İnşaat Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 55
  • Öge
    Nanoçubuklarda büyük yer değiştirme ve yerel olmayan elastisite teorilerine göre deplasman hesabı
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Güçlü, Gökhan ; Artan, Reha ; 648937 ; İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    Nanoteknoloji, maddenin atomik veya moleküler boyutta işlenerek mikroskobik boyutta ürünlerin üretilmesi yöntemi olarak tanımlanmaktadır. Nanoölçekte maddenin özellikleri, daha büyük ölçekteki halinden farklıdır. Bir malzemenin boyutları küçültüldüğünde, özellikler ilk başta aynı kalır, daha sonra malzeme özelliklerinde küçük değişiklikler meydana gelir. Boyut 100 nm'nin altına düştüğünde ise özelliklerde dramatik değişiklikler meydana gelebilir. Bunun iki temel sebebi vardır: Birincisi, aynı malzeme kütlesine sahip daha büyük formda üretilen malzeme ile kıyaslandığında nanomalzemeler daha büyük yüzey alanına sahiptir. İkinci sebep ise nanoölçekte, kuantum etkilerinin maddenin davranışı üzerinde etkin olmasıdır. Bu etkiler sayesinde malzeme, yepyeni kimyasal, biyolojik, elektriksel, mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olur. Bu yeni özellikleri nedeniyle, nanoölçekli nesnelere tıp, biyomateryaller, enerji, tekstil, elektronik, kimya, makina endüstrilerinde büyük talep oluşmuştur. Nanoteknoloji; fizikçilerin, kimyacıların, mühendislerin, imalat teknoloji-sinde çalışanların, biyologların, tıp çalışanlarının katkı vermesinden dolayı zengin bir çalışma alanı haline gelmiştir. Nanoölçekli sistemlerin çok sayıda mühendislik uygulamasında kullanım potansiyeli nedeniyle, mekanik davranışlarının (eğilme, titreşim, burkulma gibi) ve özelliklerinin detaylı olarak araştırılıp yeni tasarımlarda kullanılmadan önce net olarak belirlenmesi gerekmektedir. Mekanik analiz bakımından bir boyutlu nanoyapılar (karbon nanotüp-ler ve mikrotüpçükler) kiriş, iki boyutlu nanoyapılar (grafen katmanlar) ise plak olarak modellenmektedir. Modellenmelerinde farklı teorilerden faydalanılmaktadır. Kirişler-de; Euler-Bernoulli kiriş teorisi, Timoshenko kiriş teorisi, ya da yüksek mertebe kiriş teorileri (Reddy-Bickford, Levinson kiriş teorileri vd.) yaygın olarak kullanılmaktadır. Plaklarda ise; Kirchhoff-Love, Mindlin-Reissner, yüksek mertebe plak teorileri (Reddy, üçüncü mertebe plak teorileri vd.) kullanılmaktadır. Nanoboyutlu yapıların mekanik özellikleri ve davranışları, çeşitli deneysel, simülas-yon (hesaplama) ve analitik (teorik) yöntemler kullanılarak incelenebilmektedir. Nanoölçekte gerçekleştirilen deneysel çalışmaların bazı zorlukları bulunmaktadır. Deneysel çalışmalarda, her parametreyi hassas biçimde kontrol etmek mümkün olmamaktadır. Deneyler, teknik düzeyi yüksek tesislerde yapılmakta ve kullanılan cihazların çok yüksek seviyede hassaslığa sahip olması gerekmektedir. Bu etkenler maliyetleri arttırmaktadır. Simülasyon yöntemleri içerisinde en yaygın biçimde kullanılanları; moleküler dinamik simülasyon ve Monte Carlo simülasyonudur. Her ne kadar atom seviyesindeki simülasyon yöntemleri, hesaplamalı fizikte çok büyük başarılar elde etmiş olsa da, büyük miktarda hesaplama gerektirdiğinden, uygulamaları nispeten az sayıda molekül veya atom içeren (en fazla birkaç milyon tane) basit sistemlerle sınırlıdır. Ayrıca, zaman adımları, kısıtlar, sınır koşulları ve sıcaklık etkileri gibi başka sınırlamalar da vardır. Mesela zaman adımları açısından, sadece pikosaniyeden, nanosaniyeye kadar süren kısa ömürlü olaylar modellenebilmektedir. Bu kısıtlamaların üstesinden gelebilmek için araştırmacılar, sürekli ortam mekaniği yaklaşımlarından yararlanmaktadırlar. Klasik elastisite teorileri, makro boyuttaki yapılarda büyük başarı ile kullanılmasına karşın, mikro ve nano boyutlarda deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında hata oranı yüksek çıkmaktadır. Bunun temel sebebi, nano ve mikro boyutlarda, malzeme özelliklerinin boyuta ve geometriye bağlı olmasıdır. Bu boyutlarda, küçük boyut etkisi önemli bir etken olmaktadır. Klasik elastisite teorileri boyuttan bağımsız teoriler oldukları için, bu etkileri hesaba katamamaktadır. Bu eksikliğin giderilmesi amacıyla yüksek mertebe elastisite teorileri geliştirilmiştir. Bu teoriler, malzeme boyut ölçeklerinin modellemeye dahil edildiği, klasik sürekli ortam