DPT BEŞ YILLIK KALKINMA PLANLARINDA ARAZİ TOPLULAŞTIRMASININ YERİ ve ÖNEMİ
Havza Hidrolojisinin Yeri ve Önemi
description
Transcript of Havza Hidrolojisinin Yeri ve Önemi
Havza HidrolojisininYeri ve Önemi
Dr. A.Ünal Ş[email protected]
5-7 Kasım 2012Eğitim semineri Antalya
Hidroloji nin tanımı• Hidro-Su, loji ise bilim anlamında olup yer bilimlerinin
önmeli bir bölümünü de su bilmi oluşturur ve bu bilim dal diğer bazı bilim daları ile yakından ilgilidir.
• Örnek Meteroloji, atmosfer bilimi, jeoloji, biyoloji, deniz ve göl bilimleri, toprak, havza morfoloji vs.
• Bu bilim dalı da yüzey ve yüzeyaltı ve yeraltı olmak üzere üç grupta toplanabilir ve bilim daları ile uğraşanlarada hidrolojist, toprak fizikçisi ve yeraltı( hidro jeolojist) adları verilir.
Hidroloji biliminin diğer bilim dalları ile olan ilişkileri..
• Meteorology (Meteoroloji)• Climatology (İklim)• Geology (Jeoloji)• Glaciology (Buzul)• Limnology (lakes) (Göl)• Cryology (snow, ice)(Kar-Buz)• Potamology (rivers) (Nehir)• Oceanology (Deniz)
Hidrolojik Çevrim elemanları• Precipitation (humidity, temperature, wind) (Yağış)• Interception (Tutulma)• Infiltration (Sızma)• Surface Flow (Yüzey akış)• Subsurface Flow (interflow)• Groundwater Flow (baseflow)• Evaporation (temperature, wind, atm. pressure)• Transpiration (Terlame)• Percolation (Süzülme)• Deep Percolation (Derin• Süzülme)
Figure 1.1 The hydrologic cycle
Bed Rock
Cloud Wind
RainRainPrecipitationSnow
Transpiration
Evap. SolarRadiation
Evaporation
Evaporation from land
SurfaceflowInfiltration
SnowStorage
PercolationWatertable
InterflowGroundwater
flowLake
GW flow Sea
Deep Percolation
Cloud Cloud
Su Toplama havzasının tanımı
• Belli bir alanı (düz veya dağlık) çevreleyen ve yüksek noktaların birleştirilmesi ile oluşan alana Su Toplama Havzası veya Havza adı verilir ve km2 cinsiden ifade edilir.
• Havzalar küçük, orta veya büyük ölçekli olabilir
Küçük havza alanları tarımsal (sulama), orta büyüklükte olanlar baraj (enerji, sulama), büyük ölçekli olanlar ise çoğu zaman taşkın koruma, sulam ve enerji amaçlı veya bunları tümü olarak çok amaçlı kullanılırlar. Ülkemizde 25 adet su havzası mevcut olup bunlar nehir havzaları olarakta adlandırılır. Nehir havza sınırları ve il sınırları ve yeraltı havza sınırları birbirleri ile örtüşmezler.Bu havzaların veya alt havzaları mertebelendirilir ve en küçük nehir kolundan başlayarak numaralandırılırlar. (Horton kanunu). Bu numaraldırılmalar bunların sayıları ve toplam kol uzunlukları havzaların morfolojik yapısı hakkında bizlere bazı bilgiler sunarlar.
