3.3.1. Buharlaşma Miktarının Tahmini
Meteorolojik şartlara bağlı olarak su yüzeyinden günde 1-10 mm arasında su buharlaşır. Buharlaşma olayını etkileyen parametrelerin çok olması sebebiyle, buharlaşma miktarının kesin olarak belirlenmesi imkânsızdır.
Ancak, çeşitli yöntemlerle bu miktar tahmin edilebilir:
a. Su Dengesi Yöntemi: Daha önce belirtilen 1.2 eşitliği yardımıyla (xyΔS), göz önüne alınan diğer değişkenler (X, Y ve S) biliniyorsa, buharlaşma miktarı tahmin edilir.
b. Enerji Dengesi Yöntemi: Su kütlesine enerjinin korunumu ilkesi uygulanarak buharlaşma miktarı tahmin edilebilir. Ancak, bu yöntemin uygulanması için gerekli olan meteorolojik parametrelerin hesaplanması oldukça güçtür ve bu nedenle yöntem pek fazla kullanılmamaktadır.
c. Ampirik Formüller: Çeşitli araştırmacılar tarafından geliştirilen ampirik formüller, buharlaşma hesaplarında sıkça kullanılmaktadır. Bunların genel yapısı şöyledir:
e e
1 bw
A
E w a n (3.1) Burada; E buharlaşma miktarı, ew ve ea sırasıyla, su yüzeyindeki buhar basıncı ve hava basıncı, w rüzgâr hızı, A, b ve n ise her formül için ayrı ayrı belirlenen katsayılardır. Ampirik formüllerin en büyük dezavantajı, yalnızca belirli şartlar altında iyi sonuç vermeleridir.
3.3.2. Buharlaşma Miktarının Ölçülmesi
Su yüzeyinden buharlaşmayı belirlemenin en iyi yolu buharlaşma miktarının ölçülmesidir. Bu maksatla için buharlaşma tavası (leğeni) adı verilen cihazlar kullanılmaktadır. Bu cihaz, çapı 113 cm (alanı 1 m2) ve derinliği 25 cm olan silindirik bir kaptır. Tavaya 20 cm yüksekliğinde su doldurulup su derinliği ölçülerek buharlaşma miktarı belirlenir. Ancak, tavadan oluşan buharlaşma, rezervuar veya göl gibi büyük su kütlelerinden oluşan buharlaşmadan farklıdır. Bunun en önemli sebebi, tavadaki su kütlesinin az olması sebebiyle, hava sıcaklığındaki değişikliklere daha duyarlı olmasıdır. Ayrıca, tavanın cidarlarından ısı yansıması ve alışverişi olması da aradaki farka etki etmektedir. Bu sebeplerden dolayı, gerçek su yüzeylerinden oluşan buharlaşma miktarı, tavadan ölçülenin %60-80’i kadar olmaktadır.
3.3.3. Buharlaşma Miktarının Azaltılması
a. Baraj Gölü Yüzeyinin Küçük Tutulması: Baraj yeri seçilirken, mümkün olduğunca, sığ ve geniş alanlı baraj yerine, derin ve küçük alanlı barajlar tercih edilmelidir. Çeşitli baraj alternatifleri için, (yüzey alanı/depolama hacmi) oranları belirlenip en küçük orana sahip alternatif seçilmelidir.
b. Rüzgâr Hızının Azaltılması: Rüzgâr hızı arttıkça buharlaşma miktarı da artacağından, rüzgâr hızını azaltarak buharlaşma miktarı küçültülebilir. Bu maksatla, baraj gölü yamaçlarında büyük çam ağaçları yetiştirilir.
c. Kimyasal Yöntemler: Özellikle kurak bölgelerdeki büyük rezervuar yüzeyleri, çok ince bir kimyasal film (asetik alkol gibi) tabakasıyla kaplanarak buharlaşma miktarı azaltılabilir. Ancak bu tabakayı rüzgârlı havalarda su yüzeyinde tutmak çok zordur.
3.4. EVAPOTRANSPİRASYON KAYIPLARI
3.4.1. Potansiyel Evapotranspirasyon Kayıpları
Bir bölgede, terleme ve buharlaşma yoluyla meydana gelen su kaybına "evapotranspirasyon kayıpları" adı verilir. Bir bölgedeki toplam evapotranspirasyon kaybını belirlemek için çeşitli yöntemler ileri sürülmüştür.
Bu yöntemlerde, yıllık evapotranspirasyon kaybı, yıllık ortalama sıcaklığın ve yıllık yağış yüksekliğinin bir fonksiyonu şeklinde verilir. Burada; U yıllık evapotranspirasyon kaybı(mm), P yıllık yağış yüksekliği(mm), T yıllık ortalama sıcaklıktır (C).
Bitkilerin su ihtiyacının belirlenmesinde ise Blaney-Criddle yöntemi kullanılır:
t 18
1.0-1.10, fasulye için 0.6-0.70, domates için 0.65-0.75 arasındadır (yağışlı iklimlerde alt, kurak iklimlerde üst değerler kullanılmalıdır). Güneşlenme oranı (p), bölgenin enlem derecesine ve mevsime bağlı olarak tablolardan alınır.3.4.2. Günlük Evapotranspirasyon Kayıpları
Günlük potansiyel evapotranspirasyon kayıpları, enerji dengesi ve kütle transferi denklemlerine dayanarak Penman tarafından önerilen aşağıdaki formül ile hesaplanır:
0.27
Burada, U günlük evapotranspirasyon yüksekliği (mm), E kütle transferinin etkisi, H net radyasyon, A ve B günlük ortalama sıcaklığın fonksiyonları, w2 yerden 2 m yükseklikteki rüzgâr hızı (m/sn), R aylık ortalama radyasyon, r yüzeyin radyasyon yansıtma oranı (albedo)ve S parlak güneş ışığının görünme yüzdesidir.