yöntemlerinin güncellenmiş versiyonlarıdır. Standart bünye denklemlerine, şekil değiştirmelerin, gerilmelerin ve/veya ivmelerin yüksek mertebeden türevlerini dahil ederek genelleştir-mektedirler. Boyuta bağlı olan bu teoriler üç temel grupta toplanabilirler; şekil değiştirme gradyanı teorileri, mikro sürekli ortam teorileri ve yerel olmayan elastisite teorileri. Yüksek mertebe elastisite teorileri arasında, Eringen'in geliştirilmesinde büyük katkı sunduğu yerel olmayan elastisite teorisi, en yaygın kullanılan teoridir. Yerel olmayan elastisite teorisinde, cismin herhangi bir noktasındaki gerilme değerinin, cismin hacmi içerisindeki tüm noktalardaki şekil değiştirmeler tarafından belirlendiği kabul edilmektedir. Böylece atomlar ve moleküller arası sonlu menzilli kuvvetler hesaba dahil edilmektedir. Klasik elastisite teorileri ile yerel olmayan elastisite teorisi arasındaki tek fark gerilmeyi, şekil değiştirme ile ilişkilendiren bünye denklemleridir. Denge ve uygunluk denklemleri, iki teori için de aynıdır. Küçük boyut etkisi, malzemeye özgü boyutlarla ilgili iki parametrenin fonksiyonu olan, yerel olmayan parametre kullanılarak hesaplara dahil edilmektedir. Yerel olmayan elastisite teorisinin, diferansiyel ve integral olmak üzere iki genel formu vardır. Bu çalışmada yerel olmayan elastisite teorisinin diferansiyel formu ve büyük yer değiştirme teorisi kullanılarak prizmatik nanoçubukların yer değiştirmeleri, iki adımlı ardışık yaklaşım yöntemi ve pertürbasyon yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplarda kullanılan bu iki yöntem çalışmanın özgün değerini oluşturmaktadır. İki adımlı ardışık yaklaşım yönteminde, çubuğun elastik eğrisi, iki yaklaşım eğrisinin süperpozisyonu kullanılarak temsil edilmektedir. Birinci yaklaşım eğrisi, elastik eğriye yakın seçilmekte ve bazı koşulları sağlamasına özen gösterilmektedir. Bu koşullar arasında, sınır koşulları ve seçilecek eğrinin, elastik eğriye mümkün olduğunca yakın olmasını sağlayan bağımsız parametre/parametreler yer almaktadır. Birinci yaklaşım eğrisinde yer değiştirmelerin büyük olduğu varsayılmaktadır. İkinci yaklaşım eğrisinde, yer değiştirmelerin küçük olduğu kabul edilmektedir. Bu nedenle, ikinci yaklaşım eğrisi ile ilgili denklemler lineer olmaktadır. Birinci yaklaşım eğrisi, elastik eğriye yakın olduğundan, denge denklemleri birinci yaklaşım eğrisine göre yazılmaktadır. Birinci yaklaşım eğrisi seçildikten sonra, moment-eğrilik bağıntısı ve ek koşullar kullanılarak ikinci yaklaşım eğrisinin yer değiştirme fonksiyonları hesaplanabilmektedir. Bölüm 4'te gerekli formülasyon çıkarıldıktan sonra yöntem, üç farklı örnek problem üzerinde denenmiştir. Elde edilen sonuçlar, grafiksel olarak sunulmuştur. Şekillerde; çubuk uzunluğu boyunca boyutsuz düşey ve yatay yer değiştirmeler ile serbest uçtaki boyutsuz düşey yer değiştirmenin, boyutsuz yük parametresine göre değişimleri gösterilmiştir. Birinci örnekte, 'nın küçük değerlerinde, boyutsuz yerel olmayan parametrenin değerinin artması ile rijitliğin arttığı ancak büyük değerlerinde rijitliğin azaldığı gözlemlenmiştir (bkz. Şekil 4.40). İkinci örnekte, boyutsuz yerel olmayan parametrenin artması, rijitlikte azalmaya neden olmaktadır (bkz. Şekil 4.46). İncelenen son örnekte ise boyutsuz yerel olmayan parametrenin artması, rijitliği artırmaktadır (bkz. Şekil 4.52). Pertürbasyon yöntemi Bölüm 5'te incelenmiştir. Büyük yer değiştirme teorisine göre moment, yer değiştirme denklemleri elde edilmiştir. Yerel olmayan parametrenin limiti alınarak, klasik elastisite teorisinde büyük yer değiştirme kabulü için deplasman ve moment ifadelerine ulaşılmıştır. İki örnek problem için sayısal hesap yapılmıştır. Birinci örnek, izostatik sistemlerdeki, ikinci örnek ise hiperstatik sistemlerdeki genel çözüm yöntemini göstermektedir. Örneklerde sayısal sonuçlar, elastik eğri kullanı-larak grafiksel olarak sunulmuştur. Elastik eğri; klasik elastisite teorisinde küçük yer değiştirme ve büyük yer değiştirme kabullerine göre ve yerel olmayan elastisite teorisinde büyük yer değiştirme kabulüne göre elde edilmiştir. Boyutsuz yük parametresinin artmasıyla yerel olmayan elastisite teorisine göre hesapta birinci örnekte düşey yer değiştirmenin azaldığı, ikinci örnekte ise düşey yer değiştirmenin arttığı gözlemlenmiştir. İki örnekte