Figure 4.1 Streamflow measuring regions in Turkey
BLACK SEA
MEDITERRANEAN SEA
AE
GE
AN
S
EA
Ergene
Mer
iç
Marmara Sea
Susurluk
Sakarya
Porsuk
Sakarya
Filyo
s
Gediz
B. Menderes
Dalaman
Esen
Akçay
Aks
u
Göksu
K. Menderes
Melendiz
Seyh
an
Cey
han
Asi
Dicle
BatmanBotan
Murat
KarasuPeriM
unzur
Zap
Aras
Kura
ÇoruhAksu
Kelkit
Çekerek
Devrez
21
19
2018
8
1
9
16
17
13
2 3
4
5
6 7
2
10
11
12
14
15
26
2223
24
25C
olap
Habur
Tohma
Simav
Köp
rüça
y
Çarşamba
Bakırçay
Kızılırmak
Kızılırmak
Yeşilırmak
Fırat
Harşit
Hoşap
Su Havzalarının karakteristikleri (DSİ, 1995)Region
No.Name Area (km2) Annual mean
precip. (mm)Annual mean flow
(km3)% of
total flowBasin yield
(l/s/km2)
12
MeriçMarmara
14.56024.100
604.0728.7
1.338.33
0.74.5
2.911.0
34
SusurlukKuzey Ege
22.39910.003
711.6624.2
5.432.09
2.91.1
7.27.4
56
GedizK. Menderes
18.0006.907
603.0727.4
1.951.19
1.10.6
3.65.3
78
B. MenderesBatı Akdeniz
24.97620.953
664.3875.8
3.038.93
1.64.8
3.912.4
910
AntalyaBurdur Göller
19.5776.374
1000. 4446.3
11.060.50
5.90.3
24.21.8
1112
AkarçaySakarya
7.60558.160
451.8524.7
0.496.40
0.33.4
1.93.6
1314
Batı KaradenizYeşilırmak
29.59836.114
811.0496.5
9.935.80
5.33.1
10.65.1
1516
KızılırmakKonya Kapalı
78.18053.850
446.1416.8
6.484.52
3.52.4
2.62.5
1718
Doğu AkdenizSeyhan
22.04820.450
745.0624.0
11.78.01
6.04.3
15.612.3
1920
AsiCeyhan
7.79621.982
815.6731.6
1.177.18
0.63.9
3.410.7
2122
FıratDoğu Karadeniz
127.30424.077
540.11198.2
31.61 14.90 17.08.0
8.319.5
2324
ÇoruhAras
19.87227.548
629.4432.4
6.304.63
3.42.5
10.15.3
2526
Van GölüDicle
19.40557.614
474.3807.2
2.3921.33
1.311.5
5.013.1
Total 779.452 642.6 100.0
Yıllık yagış
Yağışın Dağılımı
Annual rainfall ranges from 0 – 2500 mm
Figure 3.2 Distribution of monthly rainfall (mm) in Turkey
Edirne
ÇanakkaleBursa
Istanbul
Kocaeli
Sakarya
Izmir
Kütahya
AntalyaTarsus
Adana
Kayseri
Hatay
Samsun
Sinop
Kastamonu
Zonguldak
BLACK SEA
MEDITERRANEAN SEA
AE
GE
AN
S
EA
Marmara Sea
SivasErzincan
Erzurum
Kars
Artvin
Rize
Trab
zon
Giresun
Çorum
Gaziantep
Malatya
Mardin
Bingöl
Bitlis Van
Hakkari
DenizliKonya
Ankara
Muğla
Ürgüp
Kırşehir
Çankırı
Elazığ
Ağrı
0
100
050
050
050
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
200
0
100
0
100
200
0
100
200
300
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
Şanlıurfa
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
0
100
050
0
100
0
100
200
300
0
100
200
300
0
100
0
100
200
0
100
0
100
Dec.
Nov.
Oct.
Sep.
Aug.
JulyJuneM
ayA
pr.M
ar.Feb.Jan.
0
100
200
Yağışın aylık dağılım haritası
STREAMFLOW – (Aylık akım dağılım haritası)
Figure 4.10 Mean monthly flows (m3/s) at selected stations in Turkey
1104
020
317
518
712
812
902
1242
1336 1402
1528
BLACK SEA
MEDITERRANEAN SEA
AE
GE
AN
S
EA
Ergene
Mer
iç
Marmara Sea
Susurluk
Saka
rya
Porsuk
Sakarya
Filyo
s
Gediz
B. Menderes
Dalaman
Çarşamba
Göksu
K. Menderes
Kızı
lırm
ak
Seyh
an
Cey
han
Asi
Fırat
Dicle
Batman
Botan
MuratKarasu
Peri
Zap
Aras
Kura
Çoruh
HarşitAksuKelkit
Yeşilırmak
Çekerek
Kızılırm
ak
Köp
rüça
y
Kuruça
y
Gerede
Gökirmak
Hoşap
1818
2020
0
100
0
100
200
0
100
200
0
100
200
0
100
0
100
200
300
400
0
100
0
100
200
0
100
200
300
400
500
1908
2152
0
100
200
300
400
500
0
100
200
300
400
500
0
100
200
0
100
200
300
400
105
050100
22012213
23202402
2509
0
100
300
0
100
200
020
0
100
050
2606
2605
2627
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0
100
200
0
100
200
300
400
1604
1714
2119
2105
200
0
100
200
300
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0
100
200
300
Örnek havza tanımı
• Havzaların bazılarına Örnek (pilot) havza (gaged) • Bazılarına temsili havza bazılalarına ise ölçümü
yapılmayan (ungaged) havza ile tanımlanır.• Bunun için seçilen örnek havzalar üzerinde alet
donanımı yapılarak ölçümler yapılır.• Örnek: Yağış, akış, buharlaşma ve terleme, sızma ve
süzülme, yeraltı suyunun beslenmesi toprak nemi gibi.• Bunlara biz havzanın süreçleri (process) adını veriyoruz.
Sistem in akış şeması
Φ (System transfer function)
Q(t) = Φ I(t)Transformation Equation
INPUT I(t) SYSTEM OUTPUT
Q(t)
Components of Runoff
• Channel Precipitation • Surface Runoff • Interflow • Groundwater Flow
Akım elemanlarıKanal yağışıYüzey akışıYüzey altı akışıYeraltı suyu
Hidrograf Analizii (mm/hr)
t (hr)
q (m3/s)
t (hr)input system output
(Basin)(Rainfall) (Runoff)
Havzaların sistem olarak tanımı
• O halde havzaları bir sistem olarak tanımlamak ve şematik olarakta bir akış şeması halinde ifade etmek mümkün olur bu şekilde yer bilim adamları bu sistemi matematiksel olarak ve fiziksel kanunlara dayandırılarak ifade etmeye ve model çalışmaları yapmaya çalışırlar. Bu model çalişmaları bazen deterministik, bazen istatistiksel veya zamana bağlı olarakta stokastik olarak açıklanır ve bilgisayarlar vasıtası ile simulasyon modelleri kurulur.
• Eğer örnek havzaların aletlerle donanımı yapılacak ise bunu nerelerde kaç adet ve ne süre ile işletilmesi sorularına yanıt aramak,
• Ve elektronik veya manual ölçülen değerleri bir kaydedicilere aktarılarak bu bilgilerin kısa zamanda gerçek zamana yakın olarak transfer edilmesi istenir. Bu suretle de model çalışmaların yürütülmesi ve varılan sonuçların kısa zamanda planlama projelendirme ve işletme-tahmin çalışmalarına sokulması aranır. Bu modele girdi bilgilerinin sayısal altlıklarla tanımlanması gerekir
Yağış havzaya girdi olarakalınır
Precipitation
Yağış ölçer
Weather Radar and Remotely Sensed DataHava Radarı ve uzaktan algılama verileri
Manual (non-recording) Gages -Manual akım ölçümü
Figure 4.3 Recording stream gauge
shelterinsidestaff gage
outsidestaff gage
stillingwell
recorder
wirefloat
intake pipeintake holes
weight
Recording Gage Kaydedici akım ölçümüŞamandıra tipi
Recording Gage
Limnegraf ile akım ölçümü
Anahtar eğrisinin elde edilişi-Seviye Debi ilişkisinin çıkarılışı
Obtaining Rating Curve (Stage – Discharge)
s1
s2
s3
Stage (m)
Discharge(m3/s)q1 q3q2
s3
s1
s2
Runoff / StreamflowMeasurement
Acoustic Doppler Current_Akustik doppler radar ile ölçüm
Havzaların tanımlanması için gerekli parametreler
• Topografi (alan çevre ve nehir ana kolu uzunlığu)• Eğim ve gradiant (rölyef maksimum, hipsometrik eğri)• Şekil oranı (yuvarlaklık oranı)• Morfoloji (drenaj yoğunluğu ve nehir frekansı)• Jeolojik ve toprak yapısı (kayaç tipi ve toprak cinsi)• Bitki v e arazi kullanımı (Şehir , kırsal orman vs)• Hidrolojik ve meteorolojik veri (yagış rejimi ve akış katsayısı)
Olarak tanımlanması ve sayısal ortama altlıklar olarak aktarılması istenir
Türkiyenin topografik yapısı
Ave.Elevation> 1100 m
Ave.Slope> 17 %
Elevation (m)
Chapter 6 30
Havzanın topografyası ve nehir ağı
Sohu Basin with stream network
Chapter 6 31
Havzaların morfolojik parametreleri
Figure 6.13 Drainage densities and drainage frequencies of hypothetical basins
Dd same, Df differentDf same, Dd different
• Drainge density (Drenaj- Yoğunluğu)
As Dd increases, qp increases, tp decreases
• Drainge frequency (Drenaj• Frekansı)
As Df increases, qp increases, tp decreases
)(m/km AL Σ D 2u
d
)mbranches/k of (# AN Σ D 2u
f
Chapter 6 32
Havzanın toprak yapısı ve arazi örtüsü
Figure 6.16 Land use situation in Sohu Basin Figure 6.23 CN Values for Çayboğazı Basin
Example for: land cover and land use
Sohu Basin Çayboğazı Basin
• Su teminine yarayan alanlar suyun temini, sulama suyunun sağlanması, enerjinin üretilmesi, taşkınlardan korunma özellikleri taşır ve optimum olarak işletilmesi ile maksimum fayda sağlanır.
