LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19298

Gözat

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.
Experimental 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 Engineering

The 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.
Fizik 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 Mühendisliği

Hidrolojik 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.
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.
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.
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.

Gözat

Sustainable Development Goal "Goal 9: Industry, Innovation and Infrastructure" ile LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri