UZMANLIK TEZ RZE YDERE ALT HAVZASI N BRM

UZMANLIK TEZİ RİZE İYİDERE ALT HAVZASI İÇİN BİRİM HİDROGRAFIN BELİRLENMESİ Yasemin CEYHAN KOCA Orman ve Su İşleri Uzman Yardımcısı 17 Ekim 2014

İÇERİK 1. Tezin Maksadı ve Kapsamı 2. Genel Bilgi 3. Hidrograf – Birim Hidrograf 4. Havzaya Ait Genel Bilgiler 5. Materyal – Metot 6. Bulgular 7. Değerlendirme ve Öneriler

Tezin Maksadı Rize İyidere Alt Havzasında yapılacak su depolama ve taşkın kontrolü projelerine altlık oluşturabilmesi amacıyla, jeolojik, meteorolojik ve hidrolojik veriler dahilinde havzanın birim hidrograf modeli oluşturulmuştur.

Tezin Kapsamı 1979 – 2009 Yağış Mockus Yöntemi Snyder Yöntemi Akım Birim Hidrograf HİDROGRAF BİRİM HİDROGRAF Birim Hidrograf DSİ Sentetik Yöntem Birim Hidrograf

Hidroloji Nedir? HİDROLOJİ SU BİLİMİ

Hidroloji Nedir? 1962 senesinde A. B. D. Bilim ve Teknoloji Federal Konseyi Bilimsel Hidroloji Komisyonu: “Hidroloji, yerkürede ve çevresinde suyun çevrimi, dağılımı, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, çevre ve canlılar ile karşılıklı ilişkilerini, inceleyen uygulamalı bir bilimdir. ”

Su Çevrimi Nedir? • Su çevrimi, yeryüzünde, yeraltında ve atmosferde suyun varlığını ve hareketlerini açıklar. • Dünyadaki su sürekli hareket halindedir ve faz değiştirmektedir buz su buhar su buz

Su Çevrimi

Hidrograf Q (Akım _m 3/sn) Hidrograf Debinin zamanla değişimi Hiyetograf Yağış şiddetinin (mm/saat) zamanla değişimi T (Zaman_saat)

Hidrografın Elemanları Gecikme zamanı yağışın havza üzerinde ve zaman içinde dağılış şekline bağlıdır Yükselme Eğrisi yağışın özelliklerine ve havza parametreleri ne bağlıdır, Tepe Noktası Debi maksimum değere ulaşır. Q B A Alçalma Eğrisi Havzanın karakterine bağlıdır. C D t

Dolaysız Akışla Taban Akışının Ayrılması Q Dolaysız Akış Taban akışı t

N-gün Yöntemi N =0, 9 A 0, 2 (gün) Q Dolaysız Akış A Taban akışı C D t

Barnes Yöntemi Q Dolaysız Akış A Taban akışı D t

Akarsu Havzasının Bir Sistem Olarak İncelenmesi Akarsu havzası: Yağışı akışa dönüştüren bir sistem. Sistemin girdisi: yağış çıktısı: akış Q(t) = f (i(t)) Amaç: sisteme giren i(t) şiddetindeki yağış → Q(t) debisini tahmin etmektir. Akarsu havzalarındaki yağış-akış ilişkisi çok karmaşıktır. Bu nedenle, bazı kabuller yapılarak bu ilişki basitleştirilmeye çalışılır ve sistemin bir matematik modeli kurulur.

Akarsu Havzasının Bir Sistem Olarak İncelenmesi Bu model kurulurken, başlıca iki yöntemden yararlanılır: a. Parametrik (çok bileşenli) modeller: ● Yağış, sızma, yer altı akışı ve tutma gibi hidrolojik olayların arasındaki ilişkiler belirlenir. b. Kapalı kutu modeller: ● Hidrolojik olayların ayrıntılı olarak incelenmesinden vazgeçilip, sadece yağış ile akış arasındaki ilişkiyi dikkate alınır. ● Parametrik modeller kadar hassas değillerdir. ● Basit olduklarından yaygın olarak kullanılırlar.