de boyutsuz yerel olmayan parametrenin artması ile düşey yer değiştirmenin azaldığı yani rijitliğin arttığı tespit edilmiştir. Çalışmada kullanılan iki yöntem de, çeşitli yüklerin etkisindeki, farklı sınır koşullarına sahip kirişlerde rahatlıkla kullanılabilir. Nanoboyuttaki yapılar, klasik elastisite teorisi kullanılarak incelendiğinde, bu yapıların rijitlikleri deneysel sonuçlarla kıyaslandığın-da küçük çıkmaktadır. Yerel olmayan elastisite teorisi, küçük boyut etkisini hesaba kattığından, deneysel verilerle uyumlu sonuçlar elde etmektedir. Bu çalışmanın sonuçları da göstermektedir ki, incelenen sistemin boyutları küçüldüğünde yerel olma-yan etkiler ihmal edilmez seviyelere gelmekte, boyut etkisinin önemi artmaktadır.
  • Öge
    Privatization, liberalization and deregulation of Turkish state railways and frameworks for public-private partnerships
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Shakibaei, Shahin ; Alpkökin, Pelin ; 648187 ; İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    In modern societies and in the sense of a holistic view, political, social and economic sustainability deeply depends on the efficient transport systems. From the economic perspective, transport facilities extend markets, provide the capital and labor mobility, enhance the mass production, ensure price stability, create employment opportunities, challenge the monopolies, develop industries and agriculture, and increase national wealth. As for the social dimension, they facilitate the discovery of new lands and redound to the distribution of population, raise the living standards, encourage cultural and idea exchanges amongst the people from all corners of the world, enable people and authorities to manage the national disasters, and broaden the people's outlook. Politically, they maintain national unity, pave the way for integration, boost national independency, strengthen the national defense, and provide national wealth and income in the country. Transport facilities might be categorized in three major groups including: Land (rail, road and pipeline), air and water (shipping). Indubitably, during the last two centuries rail industry played the pioneering role in the freight and passenger transportation and it was unrivaled for almost a full century. It is no exaggeration to say that the industrialization and globalization process would hobble without rail networks. However, the Post-Second-World-War era was a turning point where highway overtook the rail and the gap began to experience an incessant expanse. However, emerging technologies in the rail sector such as high-speed rail services in some European and Far-Eastern countries triggered the revival of railways in later decades of 20th century. Eventually, due to some critical parameters such as environmental impacts, energy efficiency, safety issues, ability in the transportation of bulky and heavy goods, economic issues, larger capacity, etc. railways have to revive and the coming decades will provide a golden opportunity in realization of the mentioned goal. In Turkey, the history of railways dates back to the Ottoman age where most of the lines were constructed by the imperialist countries such as England, France and Germany. There is no doubt that all these countries were following their own goals in developing such facilities. However, after the proclamation of the republic in 1923, considerable steps were taken to nationalize the rail network in the country and develop new assets. Similar to the worldwide trend, rail sector experienced a serious retrogress after the Second World War in Turkey and it continued until the beginning of the new millennium. In early 2000s, Turkish government decided to prioritize the investments in transport facilities, particularly in the rail sector and in development of high-speed rail network. From a historical perspective, in Turkey and many other countries around the globe, all layers of the rail market including but not limited to the track construction, rolling stock provision, service operation and system maintenance were controlled by national monopolies. On one hand, the efficiency of such monopolistic power in the sector was questioned by authorities and researchers unanimously. On the other hand, economic