• Bunun içinde havza ve civarında yapılan ölçümlerin yapılması, değerlendirilmesi ve bilgiye dönüştürülmesi aranır.
• Data (veri)- knowledge (bilgi)- information(bilgi edinme)
• Veriler değişik amaçlar için yıllık, aylık haftalık günlük hatta saatlik olarak toplanıp değerlendirilir .
• Bu verilerin en yüksek, en düşük ve ortalama değerleri bizler için önem taşır ve uzun süreli güvenilir olması ve nokta ölçümlerinin belli bir alanı temsil etme özelliği aranmalıdır. Bu sayede ölçüm sayısı ve aralığı belirlenir.
Havza hidrolojisinde kullanılan araçlar
Bunlar•Matematik•İstatistik (olasılık fonksiyonları)•Optimizasyon yöntemleri (linear ve dinamik)•Uzaktan algılama (Uydular-aktif pasif-optik)•Coğrafi Bilgi Sistemleri vbolabilir.
Yüzey akış modelinin kurulması
• Şimdi örnek olarak bir yüzey akış modeli kurmaya bunun planlamasını, işletmesini ve yönetimini yapmaya çalışalım.
• Bu modelere girdiler , süreç elemanları ve çıktılar olarak üç grupta toplanabilir ve bu elemanları ya süreklilik kanununa yada enerji ve momentum denklemlerine dayandırılarak bilinenler yardımı ile bulunmak istenen ve projede kullanılması istenen çıktıları bulunması aranır.
Streamflow, Q(t)
Basin divide
Precipitation, I(t)
Basin surface
I(t) – Q(t) = dS/dtEvaporation, Q(t)
• Continuity equation -Süreklilik Denklemi
• dS/dt = I(t) – Q(t)
I(t) : inflow (girdi) Q(t) : outflow (çiktı)
dS/dt : change in storage (depolamadaki değişiklik)
Figure 1.7 Reservoir as a system
precipitationevaporation
interflow
groundwater flow
seepage
waterusage
storage
(E) (P)
(S)(W)
(GWF)
(I)
GW Table
S = (P + SF + I + GWF) – (S + W + E)
Hidrograf Bileşenleri
• Toplam akış hidrgraflarının üç bileşi bulunur (genel itibari ile)
• Yüzey akışı, yüzey altı akışı ve yeraltı suyu)• Bu hidrografların değerlendirilerek birim veya anlık birim
hidrografların çıkarılması istenir.• Bir BH tanıımlanacak olur ise 1BH6. Bunun ne anlama
geldiği ve dayanılan kabullerin iyi anlaşılması istenir.• Yurdumuzda örnek havzaların BH larının çıkarılmadığı bu
sebeple de yapay yöntemler kullanılarak BH elde edildiği de bir gerçektir.
Hitograf ve Hidrograf arasındaki ilişki
Figure 7.4 Hydrograph shape
tLtr
i,f (m
m/h
r)
t (hr)
Net (effective,excess) rain
center of gravity
- index
.infiltration curve
q (m
3 /s)
t (hr)
peak rate
rising limbfalling limb
surface runoff(direct runoff)
crest
inflectionpoints
tbtp
base flowA GW recession
(recession curve)(depletion curve)
(concentrationcurve)
Effective rainfall (etkilyağış)Infiltrated amount(Sızma miktarı)
Surface runoff (Yüzey akışı)Baseflow (Taban akımı)
Rising limb (Yükseliş)Crest (Tepe)Falling limb(Çekiliş)
Duration of net rain (tr)Basin lag (tL) ötelemeTime to peak (tp) pik e olanBase time (tb) Taban süresi
Chapter 641
Toprak yapısı ve arazi örtüsünün akıma etkisi (Soil characteristics and land cover)
Şehirleşmenin hidrograf üzerindeki etkisi
Birim hidrograf ın (BH)t tanımı
• Birim hidrografların çıkarılması için basit sağanak olaylar seçilir ve etkili yağiş miktarının 1mm veya 1 cm olması aranır.
• Buna bağlı olarakta yüzey akım hidrografı elde olunur.