Birim Hidrograf Havza modellerinin kurulmasında karşılan en büyük güçlük: ‘Yağış ile akış arasındaki ilişkinin lineer olmayışıdır’ Yani, havzadaki i 1 yağışının → akım Q 1 ve i 2 yağışının → akım Q 2 ise, (i 1 + i 2) yağışının → akım her zaman (Q 1 + Q 2) olmaz. Ancak, bazı kabuller yapılıp yağış ve akış değerleri bazı değişikliklere maruz bırakılarak sistem şöyle lineer hale getirilebilir: Toplam Yağış - Kayıplar = Artık (Net) Yağış (Kayıplar: tutma, yüzey birikintileri ve sızmalar) Toplam Akış - Taban Akışı = Dolaysız Akış

Birim Hidrograf • Su toplama havzasını, artık yağışı dolaysız akışa dönüştüren lineer bir sistem olarak kabul eden havza modeline "birim hidrograf modeli" adı verilir. to Havzaya belirli bir süre boyunca sabit şiddette düşen birim yükseklikteki artık yağışın meydana getireceği dolaysız akışın hidrografıdır. Debi Qp tp zaman

Birim Hidrograf Teorisi 1932 yılında Sherman tarafından ortaya koyulan teorideki kabuller: Ø Artık yağışın şiddeti sabittir. Ø Artık yağış havzaya üniform olarak dağılmaktadır. Ø Belirli bir süre devam eden artık yağışın oluşturduğu dolaysız akışın süresi (hidrografın taban genişliği) yağış şiddetine bağlı olmayan sabit bir değerdir. Ø Aynı taban genişliğine sahip olan dolaysız akışların ordinatları her hidrografın toplam dolaysız akış miktarı ile orantılıdır. Ø Belirli bir artık yağışın oluşturduğu hidrograf tüm havza özelliklerini yansıtmaktadır.

Birim Hidrografın Elde Edilmesi a. Yağış analizi: Kaydedilen yağışın hiyetografı çizilir. b. Taban akışının çıkarılması: Gözlenen hidrograftan, taban akışı ayrılır. Hidrografın ordinatlarından taban akışı değerleri çıkarılarak dolaysız akış hidrografı elde edilir. c. Dolaysız akış yüksekliğinin bulunması: Dolaysız akış hacminin havza alanına bölünmesiyle bulunur. d. BH'nın ordinatlarının hesaplanması: Dolaysız akış hidrografının ordinatları dolaysız akış yüksekliğine tek bölünerek belirlenir.

Değişik Süreli BH'ların Elde Edilmesi Kaydırma Yöntemi t 0= 2 saat süreli 1 mm etkili yağışı olan sabit şiddetli bir sağanak meydana geldiği kabul edilirse; Hidrografı sıfır noktasından başlar (BH 2). Bu yağış bittikten sonra tamamen aynı karakterde bir yağış daha meydana gelirse; Başka bir BH 2 meydana getirir ve 2 saat sonra başlar. Bu iki BH’nin ordinatlarının toplamı 2 mm su derinliği olan ve 4 saat süren bir yağışın (arkaya meydana gelen 2’şer saatlik yağışın toplamı) hidrografını (2 BH 4) verir.

Değişik Süreli BH'ların Elde Edilmesi Sabit bir i şiddetindeki sonsuz süreli bir yağışın meydana getireceği hidrografa "S hidrografı (S – Eğrisi)" denir. v S hidrografını elde etmek için, t 0 süreli BH’lar t 0 zaman aralıklarıyla ötelenir ve toplanır. v Yaklaşık olarak ilk birim hidrografın taban süresinden sonra S eğrisi sabit bir değere ulaşır. v Dolayısıyla t 1/t 0 tane birim hidrografın toplanmasıyla S – Eğrisinin sabit değere ulaştığı şekil bulunmuş olur.

Sentetik Birim Hidrograflar SNYDER YÖNTEMİ Genellikle yağış alanı 1000 km 2’den büyük havzalarda kullanılır. Havzanın birim hidrografı belirlenirken havzaya özgü Cp ve Ct katsayılarına ihtiyaç duyulur.

Sentetik Birim Hidrograflar MOCKUS YÖNTEMİ Pratik, Üçgen Birim Hidrograf Toplanma süresi 30 saat veya daha az olan havzalar Her havza için ayrı olan K ve H katsayıları

Sentetik Birim Hidrograflar DSİ SENTETİK YÖNTEMİ SCS boyutsuz birim hidrograf yöntemi esas alınmaktadır. Yağış Alanı <1000 km² birim hidrograf 2 saatlik sağanak yağışlara göre elde edilmektedir.