crises and budget limitations acted as barriers in development of new rail lines. These obstacles persuaded the governments to be in search of effective alternatives to the traditional approaches. Within this context, a remarkable remedy was activation of private finance in provision of public infrastructures such as railways. Thus, the term "public-private partnership" (PPP) came into prominence in development of such facilities. In the Turkish rail sector, PPP approaches are mostly utilized in the framework of Greenfield and Brownfield projects. In the former one, private sector is responsible in the projection and construction phases, too. Build-Operate-Transfer (BOT) is the most common PPP tool in provision of transport facilities in Turkey. A remarkable number of transport facilities in the country has been actualized under BOT/PPP approaches. However, there is no such an application in the rail sector of Turkey to the date. As for the Brownfield approach, private sector is mostly responsible for the enhancement and better operation of the existing systems to make profit in return for the payment to the public entity. In provision of high-speed rail (HSR) network and new conventional lines in the country beside the improvement of the existing systems, both Greenfield and Brownfield approaches can be vastly used and a comprehensive evaluation and analysis of the process is required to reach successful outcomes. In Literature, there are numerous researches in favor and in opposition to the application of PPPs in infrastructure projects and in this thesis, it is targeted to make such a fair and comprehensive analysis. As is clear, railways are multi-disciplinary, multi-decision-making agents with conflicting interest groups. Rail PPPs involve three major interest groups including: public entity as the provider of the infrastructure, private firms as the rail service operators and passengers as the users. These groups follow some contradicting views. Passengers look for the services which are compatible with their budget and timing preferences. They naturally prefer to pay less for the service. On the other hand, private service operators tend to maximize their ticket prices to obtain highest possible level of revenues. Private firms also tend to pay less as Track Access Charge (TAC) to the public entity. However, public side tries to collect more TAC values from the private operators and it also urges the private firms to keep the prices in a limited level to make the passengers feel satisfied. Consequently, there are profound conflicts amongst the players of the system. Optimization methods and tools are very useful in evaluation of such environments. However, conventional optimization methods fail to satisfy the realism since they simplify the multi-agent and multi-objective environment to one in which all interest groups follow a unique system-wide objective. Indeed, in such settings in real world, each group pursue its own individualistic goals and tend to maximize its own benefit without regard to the thoughts of other players. At this point, a need for a more realistic optimization and simulation method is highly necessitated. "Game Theory" can provide such a philosophy and tool to evaluate the rail market liberalization in a realistic manner. Thus, in this thesis we have used game theory in two fields. In the first case, behavior modeling and conflict resolution is addressed by some simple 2×2 games entitled: "Prisoner Dilemma", "Chicken" and "Stag-Hunt" games. Afterwards, a liberalized rail line analysis is done using cooperative game with non-transferable utility approach. To actualize the simulation, "GoLang" programming language has been used in this thesis to evaluate the network inspired by the Istanbul-Ankara HSR. The data for passengers has been collected via conducting a stated preference (SP) survey at the Pendik station in Istanbul. Game theoretic behavioral analysis of the conflicting agents prove that the early understanding of the probable problems may avoid serious contradictions in the dynamic process of long-term rail PPPs. In addition, the results proposed by the model used in this thesis provide better resolutions for all interest groups by application of various time scheduling.
