımına karar verilebilmektedir. Kapasite belirlendikten sonra, tesisi yapılarının boyutları, maliyetleri, üretim ve tüketimleri ortaya çıkacağı için PDHES'in ekonomik olarak yapımına karar verilebilecektir.
-
ÖgeSu dağıtım şebekelerinde en uygun basınç yönetimi metodunun belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-09-15) Koşucu, Mehmet Melih ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501162505 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiSu dağıtım şebekelerinde meydana gelen yüksek basınçlar, hem su kayıplarını, hem de boru arızalarının meydana gelme sıklığını arttırmaktadır. Su kayıplarını ve boru arızalarının miktarını azaltmak, ve su dağıtım şebekelerinin faydalı ömrünü uzatmak için yüksek olan basıncı düşürmek gerekmektedir. Fakat şebekeden su alan tüketicilerin tamamının basınçlı su kaynağından istifade edebilmesi için basıncın şebekede izin verilen minimum değerden daha düşük olmaması gerekmektedir. Bu sebeple basıncın hassas bir şekilde yönetilip su kayıpları ve boru arızalarının azaltılması, ve abonelerin suya erişiminin aksamaması önemlidir. Pratikte dört farklı basınç yönetimi metodunun var olduğu bilinmektedir. Bunlar Sabit Çıkışlı, Zaman Ayarlı, Debi Ayarlı ve Kritik Nokta Ayarlı Basınç Yönetimi metodlarıdır. Sabit Çıkışlı Basınç Yönetimi'nde şebekenin girişindeki PRV'nin (Pressure Reducing Valve = Basınç Düşürücü Vana) sabit bir çıkış basıncı vardır ve bu basıncın değeri zamana veya debiye göre değişmez. Zaman Ayarlı Basınç Yönetimi tatbik edilirken PRV çıkışında, gece saatlerinde gündüz saatlerine göre daha düşük çıkış basıncı verilmektedir. Böylece su tüketiminin az ve basıncın yüksek olduğu gece saatlerinde meydana gelen su kayıpları azaltılmış olur. Debi Ayarlı Basınç Yönetimi'nde PRV'nin çıkış basıncı, PRV'den geçen debiye göre sürekli güncellenir. Bu yöntemde debi arttığında çıkış basıncı artar, debi azaldığında da PRV'de yük kaybı arttırılır ve böylece çıkış basıncı azalır. Kritik Nokta Ayarlı Basınç Yönetimi'nde ise su dağıtım şebekesindeki kritik nokta basıncının şebekede izin verilen minimum değerde sabit tutulması hedeflenir. Burada kritik nokta, şebekedeki en düşük basınçların meydana geldiği noktadır. Bir su dağıtım şebekesinde en uygun basınç yönetimi metodunun belirlenebilmesi için hidrolik olarak modellenmesi gerekmektedir. Dört farklı basınç yönetiminin hidrolik olarak modellenmesi EPANET 3 adlı açık kaynak kodlu yazılımda gerçekleştirilmiştir. EPANET 3'ün mevcut versiyonu hidrolik çözücü olarak yarı-kararlı akımların hidroliğini esas alan Küresel Gradyan Algoritması'nı (GGA) kullanmaktadır. Bu çalışma kapsamında basınç yönetimi yapılırken ise sıkıştırılamaz değişken akımların hidroliğini esas alan Rijit Su Sütunu Küresel Gradyan Algoritması (RWC-GGA) kullanılmıştır. Büyüklüğü, tüketim paterni ve su kaybı miktarı farklı olan 18 su dağıtım şebekesi üzerinde yapılan basınç yönetimi hidrolik simülasyonları sonucunda hangi basınç yönetimi metodunun hangi tip şebekede ve hangi birim su maliyetinde en uygulanabilir olduğu belirlenmiştir. Bu analizlere göre birim su maliyetinin yüksek olduğu durumlarda Kritik Nokta Ayarlı, düşük olduğu durumlarda da Sabit Çıkışlı veya Zaman Ayarlı Basınç Yönetimi metodlarının malî açıdan en avantajlı seçenekler olduğu anlaşılmıştır.
-
ÖgeTabakalı 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 Mühendisligiİnsanlık 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.
