AKIM ÖLÇÜMLERİ

Bir akarsu kesitinden geçen akış, çeşitli kısımlardan meydana gelir. Havzaya düşen yağıştan sızma, buharlaşma vb. kayıplar çıktıktan sonra geriye kalan kısmı yüzeysel akış haline geçer. Zemine sızan ve zeminin üst kısımlarındaki doymamış bölgede hareket eden suyun bir kısmı yüzey altı akışı şeklinde yüzeye çıkıp yüzey akışına katılabilir. Zemine sızan suyun diğer bir kısmı da akiferlerde akarak yeraltı akışı şeklinde yüzeysel akışı besleyen bir kaynak olabilir.

Bir akarsudaki toplam akış iki ayrı akışın toplamı şeklinde değerlendirilebilir:

a. Dolaysız Akış: Yüzeysel akışla yüzey altı akışının gecikmesiz (zemine sızdıktan kısa bir süre sonra akarsuya ulaşan) kısmının toplamıdır. Yalnızca yağış şiddetinin, sızma kapasitesini aştığı zamanlarda oluştuğundan, şiddetli yağışlardan sonra önemli hale gelir ve çok hızla hareket edip kısa zamanda büyük taşkınlara yol açabilir.

b.Taban Akışı: Yeraltı akışı ile, yüzey altı akışının gecikmeli kısmının toplamıdır. Akış hızı çok yavaştır ve taşkınlarda etkili değildir. Akarsuyu sürekli olarak besleyen bir kaynak niteliğindedir.

6.2. AKIM ÖLÇÜMLERİ

Bir akarsu kesitinden geçen debi, ortalama hız ile alanın çarpımına eşit olduğundan (QVA), debiyi ölçmek için hız ve kesit ölçümleri yapılmalıdır.

6.2.1. Hız Ölçümleri

Hız ölçümleri için kullanılan cihazlardan en yaygın olanı mulinelerdir (Şekil 6.1). Mulinelerde, yatay veya düşey bir eksen etrafında dönen bir pervane, mulineyi akım doğrultusuna yönelten bir kuyruk ve sürüklenmesini önleyen bir ağırlık vardır. Pervanenin dönme hızı akımın hızıyla orantılıdır. Pervanenin bir dakikadaki dönme sayısı (n) bir göstergeden okunur veya sayılır. Akım hızı V (m/sn) ile bir dakikadaki dönme sayısı arasında şöyle bir ilişki vardır:

(6.1) bn

a

V 

Buradaki a ve b katsayıları laboratuar deneyleriyle belirlenir ve her muline için üreticiler tarafından kullanıcılara bildirilir. Bu şekilde, mulinenin yerleştirilmiş olduğu noktadaki akış hızı belirlenir.

Şekil 6.1 Çeşitli Mulineler

Mulinelerin kullanılma imkânı olmayan yerlerde, daha basit yöntemlerle de hız ölçülebilir. Burada temel ilke, su yüzeyinde sürüklenen bir yüzen cismin (köpük, yaprak, ahşap vb) hızını ölçmektir. Bunun gerçekleşebilmesi için akarsuda yeteri uzunlukta (kesit genişliğinin en az 5 katı) düz bir kesimin olması gerekir. Su yüzeyindeki hız ortalama hızdan fazla olduğundan, ölçülen hız 0.80-0.90 civarında bir katsayı ile çarpılarak ortalama hız yaklaşık olarak elde edilir. Mulineyle ölçüm yapılamayacak kadar küçük olan kanallarda (mesela deney kanallarında) hız pitot tüpü yardımıyla veya lazer gibi daha modern teknolojilerle ölçülür.

6.2.2. Kesit Ölçümleri

Bir akarsu kesitindeki ölçümler yapılırken şu sıra izlenir:

a. Uygun bir ölçüm kesiti tespit edilir. Ölçüm yapılacak kesitin düzgün, taşkın zamanlarında fazla değişmeyen bir kesit olması, ayrıca, seviye-debi ilişkisinin (anahtar eğrisinin) iyi olması istenir.

b. Kesit, kesitin büyüklüğüne göre değişen sayıda (10–30) düşey dilime bölünür.