  • Öge
    A novel approach for the incipience of sediment entrainment in a wide range of flow conditions via experimentally driven geno-fuzzy inference system model
    ( 2020) Bizimana, Hussein ; Altunkaynak, Abdüsselam ; 635861 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
    In Civil Engineering works, the beginning of sediment particle motion and the design of stable and economical channels are of the utmost importance. The beginning of sediment motion often called incipience of sediment motion is a very important physical aspect of the investigation of sediment transport phenomena. The incipience of sediment motion is very significant for water resources and hydraulic engineering for the proper design of dams, reservoirs, sewers, drainage channels, etc. Consequently, many experimental and mathematical studies have been conducted previously to generate more explicit solutions that define the best the beginning of particle motion, yet subjectivity resulting from different experimental conditions has resulted in considerable dissimilarities in developed solutions. Therefore, an engineer dealing with the choice of the best solution meets a serious challenge. Moreover, many of the available methodologies in the literature have been generated from hydraulically rough flow conditions. In this study, novel approaches are introduced for accurate prediction of the incipient motion of uniform non-cohesive grain particles in sand and gravel-bedded open channels under unidirectional flows. Two different types of modeling were used. The first type of models generated in the present study are novel Fuzzy Logic (FL) based models and the second type of models are experimentally generated mathematical and analytical models. In the first step of modeling, novel FL-based models were applied to predict the critical condition that governs the initiation of sediment motion in a wide range of flow conditions from hydraulically smooth to rough flow conditions. Under the FL-based models, novel and improved Sugeno Fuzzy Inference (Sugeno FI) and Mamdani Fuzzy Inference (Mamdani FI) Systems are calibrated using the evolutionary Genetic Algorithms (GAs); further evaluated and applied. Furthermore, the Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS) tool is based on Sugeno FIS. The consequent part of the ANFIS tool is limited to either a constant or a linear function. This means that not only a non-linear function is available for the consequent part of the model but also it cannot be represented by a constant and linear functions, at the same time. Moreover, the ANFIS tool optimizes antecedent parameters (fuzzy sets) and consequent parameters (constant or linear functions) by utilizing neural and least square methods, respectively. In the present study, a novel hybrid model named as novel Geno-Fuzzy Inference System (GENOFIS) is introduced by integrating improved Sugeno FIS and Genetic Algorithms (GAs) that refer to where, the antecedent (fuzzy sets) and consequent (constant, linear and non-linear functions) parameters are optimized by using Genetic Algorithms (GAs) tools. Additionally, the novel GENOFIS offers the possibility to represent the consequent part of the Sugeno FIS model by a constant or any defining function at the same time. Furthermore, during the second FL-based modeling, the Mamdani FIS is improved by training the membership functions using GAs instead of the conventionally used trial and error method which is not accurate and is extremely time-consuming. Consequently, a novel improved Geno-Mamdani FIS named as GMFIS is calibrated using independent data, evaluated and proposed as well. Quantitative and qualitative comparisons with theoretical considerations are implemented between the calculated results generated using ANFIS, GENOFIS and GMFIS models and observed experimental results by applying root mean square error (RMSE), the Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency (CE) as evaluation criteria. The observed experimental data are collected from three different types of incipient motion techniques that are the most utilized and cited in the literature as reference, visual, and development of competence functions. The results generated from the FL-based methodologies demonstrated that the novel GENOFIS model provided more accurate prediction results in comparisons with the ANFIS model results for three different types of incipient motion of sediment approaches by comparing their respective results with observed experimental data. Furthermore, the novel GMFIS model had provided results in close agreement with the experimental data collected from the aforementioned three different types of incipient motion of sediment techniques. Additionally, using the GMFIS model, upper and lower curves that define the critical conditions of sediment motion were generated and these curves are proposed after calibration and validation using experimental data made off uniform and non-cohesive sand and gravel sediment particles. The results show that the upper curve corresponds to the incipient motion of uniform non-cohesive sand particles in loose boundary channels while the lower curve represents the incipient motion of uniform non-cohesive gravel particles in rigid boundary channels as well. Moreover, the FL-based Shields curves generated can be used to represent the incipient motion of uniform non-cohesive sediment particles in rigid boundary channels with a smooth bed floor and loose boundary channels, for the lower and upper limit, respectively. This physical finding was concluded after a comparison between the GMFIS results and experimental data collected in loose and rigid boundary channels in researchers performed previously. In the second stage of this study, an attempt to feel the gap that is found in the literature on the best channel design in terms of sediment carrying capacity when the channel bed is smooth and when it is rough has been experimentally investigated. The effects of the cross-sectional shape, flow depth, hydraulic radius, and channel slope on the incipience of sediment entrainment in rigid boundary channels with a smooth bed floor and a rough bed floor are investigated. Experiments were performed to investigate the incipient motion under hydraulically smooth, laminar, and rough flow conditions in a rectangular cross-sectional channel and under hydraulically smooth and transitional flow conditions in a circular cross-sectional channel. The experiments were carried out on both smooth and rough bed floor. Experiments conducted on a smooth bed floor generated one hundred twenty-four and ninety-seven experimental data in a rigid rectangular and a rigid circular cross-sectional channel, respectively. Furthermore, experiments conducted on a rough bed floor with a specific bed roughness factor (λ) generated more data. One hundred, and seventy-five experimental data were generated in a rigid rectangular and a rigid circular cross-sectional channel, respectively. Based on the shear stress approach as the theoretical consideration, new experimental and analytical equations that represent the critical condition for the initiation of sediment motion for rigid rectangular and circular cross-sectional channels are proposed using experimental data collected for smooth and rough channel floor. The results of the new proposed experimental and analytical equations are compared to those obtained from the existing incipient motion equations proposed by other researchers for rigid boundary channels. It is found that the cross-sectional shape, flow depth, hydraulic radius, channel slope, and most importantly the bed roughness are crucial in defining the critical shear velocity and bed shear stress for the incipience of sediment entrainment. The results found in this study show that weaker bed shear stresses are required to initiate sediment motion in a rigid boundary channel with a smooth channel bed floor than the same rigid boundary channel but with a rough channel bed floor. Moreover, weaker bed shear stresses are need in a circular cross-sectional channel than in a rectangular cross-sectional channel to initiate sediment particle motion. Therefore, in this study, a circular cross-sectional channel is found to be more efficient in terms of self-cleansing purposes than a rigid rectangular cross-sectional channel. Furthermore, compatibility of the generated explicit formula and previously proposed threshold approaches is depicted in terms of the similar trendline in which in all incipient motion models it is realized that higher bed shear stress values are required under hydraulically smooth flow conditions and decreases towards the hydraulically rough flow conditions whether the channel bed floor is smooth or rough. Moreover, by using experimental data generated in hydraulically rough flow conditions in a rigid rectangular cross-sectional channel with a smooth channel bed floor, a new formula is developed to determine the average diameter (D) of a sediment particle that would not be subjected to the motion under rough flow conditions. The formula is derived and proposed for bed regulation, stability purposes in rigid boundary rectangular channels.