Enstantane (Ani)Birim Hidrograf Sonsuz küçüklükte bir zaman süresi içerisinde bir drenaj havzasına düşen birim etkili yağıştan elde edilen birim hidrografa denir. EBH yağışla akış arasında ilişki kuran bir matematiksel fonksiyondur. Havzanın ölçülebilir özellikleri ile EBH’nin fonksiyonel özellikleri arasında problemler yaşanmaktadır.

Havzaya Ait Veriler Havzanın Alanı (km 2) 1053 Havzanın Çevre Uzunluğu (km) 253 Havza Uzunluğu (km) 53 Havza Yöneyi Havzanın Maksimum Yüksekliği (m) Kuzeybatı – Güneydoğu 3329 Havzanın Minimum Yüksekliği (m) 0 Havzanın Ortalama Yüksekliği (m) 1823 Ana Suyolu Uzunluğu (km) 64 Toplam Su Yolları Uzunluğu Havzanın ağırlık merkezi ile havzanın çıkış noktası arasındaki uzunluk (km) 384 Havzanın ortalama eğimi (%) 35, 3 Ana kolun eğimi (%) 29, 07 42

Neden İyidere Havzası? Havzalarda meydana gelen taşkın sayıları ve can kayıpları

1929 – 2010 Yılları Arasında Doğu Karadeniz Bölgesinde Meydana Gelen Taşkın, Sel ve Heyelan Yılları ve Can Kaybı YIL İL – İLÇE 1929 1959 1963 1965 Trabzon - Of Tirebolu, Görele, Trabzon, Rize Trabzon - Oksu Trabzon - Akçaabat Giresun, Trabzon 1973 Rize - İyidere ve Hemşin 1973 1974 1977 1981 1982 1983 1985 1988 1990 Rize - Güneysu, Kalkandere, Pazarköy Gümüşhane - Harşit Rize - Pazar, Hemşin Rize - Pazar Rize - İkizdere Rize - Pazar, Fındıklı Rize - Pazar, Ardeşen ve Fındıklı Trabzon - Çatak Trabzon - Değirmendere, Akçaabat, Söğütlü Rize - Çamlıhemşin Can Kaybı 146 13 3 2 2 4 Can Kaybı 1995 Rize - Güneysu, Ardeşen, Pazar 9 1997 Giresun 5 1998 Trabzon - Sürmene, Beşköy 50 2001 Rize - Taşlıdere, Güneysu 10 2002 Rize Taşlıdere, Güneysu, Çayeli 34 Rize İyidere, İkizdere 2005 1 Kalkandere YIL İL – İLÇE 4 2005 Trabzon - Of Solaklı havzası 7 3 6 27 8 27 10 3 64 2005 2006 2009 4 7 1 1 2 3 1 5 5 56 51 Rize - Çamlıhemşin, Çayeli Rize - Taşlıdere Trabzon - Of Artvin - Arhavi Giresun Rize - Güneysu, Başköy Rize - Kalkandere Artvin - Şavşat Artvin - Borçka 2010 Rize - Gündoğdu 11

Akım Gözlem İstasyonları 40˚ 48’ 56’’ K, 40˚ 29’ 33’’D E 22 A 018 Şimşirli/İyidere İstasyonu

E 22 A 018 – AGİ Verileri

MGM İstasyonları

1979 – 2009 yılları Havza Aylık Ortalama Yağış ve Akım Değerleri

İyidere Havzasında Gözlenen Hidrograf 10 Temmuz 1992 Akım (m 3/sn) 2 Nisan 1984

İyidere Havzasında Gözlenen Hidrograf 13 Mayıs 2004 Akım (m 3/sn) 21 Haziran 1999

