Hidrolojik Döngünün Unsurları

yağış

Yağış, suyun atmosferden yeryüzüne çıkmasıdır.yağış' atmosfer tarafından salınan her türlü suyu kapsar (kar, dolu, karla karışık yağmur ve yağmur). Yağış, bir nehir toplama alanına ana su girdisidir. Hidrolojik ve hidrojeolojik çalışmalarda dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi gerekir.

Oluşumu ve Yağış Türleri

Havanın su buharını tutma kabiliyeti sıcaklığa bağlıdır (Davie, 2008): hava ne kadar soğuksa su buharı o kadar az tutulur. Sıcak, nemli hava soğutulursa su buharı ve sonunda su ile doygun hale gelir. buhar, sıvı veya katı suya (yani su veya buz damlacıkları) yoğunlaşacaktır. Su kendiliğinden yoğunlaşmayacaktır. yoğunlaşma çekirdekleri.Yoğuşma çekirdekleri üzerinde su veya buz damlacıkları oluşur.Yoğuşma çekirdeklerinde oluşan su veya buz damlacıkları normalde yüzeye yağış olarak düşemeyecek kadar küçüktür.Bir bulut içindeki kaldırma kuvvetlerini yenecek yeterli kütleye sahip olmaları için büyümeleri gerekir. .

Var üç koşul yağış oluşumundan önce karşılanması gerekenler (Davie, 2008):

• Atmosferin soğuması
• Buharın çekirdekler üzerinde yoğunlaşması
• Su veya buz damlacıklarının büyümesi

Var üç ana tip yağış:

• konvektif yağış
• orografik yağış
• siklonik yağış

konvektif yağış

Yere yakın ısınan hava genişler ve daha fazla su nemi emer. Nem yüklü sıcak hava yukarı doğru hareket eder ve daha düşük sıcaklık nedeniyle yoğunlaşarak yağışa neden olur. Bu tür yağışlar, yerel gök gürültülü fırtınalar şeklindedir.

orografik yağış

Nemli havanın mekanik olarak kaldırılması dağ bariyerler, dağın rüzgarlı tarafında yoğun yağışlara neden olur.

siklonik yağış

Dünya yüzeyinin güneş tarafından eşit olmayan şekilde ısınması yüksek ve alçak basınç bölgelerine neden olur. Hava kütleleri yüksek basınç bölgelerinden alçak basınç bölgelerine doğru hareket eder ve bu hareket yağış üretir. Sıcak hava daha soğuk havanın yerini alırsa bu cepheye ön cephe denir. Sıcak Ön. Soğuk hava sıcak havanın yerini alıyorsa cephesine denir. soğuk cephe.

Yağış Ölçümü

Yağış genellikle sıvı suyun dikey derinliği olarak ifade edilir. Yağış şu şekilde ölçülür: milimetre (mm)litre veya metreküp gibi hacim yerine .yağış ölçümü olduğunu su derinliği yağmurun tamamı düştüğü yerde kalsaydı yüzeyde birikirdi. Kar yağışı, sıvı haldeki su derinliği olarak da ifade edilebilir.

Hidrolojik amaçlar için en yararlı şekilde tarif edilmiştir. su eşdeğer derinliği

Su eşdeğer derinlik kar eridiğinde mevcut olacak suyun derinliğidir.

İçin hidrolojik analiz bu önemli;

• ne kadar yağış düştüğünü bilmek,
• ve bu gerçekleştiğinde.

Arazide farklı konumlardaki yağış, iki ana tip yağmur ölçer kullanılarak kaydedilir:

• kayıtsız yağmur ölçerler
• yağmur göstergelerinin kaydedilmesi.

Kayıtsız Yağmur Göstergeleri

Kayıt yapmayan yağmur ölçer, yuvarlak kenarlı bir huni ve alıcı olarak bir cam şişeden oluşur.

Silindirik metal mahfaza, zemin yüzeyinin üzerinde seviye kenarı ile duvar temeline dikey olarak sabitlenmiştir.

Huninin içine düşen yağmur, alıcıda toplanır ve mm cinsinden derecelendirilmiş özel bir ölçü camında ölçülür. Yağış ölçümleri genellikle saat 08.00 ve 16.00'da yapılır. Şiddetli yağmurlar sırasında günde üç veya dört kez ölçülmelidir. Bu nedenle, kaydedilmeyen yağmur göstergesi yalnızca önceki 24 saatteki toplam yağış derinliğini verir.

Yağmur Göstergelerini Kaydetme

A kayıt tipi yağmur göstergesi aşağıdakilerden oluşan otomatik bir mekanik düzenlemeye sahiptir:

• bir saat mekanizması,
• etrafına sabitlenmiş bir grafik kağıdı olan bir tambur
• ve çizen bir kalem ucu yağışın kütle eğrisi.

Bu ölçü tipine ayrıca denir kendi kendine kayıt, otomatik or entegre yağmur göstergesi.