  • Öge
    Ölçümü olmayan akarsu havzalarında akım tahminlerinin iyileştirilmesi
    ( 2020) Yılmaz, Mustafa Utku ; Önöz, Bihrat ; 630338 ; İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    Su, tüm canlılar için yaşamsal öneme sahip doğal bir kaynaktır. Artan nüfus ve buna bağlı olarak gelişen ihtiyaçlar su kaynaklarının geliştirilmesi konusunda haklı bir baskı oluşturmaktadır. Mevcut su varlığının bilinmesi, su kaynaklarının geliştirilmesi kapsamında en önemli unsurlardan biridir. Bu nedenle, akarsu havzasındaki suyun hidrolojik çevrim içerisinde hareketinin belirlenmesi konusu oldukça önem kazanmıştır. Hidrolojik çevrimin önemli bir bileşeni akarsu akımıdır. Akarsudaki akımın miktarı, akarsuyun belirli noktalarında kurulan akım gözlem istasyonları ile ölçülmektedir. Su kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılması ve geliştirilmesi için bu ölçümlerin eksiksiz, uzun süreli ve güvenilir olması gerekmektedir. Ancak, bazı akarsularda mevcut akım ölçümlerinin yetersiz ve eksik olması su kaynaklarının geliştirilmesi çalışmalarında karşılaşılan en önemli sorundur. Dolayısıyla coğrafyanın her yerinde tesis edilemeyen akım gözlem istasyonları yüzünden, hidrolojik çalışmalar bilimsellikten ve ekonomiklikten uzak olma tehlikesiyle karşı karşıya kalabilmektedir. Gelecekte daha küçük su kaynaklarının değerlendirileceği düşünüldüğünde, akım tahmini sorununun artacağı açıktır. Bu sorunu gidermek için akımların doğru ve güvenilir tahminlerinin yapılması önem taşımaktadır. Eksik veriyi tamamlayabilmek ya da ölçümü olmayan akarsu havzalarında akım tahmini yapabilmek için literatürde geliştirilmiş birçok yöntem vardır. Özellikle son on yılda araştırmacılar, ölçümü olmayan akarsu havzalarında akım tahmini için ölçümü olan kaynak (donör) havzadan, ölçümü olmayan (hedef) havzaya hidrolojik bilgi transferi gerektiren çeşitli istatistiksel yöntemler benimsemişlerdir. Bu yöntemler genellikle bölgesel yöntemler olarak adlandırılır. Bu çalışmada, günlük akımları tahmin etmek için, regresyon analizi (REG) yöntemi, drenaj alanı oranı (DAR) yöntemi, çoklu kaynak istasyona dayalı DAR (MDAR) yöntemi, ters mesafe ağırlıklı (IDW) yöntemi, ters benzerlik ağırlıklı (ISW) yöntemi, ortalama akım ile akımların standartlaştırılması (SM) yöntemi, ortalama ve standart sapma ile akımların standartlaştırılması (SMS) yöntemi ve bu tekli yöntemlerin çeşitli varyasyonları çalışma alanlarına uygulanmıştır. Tekli yöntemlerin ağırlıklı tahminlerinin uygulanabilirliğini araştırmak için çeşitli topluluk (ensemble) yöntemleri denenmiştir. Akım gözlemlerinin seyrek olduğu Porsuk Çayı Havzası'nda ve Türkiye'nin yüzey suyu açısından en zengin havzası olan Fırat-Dicle Havzası'nda iki ayrı uygulama çalışması yapılmıştır. Yöntemlerin performansının değerlendirilmesinde, Nash-Sutcliffe Etkinliği (NSE), kök ortalama kare hata (RMSE), RMSE-gözlem standart sapma oranı (RSR), belirleme (determinasyon) katsayısı (R2), yüzde eğilim (PBIAS) ve bağıl hata (RE) ölçütleri kullanılmıştır. Porsuk Çayı Havzası uygulamasında, ilk olarak, seçilen akım gözlem istasyonlarında çeşitli nedenlerle çoğu zaman ölçülememiş ve eksik kalan günlük akım verilerini tamamlamak için REG, DAR, SM ve SMS yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemler karşılaştırılarak en uygun yöntem ve verileri mevcut olan kaynak istasyonla eksik veriler tamamlanmıştır. İkinci olarak, her bir istasyon sırayla ölçümü olmadığı varsayılarak DAR, MDAR, IDW, SM ve SMS yöntemleri günlük akımı tahmin etmek için kullanılmıştır. SM ve SMS yöntemlerinde kullanılan ölçümü olmadığı varsayılan istasyonların uzun dönem istatistiksel parametrelerini (akımların ortalaması ve standart sapması) elde etmek için regresyon