-
ÖgeThe influence of instream formations on hydraulic characteristics in natural lowland rivers( 2023-05-24) Heidari, Naghmeh ; Yağcı, Oral ; Aksel, Murat ; 501162508 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringMidchannel islands are ubiquitous geomorphic units in lowland rivers running through forest biomes. These self-forming natural obstacles exposed to flow regulate the river morphodynamics and bring about ecological productivity. The trilateral interactions between flow, sediment, and vegetation render the key dynamics behind the emergence of midchannel islands. Islands and bars can be erosion-based or accretion-based formations. Erosion-based islands are detached from a continuous floodplain. On the other hand, depositional islands form due to the aggradation of sediment and woody debris where the circumstance and flow regime are suitable for development of the pioneer entities. As a common form of the midchannel island, this study focuses on the latter case. During the high flow period, riparian vegetation can be uprooted and carried by flow. Once this vegetation is situated downstream, the root system resists erosion, and fluvial sediments start accumulating. The interaction between resisting factors and the consequent flow disturbance leads to island stabilization and further expansion. The emergence of midchannel islands in river corridors modifies the flow structures. As a result, the secondary flow patterns influence the river eco-geomorphology. These in-stream landforms were conventionally considered the source of unpleasant hydraulic resistance. However, island removal could cause negative environmental consequences and channel degradation. The purpose of this thesis was to unveil the key eco-geomorphological outcomes of midchannel islands by evaluating the flow structures around them. Accordingly, the different analyses were conducted on the individual scale, reach scale, and basin scale. The synthesis of the achieved results and the pertinent literature revealed valuable outcomes of island presence in lowland rivers. Obtained knowledge from this study can be useful in river restoration projects where deforestation, urbanization, and simplifying the natural channels brought about the degradation of the riverine environment. For the first part of the study, three major rivers in Turkey were chosen. The GIS tools helped to identify midchannel islands in these rivers. The basin-scale analysis showed the comparability of the midchannel islands due to the similarity in the basin characteristics. Since the development of the depositional islands experiences the same procedure in different rivers, a characteristic one was arbitrarily chosen among the islands of the three examined rivers. Afterward, its geometry was utilized for numerical models. The individual-scale and reach-scale analyses were carried out based on the Reynolds-averaged Navier–Stokes model. In the numerical flume, the planform of the characteristic midchannel island was scaled up and scaled down to mimic the island expansion from the pioneer to the mature one. The simulations included two types of channels with rectangular and trapezoidal cross-sections. The results showed that the presence of a midchannel island alters the flow patterns in the channel. This modification leads to channel adjustment which was observed by Landsat imagery. The significant outcome of the island presence is channel incision in its downstream zone. The channel incision in the river bottom induces a deeper and narrower cross-section, which provides the channel stability. In addition, the velocity fluctuations in the side channels and large-scale counter-rotating streamwise vortices in the wake zone make remarkable morphological changes. The asymmetrical distribution of flow patterns due to the asymmetry of island geometry triggers the meandering process, which is very advantageous for the river. Moreover, the water depth increase in the upstream side of the island enhances the base flow. All these positive outcomes demonstrate that preserving midchannel islands is vital in river corridors. Investigating the flow structures around a midchannel island was conducted from another perspective in the second part of the numerical studies. The self-streamlining mechanism of a natural obstacle against the flow alters the geometrical characteristics of the body over time. To perform the precise analysis of the streamlining effect, the circular cylinder was modeled first due to the availability of the experimental dataset for model validation. Subsequently, the circular planform was modified to a streamlined island which is a well-known hydrodynamic form. By keeping the same initial and boundary conditions, the planform of the characteristic island extracted from satellite views was imposed on the model. Since the realistic geometry of the midchannel island is not two-dimensional like the above-mentioned obstacles, the three-dimensional island by adding the slopes was modeled as the last scenario. This comparative analysis between four scenarios helped to understand the role of the island's three-dimensionality in the generated flow patterns. The comparison between flow patterns in the wake region of different obstacles shows that the realistic midchannel island gains more hydrodynamic form towards the channel bed. Therefore, the three-dimensional obstacle has highly variable flow structures along the depth of the body. Furthermore, the lee-wake vortices have a disorganized pattern due to the asymmetrical geometry of the natural body. Besides, the streamlining process weakens the strength of secondary flows, which leads to their gradual recovery in the downstream area. This condition brings about ecological heterogeneity and benefits aquatic life. Providing the dissolved oxygen for microorganisms of the hyporheic zone through vertical exchange of water, fulfilling the fish spawning criteria, enhancing the swimming speed of the fish species by turbulence, providing the wide range of flow velocities that favor the invertebrates, and many other ecological services by midchannel islands cannot be overlooked. The basin-scale analysis was conducted to find the relationship between midchannel islands and the river basin characteristics. The occurrence and distribution of midchannel islands in different rivers of the world were investigated utilizing GIS tools. The studied rivers belong to specific ecoregions, in which the vegetated islands are abundant in their major rivers. The morphometric and hydrological characteristics of the river basins were determined for the aim of this study. Finally, the morphometric analysis of the individual midchannel islands and their temporal evolution were investigated. Midchannel islands are abundant in the ecoregions with high vegetation cover. Accordingly, the major rivers from tropical/subtropical forests, temperate broadleaf/grassland, and boreal forests were examined. The results revealed the relationship between basin elevation and the distribution of midchannel islands. As the relief thus the mean slope is lower in a basin, the midchannel islands start appearing earlier in the river. Furthermore, the midchannel islands' density has a relationship with sediment yield. The basins with higher sediment yield have more midchannel islands in their existing length.