5 Mart 2008 Akım (m 3/sn) İyidere Havzasında Gözlenen Hidrograf

Birim Hidrografın Belirlenmesi

2 Nisan 1984 Tarihindeki Akım Olayları Zaman Taban Akımı Akım (m 3/sn) (saat) (m 3/sn) 0 51, 1 1 66, 4 56, 1 2 83, 6 61, 9 3 72, 6 61, 7 4 69, 4 61, 5 5 69, 0 61, 4 6 68, 2 61, 1 7 67, 0 61, 1 8 66, 5 60, 9 9 64, 9 60, 8 10 62, 7 60, 8 11 60, 9 60, 7 12 60, 7 13 60, 4 14 60 60 15 59, 9 16 59, 7 17 59, 5 18 59, 4 19 59, 2 20 59, 1 21 58, 8 22 58, 8 23 58, 8 24 58, 8 Yüzey Akım Derinliği = 0, 3 mm Yüzey Akımı (m 3/sn) 0 10, 3 21, 7 10, 9 7, 6 7, 1 5, 9 5, 6 4, 1 1, 9 0, 2 0 0 0 0 ∑q= 83, 2 BH (m 3/sn) 0 34, 4 72, 3 36, 3 25, 6 23, 7 19, 7 18, 7 13, 7 6, 3 0, 7 0 0 0 0

10 Temmuz 1992 Tarihindeki Akım Olayları Zaman (saat) Akım (m 3/sn) Taban Akımı (m 3/sn) Yüzey Akımı (m 3/sn) BH (m 3/sn) 0 47, 0 0, 0 1 87, 0 55, 1 31, 9 106, 3 2 77, 4 55, 1 22, 3 74, 3 3 63, 0 55, 0 8, 0 26, 7 4 60, 0 55, 0 16, 7 5 58, 5 54, 9 3, 6 12, 0 6 58, 0 54, 8 3, 2 10, 7 7 57, 0 54, 6 2, 4 8, 0 8 56, 0 54, 4 1, 6 5, 3 9 55, 5 54, 3 1, 2 4, 0 10 55, 0 54, 1 0, 9 3, 0 11 54, 0 0, 0 12 53, 9 0, 0 13 53, 7 0, 0 14 53, 4 0, 0 15 53, 1 0, 0 16 53, 0 0, 0 17 52, 8 0, 0 18 52, 7 0, 0 19 52, 3 0, 0 20 52, 1 0, 0 21 52, 0 0, 0 22 52, 0 0, 0 23 52, 0 0, 0 24 52, 0 0, 0 Yüzey Akım Derinliği = 0, 3 mm ∑q= 80, 1

21 Haziran 1999 Tarihindeki Akım Olayları Zaman (saat) Akım (m 3/sn) Taban Akımı Yüzey Akımı (m 3/sn) 0 57, 2 1 60, 2 59, 3 2 65, 1 62, 1 3 76, 9 64, 2 4 75, 1 64, 1 5 72, 4 64, 0 6 69, 9 63, 9 7 68, 3 63, 9 8 67, 9 63, 8 9 67, 2 63, 7 10 66, 6 63, 6 11 65, 8 63, 5 12 65, 1 63, 4 13 63, 9 63, 3 14 63, 3 15 63, 3 16 63, 3 17 63, 2 18 63, 2 19 63, 2 20 63, 1 21 63, 1 22 63, 1 23 63, 0 24 63, 0 Yüzey Akım Derinliği = 0, 2 mm 0, 0 0, 9 3, 0 12, 7 11, 0 8, 4 6, 0 4, 4 4, 1 3, 7 3, 2 2, 3 1, 7 0, 6 0, 0 0, 0 0, 0 ∑q= 62, 0 BH (m 3/sn) 0, 0 4, 5 15, 0 63, 5 55, 0 42, 0 30, 0 22, 0 20, 5 18, 5 16, 0 11, 5 8, 5 3, 0 0, 0 0, 0 0, 0

13 Mayıs 2014 Tarihindeki Akım Olayları Zaman (saat) Akım (m 3/sn) Taban Akımı Yüzey Akımı (m 3/sn) 0 40, 2 1 47, 8 44, 1 2 66, 7 48, 2 3 65, 1 48, 1 4 62, 7 48, 0 5 61, 6 48, 0 6 60 47, 9 7 58, 7 47, 6 8 56, 6 47, 5 9 56 47, 1 10 55, 8 47, 1 11 54, 7 46, 9 12 53, 6 46, 8 13 52, 8 46, 7 14 51, 4 46, 6 15 49, 9 46, 5 16 48, 1 46, 4 17 46, 4 18 46, 2 19 46, 2 20 46, 1 21 46 46 22 45, 8 23 45, 8 24 45, 7 Yüzey Akım Derinliği = 0, 5 mm 0, 0 3, 7 18, 5 17, 0 14, 7 13, 6 12, 1 11, 1 9, 1 8, 9 8, 7 7, 8 6, 1 4, 8 3, 4 1, 7 0, 0 0, 0 ∑q= 148, 0 BH (m 3/sn) 0, 0 7, 4 37, 0 34, 0 29, 4 27, 2 24, 2 22, 2 18, 2 17, 8 17, 4 15, 6 13, 6 12, 2 9, 6 6, 8 3, 4 0, 0 0, 0