denklemleri önerilmiştir. Bu regresyon denklemleri istatistiksel parametreler ve drenaj alanı arasındaki logaritmik ilişkilere dayalı olarak hesaplanmıştır. Daha anlamlı tahminler elde etmek ve belirsizlikleri azaltmak için tekli yöntemler, NSE performansına göre ağırlıklandırılmış ve daha sonra topluluk tahminleri elde etmek için birleştirilmiştir. Her bir istasyon için iki ve üç yöntemi birleştiren topluluk yöntemlerinin tahmin performansı, tekli yöntemlerin tahmin performansı ile karşılaştırılmıştır. Çeşitli topluluk yöntemlerin test edilmesiyle akım tahminlerinin iyileştirilmesinde umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, gözlemlenen ve tahmin edilen verilerin debi süreklilik eğrilerinin farklı hidrolojik durumlar için seçilen aşılma olasılıklarına karşılık gelen akım değerleri karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, ölçümü yetersiz böyle bir havzada elde edilen başarılı sonuçların, akım tahmin literatürüne katkıda bulunması beklenmektedir. Fırat-Dicle Havzası uygulamasında, günlük akımları tahmin etmek için, DAR, MDAR, IDW, ISW, SM ve SMS yöntemleri kullanılmıştır. Yöntemlerin uygulaması için, eksiksiz ve uzun yıllara dayanan akım verilerine sahip Orta Fırat Havzası'ndan 8 ve Yukarı Fırat Havzası'ndan 7 akım gözlem istasyonu seçilmiştir. Her bir havza kendi içinde ayrı ayrı değerlendirilmiştir. IDW ve ISW yöntemlerinin üç farklı güç parametresi (1, 2 ve 3), günlük akım değerlerini tahmin etmek için doğruluk ve uygunluklarını belirlemek amacıyla karşılaştırılmıştır. SM ve SMS yöntemlerinde kullanılacak uzun dönem akım istatistiklerini tahmin etmek için bölgesel çok değişkenli aşamalı regresyon yöntemi kullanılmıştır. Akımların yıllık ve aylık bazda ortalama ve standart sapma değerleri çeşitli hidrometeorolojik ve hidromorfolojik değişkenlere bağlı olarak hesaplanmıştır. Kaynak istasyonlar, her bir hedef istasyon için coğrafi yakınlığa, fiziksel benzerliğe ve korelasyona bağlı olarak belirlenmiştir. Kaynak ve hedef istasyonlar arasındaki fiziksel benzerliği belirlemek için coğrafi, topografik ve iklim değişkenleri gibi temel özellikler göz önünde bulundurulmuştur. Performans ağırlıklı topluluk yöntemleri için mutlak hata, NSE, RSR ve PBIAS değerlerine dayalı tekli yöntem ağırlıklandırma sistemi geliştirilmiştir. 2'li ve 3'lü birleşim topluluk yöntemlerinin tahmin performansı, tekli yöntemlerin tahmin performansı ile karşılaştırılmıştır. Ek olarak, günlük akım verileri gürültüyü azaltmak için ön işleme tabi tutulmuştur. Simetrik iki taraflı hareketli ortalama (MA), günlük akım verilerinin yumuşatılması (smoothing) için kullanılmıştır. İstatistiksel yöntemlerin tahmin performansı, gözlemlenen ve yumuşatılmış günlük akım verileri kullanılarak test edilmiş ve karşılaştırılmıştır. MA ile yumuşatılan günlük akım verilerini kullanan, DAR-MA, MDAR-MA, IDW-MA, ISW-MA, SM-MA, SMS-MA olarak adlandırılan istatistiksel yöntemler önerilmiştir. Yöntemlerin güvenirliliğini test etmek amacıyla blok bootstrap simülasyonu yöntemi kullanılmıştır. Her bir istasyon için elde edilen 1000 adet blok bootstrap verileri kullanılarak debi süreklilik eğrilerinin farklı hidrolojik durumlar için seçilen aşılma olasılıklarına karşılık gelen akımları hesaplanmıştır ve %95 güven düzeyinde güven aralıkları belirlenmiştir. DAR, MDAR, IDW, ISW, SM, SMS, 2'li ve 3'lü birleşim topluluk yöntemler ile elde edilen tahminlerin debi süreklilik eğrilerinin seçilen aşılma olasılıklarına karşılık gelen akım değerlerinin bu aralıklar içinde kalıp kalmadığı test edilmiştir. Sonuç olarak, çalışmada kullanılan yöntemlerin, veri temininde güçlük çekilen su kaynakları projelerinde karar verme ve tasarım için kolaylıkla uygulanabilirliği gösterilmiştir.