Bütün bu değerler daha önceden düzenlenmiş tablolardan alınarak kullanılmaktadır. Yukarıdaki formüller ile hesaplanan evapotranspirasyon değerleri potansiyel (maksimum) değerler olup, günlük gerçek evapotranspirasyon değerlerini hesaplamak için, bu değer kışın 0.6, ilkbaharda ve sonbaharda 0.7 ve yazın ise 0.85 ile çarpılmalıdır.
3.5. PROBLEMLER
Problem 3.1: Bir biriktirme haznesi yakınındaki buharlaşma tavasında ölçülen aylık buharlaşma yükseklikleri (E, mm) ile tava katsayıları (CT) ve hazne alanları (A, km2) aşağıda verilmiştir. Bu hazneden meydana gelecek toplam buharlaşma miktarını tahmin ediniz.
Çözüm:
Ay E CT A
Mayıs 130 0.63 2.63
Haziran 150 0.66 2.53
Temmuz 160 0.68 2.42
Ağustos 145 0.70 2.35
Eylül 100 0.71 2.30
Problem 3.2: Yağış yüksekliği 820 mm olan bir havzanın yıllık evapotranspirasyon kaybını, yıllık ortalama sıcaklığın a. 180C ve b. 50C olması durumlarında Coutagne ve Turc Formüllerine göre tahmin ediniz.
Problem 3.3: Mısır (k=0.80), patates (k=0.70) ve domates (k=0.65) ekili bir alanın mayıs ayındaki güneşlenme oranı p=0.102 ve ortalama sıcaklığı t=24.30C’dir. Aylık bitki su ihtiyacını Blaney-Criddle yöntemine göre tahmin ediniz.
Çözüm:
4. SIZMA
Yeryüzüne düşen yağışın yerçekimi ve kapiler (kılcal) etkilerle zemine süzülmesine "sızma" adı verilir. Zemine sızan su, zemin nemini artırarak yüzey altı akışını meydana getirir. Geriye kalan kısım ise, daha derinlere süzülerek (perkolasyon) yer altı suyuna karışır. Yağış suyunun zemine sızması (infiltrasyon), akışa geçecek su miktarını azaltır ve geciktirir. Böylece bitki yetişmesi için gerekli zemin nemini oluşturur. Sızma, yüzeysel akışı azaltan bir faktör olmasının yanında, yer altı suyunun en önemli kaynağı olmasıyla da hidrolojik çevrimde önemli bir yer tutar.
4.1. TANIMLAR
4.1.1. Sızma Kapasitesi
Belirli şartlar altında birim zamanda zemine sızabilecek maksimum su miktarına "sızma kapasitesi" denir (mm/saat, mm/gün). Sızma kapasitesini etkileyen faktörler şunlardır: Zeminin tane büyüklüğü ve geçirimliliği, zeminin yağış öncesindeki rutubet durumu, bitki örtüsü, organik maddeler, zemin yüzeyinin durumu ve toprağın işlenme ve kullanılma şekli. Sızma kapasitesi, su dengesi yöntemiyle hesaplanabilir. Çeşitli zemin türleri için maksimum sızma miktarları Tablo 4.1’de verilmiştir.
Tablo 4.1 Çeşitli Zemin Türleri için Sızma Kapasitesi Değerleri (mm/saat) Zemin cinsi Sızma kapasitesi İnfiltrasyon sınıfı
Kil, silt 1 1. Çok az
Killi silt 1–5 2. Az
Kumlu silt 5–20 3. Az-orta arası
İnce kum 20–63 4. Orta
Orta-iri kum 63–127 5. Orta-yüksek arası İri kum-ince çakıl 127–254 6. Yüksek
İri çakıl 254 7. Çok yüksek
Yağış sırasında sızma kapasitesinin zamanla değişimini gösteren "standart sızma eğrisi", bir yağış sırasında ölçülen yağış değerlerinden akış değerleri çıkarılarak elde edilir. Yağış devam ettikçe, zemin neminin artması, ince taneciklerin zemin boşluklarını tıkaması vb. sebeplerle sızma kapasitesi azalır. Sızma kapasitesinin zamanla değişimi için en çok uygulanan denklem Horton Denklemi’dir:
0 c
ktc f f e
f
f
dt
dF (4.1)
Burada; f yağışın başlamasından sonra t anındaki sızma kapasitesi, f0 yağışın başlangıcındaki sızma kapasitesi, fc yağışın sonunda ulaşılacak sızma kapasitesidir. f0, fc ve k değerleri zemin cinsine ve bitki örtüsüne göre değişir. F ise toplam sızma yüksekliğidir. Yağışın başlangıcından t süre sonraki toplam sızma yüksekliği yukarıdaki denklemin 0’dan t’ye kadar integrali alınarak bulunur:
0 c
kt
Herhangi iki t1 ve t2 aralığında sızan suyun hacmi ise aşağıdaki gibi elde edilir:
2
1 2
eğrisi elde edilirken, sadece yağış şiddetinin sızma kapasitesinden büyük olduğu yağışların sızma verileri kullanılmalıdır.Şekil 4.1 Standart Sızma Eğrisi ve Yağış Şiddeti Eğrisi i, f (cm/saat)