c. Her bir dilimin ortalama hızı (V_i) ve kesit alanı (Ai) belirlenir. Bu maksatla, sığ sularda çizmelerle suya girilerek, akarsuyun iki kıyısı arasında uzatılan bir şerit metre ile ölçüm yapılır. Derin ve geniş akarsularda ise iki kıyı arasında gerilen bir kablo üzerinde hareket eden bir taşıt (teleferik) yardımıyla ölçüm yapılır veya köprü ayaklarından yararlanılır. Ancak, köprü ayakları akımın tabii seyrini değiştirdiğinden, bu ayaklar etrafında daha sık aralıklarla ölçüm yapılmalıdır. İstenilen mesafede, ucuna ağırlık bağlanmış bir ölçekli metre ile istenen derinlik belirlenir ve bu derinlikteki noktasal hız muline ile ölçülür. Dilimin derinliği (h) 0.5 m'den küçükse su yüzeyinden itibaren 0.6h derinliğindeki hız dilimin ortalama hızı olarak alınır. Derinlik 0.5 m'den büyükse, 0.2h ve 0.8h noktalarındaki hızların ortalaması dilimin ortalama hızı olarak alınır.

d. Her dilimin debisi hız ile alan çarpılarak hesaplanır, debiler toplanarak toplam debi bulunur.

i i

i VA

Q  

 

^{Q ViAi} (6.2)

Şekil 6.2 Akarsu Kesitinin Dilimlere Ayrılması 6.2.3. Anahtar Eğrisi

Debi ölçümü zor ve masraflı olduğundan debilerin sık sık ölçülmesi pratik değildir. Bunun yerine, daha kolay olan su seviyesi ölçümleri yapılır. Akarsu kesitindeki seviye-debi ilişkisini gösteren anahtar eğrisi yardımıyla debi değerleri hesaplanır. Anahtar eğrisi çizilirken, su seviyesi (h) düşey, debi (Q) ise yatay eksende alınır. Q-h ilişkisi çoğu defa eğriseldir; logaritmik eksen takımında bu ilişki doğruya yaklaşır. Bir kesitin anahtar eğrisini elde etmek için farklı akım şartlarında seviye ve debi ölçümleri yapılır. Akarsu seviyesini ölçmek için yazıcı olmayan ölçekler (limnimetre, eşel) ve yazıcı ölçekler (limnigraf) kullanılır (Şekil 6.3). Limnimetrelerle, sadece ölçüm yapılan andaki su seviyesi ölçülür. Bu maksatla en yaygın olarak kullanılan cihaz, santimetre bölmeli ahşap veya metal bir çubuktur (eşel). Eşel, köprü ayağına veya başka bir yapıya bağlanarak, belirli aralıklarla su yükseklikleri ölçülür. Limnigraflar ise, su seviyesi değişimlerini sürekli olarak veya belirli aralıklarla kaydederler. Akarsuya boruyla bağlı olan sakinleştirme kuyusunun üst yüzeyindeki bir şamandıranın hareketi, bir makara yardımıyla yazıcı uca iletilir. Yazıcı uç, dönen bir kâğıt şerit üzerinde su seviyesinin değişimini sürekli olarak kaydeder. Okunan su seviyesi değişimleri bilgisayara kaydedilebilir. Anahtar eğrisinin çıkarıldığı kesitte seviye ile debi arasında belirli tek bir bağıntının bulunması gerekir. Böyle bir kesite kontrol kesiti adı verilir. Fakat, bir kontrol kesitindeki anahtar eğrisi çeşitli sebeplerle zamanla değişir. Bu sebeplerin başlıcaları, akarsu tabanının taranması veya sedimentle dolması, köprü yapımı ve bitkilerin büyümesidir.

Büyük taşkın debilerinin ölçülmesi hemen hemen imkânsız olduğundan, anahtar eğrisini uzatmak gerekir.

Anahtar eğrisini uzatmak için Q ile h arasında şöyle bir ilişkinin varlığı kabul edilir:



h h0



ⁿ

K

Q   (6.3a)

Burada, K, h₀ ve n değerleri, o istasyonda ölçülmüş değerler yardımıyla hesaplanır. Her iki tarafın logaritması alınırsa denklem şu hale gelir:



h h₀



logaritmik kâğıtta işaretlenir. Tam doğruya karşılık gelen h0 değeri alınır. h-h0 = 1 olduğu andaki Q değeri K'ya eşittir. n değeri ise doğrunun eğiminden bulunur. K, h0 ve n değerleri böylece belirlendikten sonra 6.4a eşitliği yardımıyla anahtar eğrisi denklemi elde edilir.

0.6h

Şekil 6.3 Çeşitli Limnimetre ve Limnigraflar

Belgede HİDROLOJİ DERS NOTLARI (sayfa 48-51)