  • Öge
    Sabit noktalı küre izdüşüm prensibi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1972) Duman, K. Naci ; Aykan, Faruk ; 2191 ; İnşaat Mühendisliği ; Civil Engineering
    Bu çalışmada "Sferografik izdüşüm" metotlarının yeni bir tipi incelenmiştir. "Sabit noktalı küre izdüşüm prensibi" adını ver diğimiz bu gösterme metodunda, uzayın her P noktası, merkezi bu P noktası olan ve uzayda, reel sabit bir O noktasından geçen kürenin, yatay durumda düşünülen reel, sabit bir II resim düzlemindeki "iz çemberi" ile gösterilmektedir. Bu metodun, diğer küre izdüşüm metotları ve sik- lografi ile önemli ve karakteristik farkı, uzayın nok taları ve bunların izdüşüm çemberleri arasında" "kar şılıklı olarak bire-bir bir bağıntı:"nın bulunmasıdır. Doğruların izdüşümleri olarak çemberler demetle ri ve düzlemlerin izdüşümleri olarak çemberler deste leri elde edilmiştir. Genel durumdaki doğrular ve düzlemlerin incelenmesi ile birlikte, izdüşüm siste mine göre özel durumlarda bulunan doğruları ve düz lemleri gösteren, çemberler demetleri ve destelerinin karakteristik özelikleri gözönüne alınmıştır. Nokta, doğru ve düzlem arasındaki durum bağıntı larının araştırılması ve "projektif temel şekillerin gösterilme" leri sistematik olarak incelenmiştir. Sistemin 0 sabit noktasını odak ve II resim düz lemini doğrultman düzlemi olarak kabul eden 0 dönel paraboloidi, uzay elemanlarının izdüşümleri için bir XII sınır yüzeyi olarak ortaya çıktığından, bu elemanla rın II ve O ya göre özel durumları yanında, 0 ye göre durumları da incelenmiştir, özellikle buradan 0 nin do§ru ve düzlemlerle kesişmesine ait problemler için kolay ve karakteristik çözümler elde edilmiştir. Ay rıca bu kesişmelerin sınır problemlerinden, 0 nin po- laritesiyle ilgili bir kuadratik iz prensibi olarak "özel parabolöidal bir 'iz prensibi" adını verdiğimiz "Parabolöi&al stereografik izdüşüm prensibi" ortaya çıkmıştır. Bunun yanında insidens yüzeyi 0 olan "Özel parabolöidal bir perspektivite" adını verdiğimiz, "Kuadratik bir noktalar bağıntısı" da elde edilmiştir. Nokta, doğru, düzlem hakkındaki temel-birleştirme, kesişme, diklik-baŞıntıları ve problemleriyle birlikte, özellikle "Doğrular sistemleri" ve bunlarla ilgili problemlerin küre izdüşümündeki gösterilme yolları sistematik şekilde incelenmiş ve açıklanmıştır. Birden fazla küre izdüşüm sistemleri arasındaki bağıntılar araştırılmış ve bu arada, bir taraf tan, bir uzay şeklinin iki küre izdüşümü yardımiyle elde edi len izdüşüm şekilleri arasındaki bağıntı ve diğer ta raftan, iki izdüşüm sistemine göre aynı izdüşüm şek lini veren iki uzay şekli arasındaki bağıntı incelen miştir. Bu son bağıntının kolayca belirlenebilen, "Perspektif bir uzay afinitesi" olduğu görülmüştür. Aynöâ bulunan sonuçlar yardımiyle, düzlemdeki plâni- metrik çember problemlerinin bazı çözüm yolları gös terilmiştir.