• Bu tür çıkarılan BH lar ortalanır ve havzanın temsili BH çıkarılarak ileride oluşacak sağanak olaylardan beklenen akımlar elde olunur ve proje debisi ve gelen taşkın suyunun hacmi bulunur.
Birim Hidrografın öteleme yöntemi ile bulunuşu
t (hr)
i (mm/hr)
q (m3/s)
t (hr)
1 cm
tr
UHtr [UH2]
tb
t (hr)
i(mm/hr)
q(m3/s)
t (hr)
1 cm
tr
UHtr [UH2]
tb
1 cm
tr
tr hour lagged UHtr [UH2]
tr
addition of two hydrographs = 2UH2tr [2UH4]
t (hr)
i (mm/hr)
q (m3/s)
t (hr)
1 cm
tr
UHtr [UH2]
tb
1 cm
tr
tr hour lagged UHtr [UH2]
tr
UH2tr [UH4]
addition of two hydrographs = 2UH2tr [2UH4]
t (hr)
i(mm/hr)
q(m3/s)
t (hr)
1 cm
tr
UHtr [UH2]
tb
1 cm
tr
tr hour lagged UHtr [UH2]
trUH2 + (2 hr lagged) UH2 = 2UH4
• SCS-Toprak muhafaza yöntemi
Figure 7.27 Triangular unit hydrograph
tr
tL
tftptb
t
Q
i
t
Qp
Qp : peak flow (m3/s)tr : duration of excess rainfalltL : lag timetp : time to peak or time of rise (hr)tf : time of fall or recession time (hr)tb : base time
45
Forecasting Procedure-Öngörü yöntemi
Hidrolojik Modeller46
Farklı yaklaşımlardaki fiziksel tabanlı, yarı dağılımlı iki hidrolojik model
SRM HBV(Snowmelt Runoff Model) (Hydrologiska Byrans Vattenbalansavdelning)
Hidrolojik Modelleme SNOWMELT RUNOFF MODEL (SRM)
YAĞIŞ, HAVA SICAKLIĞI VE KARLA KAPLI ALAN
DERECE-GÜN YÖNTEMİ
GÜNLÜK AKIM BENZEŞİMİ (SİMÜLASYON) VE TAHMİN
GÖZLENEN VE HESAPLANAN AKIM KIYASLAMASI
R² (Nash Sutcliffe Belirlilik katsayısı) ve Dv (Hacim farkı)
c = akış katsayısı (CS kar, CR yağmur) Q = Ortalama günlük debi (m³/s) ɑ = Derece gün faktörü (cm/ ºC.gün) S = Karla kaplı alan
T= Derece gün sayısı (ºC.gün) ΔT= Yüksekliğe bağlı sıcaklık farkı (°C)
P= Akışa katılan yağış (cm) A = Alanı (km²) k = Çekilme katsayısı n = gün
n+1 = hesap yapılan gün
HBV Model yapısı
Paydaşlar, kurumlar ve idareciler için Eğitim amaçlı kurslar ve seminerler düzenlenmeli
Kurumlar arası işbirliği, ortak proje çalışmaları (güdümlü projeler vb), koordinasyon ve hızlı veri alış verişi sağlanmalı
Son teknolojik araçlar ve analiz teknikleri kullanılarak verilerin analizi ve bilgiye dönüştürülmesi ve paylaşımı daha hızlı bir şekilde sürdürülmeli
Sonuçlar
Geçmiş olaylardan edinilen deneyimler ile geleceğe dönük plan ve tasarımların zamanında yapılması ve tedbirlerin ona göre alınması ve deneyimli insan potansiyelinden yararlanılmalı
Verilerin güvenilir, testlerden geçirilmiş, yeterli sayıda ( alansal) ve zaman boyutunda olması kaçınılmaz bir gerçektir.
Su kaynaklarının sürdürülebilir kullanımını
içme ve kullanma,endüstri ve tarımsal su ihtiyacıhidroelektrik enerji üretimisu ürünlerinin üretimiturizm ve rekreasyon sağlamak için entegre havza yönetimi planlarının çıkartılması ve suyun akılcı bir şekilde kullanımı çok önemlidir.
Su kaynaklarının tüm kullanıcıların hizmetine sunulması ve korunması devletin görevidir. Devlet bu faaliyetleri çeşitli kamu kurum ve kuruluşları eliyle yürütmektedir.Türkiye’nin gelecek nesillerine yeterli ve temiz su bırakabilmesi için kaynakların iyi korunup, akılcı planlanması ve kullanılması lazımdır.