Bu yağış kütle eğrisinden;

• belirli bir zamandaki yağış derinliği,
• Bir fırtına sırasında herhangi bir anda yağışın hızı veya yoğunluğu,
• Yağışların başlama ve kesilme zamanları belirlenebilir.

Var üç tip yağmur göstergelerinin kaydedilmesi:

• Devrilme kovası yağmur göstergesi
• Tartı tipi yağmur göstergesi
• Şamandıra tipi yağmur göstergesi

Devrilme kovası yağmur göstergesi

Damper kovası yağmur göstergesi, içinde bir huni bulunan 30 cm çapında silindirik bir alıcıdan oluşur.

Huninin altında bir çift devrilme kovası vardır. Devrilen kova tipi yağmur ölçer (Raghunath, 2006'dan sonra). 0.25 mm yağış aldığında devrilir ve alttaki bir tanka boşalırken diğer kova yerini alır ve işlem tekrarlanır. Kovanın devrilmesi, bir saat mekanizması tarafından dönen bir tamburun etrafına sarılmış bir çizelge üzerinde bir kalemin hareket etmesine neden olan elektrik devresinde harekete geçer.

Tartı tipi yağmur göstergesi

Tartı tipi yağmur ölçerde, belirli bir ağırlıktaki yağış bir tankta toplandığında, saat tahrikli bir tamburun etrafına sarılmış bir çizelge üzerinde kalemin hareket etmesini sağlar.

Kalemin dikey hareketi kümülatif yağışı kaydederken tamburun dönüşü zaman ölçeğini ayarlar.

Şamandıra tipi yağmur göstergesi

Şamandıra tipi yağmur ölçerde, yağmur bir şamandıra haznesinde toplandığında, şamandıra yukarı doğru hareket eder ve bu da kalemin saat tahrikli bir tamburun etrafına sarılmış bir çizelge üzerinde hareket etmesini sağlar.

Şamandıra haznesi dolduğunda, su, birbirine bağlı bir sifon haznesinde tutulan bir sifon tüpünden otomatik olarak sifonlanır. bu tartı ve şamandıra tipi yağmur ölçerler ılımlı saklayabilir kar yağışı operatörün tartabileceği veya eritebileceği ve eşdeğer yağmur derinliğini kaydedebileceği.Kar göstergede eritilebilirkendisine monte edilmiş bir ısıtma sistemi veya göstergeye belirli kimyasallar (Kalsiyum Klorür, etilen glikol vb.)

Alansal Ortalama Yağış

nokta yağış: Tek bir istasyonda kaydedilen yağıştır.

50 km2'den küçük alanlar için, alan üzerindeki ortalama derinlik noktasal yağış olarak alınabilir. Geniş alanlarda, bir yağış ölçer istasyonları ağı (meteoroloji istasyonları) kurulmalıdır. Geniş bir alana düşen yağış üniform olmadığı için, alan üzerindeki ortalama yağış derinliği belirlenmelidir.Alansal ortalama yağış geniş bir alanın (havza, ova, bölge vb.) belirli bir zaman diliminde (yıl, ay vb.) ortalama yağış miktarıdır.

Alansal ortalama yağış aşağıdakilerden biri ile belirlenir üç yöntem:

• Aritmetik ortalama (ortalama) yöntemi
• İzohyetal yöntem
• Thiessen çokgen yöntemi

için yağış ölçüm istasyonlarının ortalama yağış miktarları ortak (aynı) zaman dilimi Gözlem periyodunun uzunluğu her istasyon için farklı olabileceğinden bu yöntemlerin uygulanmasında kullanılmaktadır.

Aritmetik ortalama (ortalama) yöntemi

Drenaj alanındaki bireysel yağış ölçüm istasyonlarındaki (meteoroloji istasyonları) yağış miktarlarının basit bir şekilde aritmetik olarak ortalaması alınarak elde edilir.

Serme = ∑ Pi / n (2.1)

Pave = alan üzerindeki ortalama yağış derinliği

∑ Pi = münferit yağış ölçüm istasyonlarındaki yağış miktarlarının toplamı

n = bölgedeki yağış ölçüm istasyonlarının sayısı

Bu yöntem hızlı ve basit ve iyi verim

düz ülkede tahminler (Raghunath, 2006):

• göstergeler eşit olarak dağıtılırsa,
• ve farklı istasyonlardaki yağış ortalamadan çok fazla değişmiyorsa.

İzohyetal yöntem

Bu yöntemde; ölçüm yerlerinde (meteoroloji istasyonları) ölçülen yağışlar uygun bir altlık harita üzerine çizilir ve orografik etkiler ve fırtına morfolojisi dikkate alınarak eşit okunuş çizgileri (izohyetler) çizilir.