5 Mart 2008 Tarihindeki Akım Olayları Zaman (saat) Akım (m 3/sn) Taban Akımı Yüzey Akımı (m 3/sn) 0 27, 0 1 35, 7 30, 1 2 48, 2 34, 2 3 60, 1 37, 7 4 65, 4 41, 5 5 63, 0 41, 4 6 59, 9 41, 3 7 57, 3 41, 2 8 55, 6 41, 1 9 54, 1 41, 0 10 53, 2 40, 9 11 51, 5 40, 8 12 50, 7 40, 6 13 49, 9 40, 5 14 48, 2 40, 4 15 46, 8 40, 3 16 45, 6 40, 2 17 44, 7 40, 2 18 42, 3 40, 0 19 39, 9 20 38, 8 21 38, 7 22 38, 7 23 38, 5 24 38, 4 Yüzey Akım Derinliği = 0, 7 mm 0, 0 5, 6 14, 0 22, 4 23, 9 21, 6 18, 6 16, 1 14, 5 13, 1 12, 3 10, 7 10, 1 9, 4 7, 8 6, 5 5, 4 4, 5 2, 3 0, 0 0, 0 ∑q= 218, 8 BH (m 3/sn) 0, 0 8, 0 20, 0 32, 0 34, 1 30, 9 26, 6 23, 0 20, 7 18, 7 17, 6 15, 3 14, 4 13, 4 11, 1 9, 3 7, 7 6, 4 3, 3 0, 0 0, 0

Birim Hidrografın Belirlenmesi

Birim Hidrografın Belirlenmesi Tarih 2 Nisan 1984 10 Temmuz 1992 21 Haziran 1999 13 Mayıs 2004 5 Temmuz 2008 Ortalama Birim Hidrograf Elemanları (BH 1) Pik debi Pike Erişme Taban Süresi ( qp _m 3/sn) Süresi (tp _saat) (tb_saat) 72, 3 2 12 106, 3 1 11 63, 5 3 14 37, 0 2 17 34, 1 4 19 62, 6 2, 4 14, 6

Sentetik Yöntemlerin Uygulanması MOCKUS YÖNTEMİ Metot’ta yer alan K ve H değerleri İyidere Havzası için hesaplanırken; havzaya ait 5 adet bir saat süreli birim hidrografların (BH 1), her biri için Qp ve Tp değerlerini; Qp = K x A x h a / T p her birim hidrografa ait K değerlerinin ortalaması alındığında; K = 0, 362 Her birim hidrograf için elde edilen K değeri için; H = (2 x 0. 278 – K) / K Havzaya ait H = 1, 87 olarak hesaplanmıştır.

Sentetik Yöntemlerin Uygulanması MOCKUS YÖNTEMİ Suların toplanma zamanı; Tc= 0, 00032 (L 0, 77/S 0, 385) = 5 saat Birim sağanak süresi AD = Tc/5 = 1 saat İyidere Havzasına ait birim hidrograf elemanları: Pike erme zamanı Tp = √Tc + 0. 6 Tc = 5, 24 saattir. Hidrografın çekilme eğrisinin süresi Tr =H x Tp = 9, 8 saat; Hidrografın taban süresi Tb= Tp +Tr = 15, 04 saattir. Hidrograf piki Qp =K x A x ha/Tp = 72, 75 m 3/sn/mm

Sentetik Yöntemlerin Uygulanması SNYDER YÖNTEMİ 2 Nisan 1984 qp. R = Qp / A = 72, 3 /1053 = 0, 069 m 3/sn/km 2 = 69 lt/sn/km 2 tr= tp / 5, 5 = 2 / 5, 5 = 0, 36 saat tr = etkili yağış süresi t. R = tr etkili yağış süresinden başka belirli bir incelemede kabul edilen artık yağış süresi (1 saat) tp. R = t. R süresinin ortasından birim hidrografın pikine kadar olan süre tr ≠ t. R olduğundan “ tp. R =tp + 0, 25 (t. R – tr)” denkleminden tp değeri tekrar hesaplanır; tp = 0, 59 saat değeri bulunur. tp=0, 75 Ct(LLc)0, 3 Ct = 0, 707 qp. R= 278 Cp / tp. R Cp=0, 248 olarak bulunmuştur.

