Farklı Şekillere Sahip Tekil Doğal Bitki Elemanlarının Açık Kanallardaki Akım Karaktersitikleri Üzerindeki Etkisi

Abstract

Son yirmi yıldır artan çevre bilinci ile birlikte akarsu yatağındaki bitkilerin akım alanı üzerine etkisini araştıran çalışmalara olan ilgi oldukça artmıştır. Ancak bu alanda farklı türde bitki topluluklarının akım alanı üzerine etkisini araştıran çalışmalar pek çok araştırma yapılmış olmasına rağmen geniş gövdeli tekil ağaçlar gibi bitki türlerinin akım alanı üzerine etkisi henüz yeterince anlaşılmış değildir. Bu çalışmada bir akım ortamındaki tekil doğal birkilerin akımın hız ve türbülans karakteristikleri üzerine etkisini araştırmayı amaçlayan iki boyutlu deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerin tamamı 26 m uzunluğunda, 0.98 m genişliğinde ve 0.85 m derinliğindeki akım kanalında gerçek bitki fidanları kullanarak gerçekleştirilmiştir. Taşkın yataklarında sıkça rastlanan bu doğa olayını analiz etmek amacıyla, geniş gövdeli ağaçlar hacim yükseklik değişimleri gözönüne alınarak üç başlıca sınıfa ayrılmıştır. Hız ölçümlerinde üç adet akustik Doppler velocimeter kullanılmıştır. Analiz aşamasında akım doğrultusundaki ve düşeydeki zamansal ortalama hız bileşenleri, akım doğrultusundaki ve düşeydeki türbülans bileşenleri ve türbülans kinetik enerjileri araştırılmıştır. Buna ilave olarak bitkinin mansab tarafında, bitkiden belirli bir mesafeye sahip konumda, bitkinin mimari özelliklerinin bir fonksiyou olarak hız profilini veren bir eşitlik elde edilmiştir. Elde edilen eşitliğin geçerliliği deney verileri aracılığı ile sınanmıştır. Ayrıca, deneyler sonucunda geçirimli yapılarına rağmen akım ortamındaki bitkilerin akımı kayda değer ölçüde etkilediği ve neden oldukları türbülans ile önemli miktarda enerjiyi kırdıkları görülmüştür.

In the last two decades with the increasing environment awareness there is a growing interest on studies which attempt to understand the impact of vegetation on flow field in river and estuarine systems. Although in the past great attention has been devoted to explore the impact of vegetation community on flow pattern, the effect of singular vegetative element, such as trees with large trunk, on flow and turbulence pattern is not yet known. In this study two dimensional experimental measurements, which aim to explore the impact of presence of natural singular vegetative elements on velocity and turbulence characteristics, were conducted. All the experiments were conducted in the flume with the size of 26m in length, 0.98m in width and 0.85m in depth and real tree saplings were utilized to represent the vegetative effect. In order to analyze this commonly observed nature phenomenon, trees with large trunk were classified into three groups on the basis of their volume versus height relation. Throughout the velocity measurements three Acoustic Doppler Velocimeters were employed. During the analysis time averaged streamwise and vertical velocity components, streamwise and vertical turbulence intensities and turbulence kinetic energy parameters were examined. Additionally a formulation, which gives the velocity profile at a certain downstream distance of vegetation, was introduced and the validity of the proposed formulation was verified with experimental data. Furthermore it was seen that despite their porous structures, the presence of vegetation considerably disturbs the flow field and dissipate a remarkable amount of energy by turbulence.