Sentetik Yöntemlerin Uygulanması SNYDER YÖNTEMİ İyidere Havzası sentetik birim hidrograf elemanları Tarih Nis. 84 Tem. 92 Haz. 99 May. 04 Mar. 08 ORT q. PR (lt/s QP Düzeltilmiş tp tb t. PR tr t. R n/k (m 3/sn/ tp (saat) (saat) mm) (saat) m 2/ mm) 72, 3 2 12 0, 59 1 0, 36 2 69 106, 3 1 11 0, 3 0, 5 0, 18 1 101 63, 5 3 14 0, 82 1, 5 0, 27 3 60 37, 0 2 17 0, 59 1 0, 36 2 35 34, 1 4 19 1, 18 2 0, 72 4 32 62, 64 2, 4 0, 696 14, 6 1, 2 0, 378 2, 4 59, 4 Ct 0, 707 0, 374 1, 023 0, 707 1, 472 0, 857 Cp 0, 248 0, 182 0, 324 0, 126 0, 230 0, 222

Sentetik Yöntemlerin Uygulanması DSİ SENTETİK YÖNTEMİ qp= 414 / ( A 0, 225 x ( Lx. Lc / √S)0, 16) qp = 22, 1 lt/s/km 2 /mm Op= A x qp x 10 -3 Hidrograf Piki Qp= 23, 3 m 3/s/mm Hidrografın taban süresi Tb = 3, 65 x (V/Qp) = 47, 9 saat Hidrografın pike erme zamanı Tp= Tb/ 5 = 9, 58 saat

Değerlendirmeler Mockus Yöntemi Genelde ; K= 0, 208 ve H= 1, 67 Havza için; K= 0, 362 ve H= 1, 87 1 saat süreli birim hidrografta; Qp= 72, 7 m 3/sn, Tp= 5, 24 saat Tb=15, 04 saat Havzanın birim hidrografı; Qp= 62, 6 m 3/sn Tp = 2, 4 saat, Tb = 14, 6 saat

Değerlendirmeler Snyder Yöntemi Havza için; Ct = 0, 857 ve Cp=0, 222 Snyder Yöntemi 1 saat süreli birim hidrografta; Qp = 82, 13 m 3/sn Tp = 5, 87; Tb=16, 06 saat Havzanın birim hidrografı; Qp= 62, 6 m 3/sn Tp = 2, 4 saat, Tb = 14, 6 saat

Değerlendirmeler DSİ Sentetik Yöntemi 2 saat süreli birim hidrografta; Qp= 23, 3 m 3/sn, Tp= 9, 58 saat ve Tb=47, 9 saat Havzanın 2 saat süreli birim hidrografı; Qp= 56, 3 m 3/sn, Tp= 4, 7 saat ve Tb=15, 6 saat DSİ Sentetik Yönteminin Uygulanabilmesi için havza bölünerek ele alınmalıdır.

Öneriler Havzanın hesaplanan 1 saat süreli birim hidrografından, İyidere Havzasına benzer havzaların; birim hidrograf çıkarılabilir. Havzanın boyutsuz birim hidrografı ile benzer havzaların birim hidrograf elemanları bulunabilir. Havzada yapılan birim hidrograf sonuçları, bölgede yapılacak taşkın koruma yöntemlerine altlık oluşturabilir. 63

Öneriler Meteorolojik verilerin daha güvenilir olabilmesi için (özellikle taşkın riskinin yüksek olduğu bölgelerde), kapalı konumda olan istasyonların açılabilir, gerekirse istasyon sayısının arttırılabilir. İyidere gibi taşkın riski yüksek olan derelerde otomatik anlık akım ölçen istasyonlar kurulabilir. 64

Arz Ederim…