Bir izohyetal harita, bir topografik kontur haritasının çizilmesiyle aynı şekilde çizilen eşit yağış çizgilerini gösterir. Bir izohyetal harita, izohiyetler-10 mm, 25 mm, 50 mm, vb. arasında bir yağış aralığına sahiptir.

Ardışık izohyetler (P1, P2, P3,…) arasındaki ortalama yağış, iki izohiyet değerinin ortalaması olarak alınır.

Bu ortalamalar; eşohyetler arasındaki alanlarla (a1, a2, a3, …) ağırlıklandırılır, toplanır ve tüm havzadaki ortalama yağış derinliğini veren havzanın toplam alanına bölünür.

Döşeme = ∑ * (Pi +Pi+1)/2 ] ai / A (2.2) ai = ikisi arasındaki alan

ardışık isohyetler Pi ve Pi+1

A = havzanın toplam alanı.

Thiessen çokgen yöntemi

Bu yöntem, her gösterge için bir ağırlıklandırma faktörü sağlayarak göstergelerin tekdüze olmayan dağılımına izin vermeye çalışır (Raghunath, 2006).

İstasyonlar bir temel harita üzerinde çizilir ve düz çizgilerle bağlanır.

Dikey açıortaylar, çokgenler oluşturmak için bitişik istasyonları birleştirerek düz çizgilere çizilir.

Her poligon alanının, içindeki yağış ölçüm istasyonundan etkilendiği varsayılır.

P1, P2, P3, …. münferit istasyonlardaki yağışlar,

ve a1, a2, a3, …. bu istasyonları çevreleyen çokgenlerin alanlarıdır (etki alanları).

Havza için ortalama yağış derinliği şu şekilde verilir:

Döşeme = ∑ Pi ai / A (2.3) A = havzanın toplam alanı.

Elde edilen sonuçlar genellikle basit aritmetik ortalama ile elde edilen sonuçlardan daha doğrudur.

Ölçüler (istasyonlar), düzenli şekilli çokgenler elde etmek için havzanın üzerine uygun şekilde yerleştirilmelidir.

Buharlaşma ve Terleme

Suyun yer yüzeyinden (kara yüzeyi, serbest su yüzeyleri, toprak suyu vb.) atmosfere aktarıldığı sürece denir. buharlaştırma. Buharlaşma işlemi sırasında, buharlaşma gizli ısısı buharlaşma yüzeyinden alınır. Bu nedenle buharlaşma bir soğutma işlemi olarak kabul edilir. Kara yüzeyinden buharlaşma, serbest su

yüzeyler, toprak suyu vb. etkilediği için hidrolojik ve meterolojik çalışmalarda büyük önem taşımaktadır (Usul, 2001):

• rezervuarların kapasitesi,
• nehir havzalarının verimi,
• pompalama tesislerinin büyüklüğü,
• suyun bitkiler tarafından tüketilerek kullanılması vb.

terleme bitkilerden atmosfere, yaprak yüzeyindeki gözeneklerden su kaybını tanımlar. Bitki örtüsüyle kaplı alanlarda buharlaşma ve terlemeyi ayırt etmek neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, iki süreç bir araya toplanır ve bitki su tüketimi.

buharlaşma

Buharlaşma ve evapotranspirasyon hızı aşağıdakilere bağlı olarak değişir:

• Bölgeyi etkileyen meteorolojik (atmosferik) faktörler,
• ve buharlaşan yüzeyin doğası üzerine.

Buharlaşma oranını (ve ayrıca evapotranspirasyonu) etkileyen faktörler şunlardır:

1. Güneş radyasyonu
2. Bağıl nem
3. Hava sıcaklığı
4. rüzgar
5. Atmosferik basınç
6. Sıvı suyun sıcaklığı
7. Tuzluluk
8. aerodinamik özellikler
9. Enerji özellikleri

buharlaşma ölçümü

Buharlaşmanın ölçülmesi için en yaygın yöntem, bir buharlaştırma ekmek.

Bu, su derinliği ölçüm aleti olan büyük bir su kabıdır.

Bu cihaz, bir süre boyunca buharlaşma yoluyla ne kadar su kaybolduğunu kaydetmeye izin verir.

Standart bir meteoroloji istasyonunda buharlaşma, su derinliğindeki değişiklik olarak günlük olarak ölçülür. Bir buharlaştırma kabı su ile doldurulur, dolayısıyla açık su buharlaşması ölçülür. A Sınıfı buharlaştırma kabı olarak adlandırılan standart bir buharlaştırma kabı, 122 cm çapında ve 25.4 cm derinliğindedir.

Ampirik katsayılar (pan katsayısı), ölçülen tava buharlaşması kullanılarak daha büyük su kütlelerinden (göl, baraj rezervuarı vb.) buharlaşmayı tahmin etmek için uygulanır.

A Sınıfı evaporasyon tavası için tava katsayısı değerleri 0.60-0.80 arasında değişmekte olup, yıllık ortalama olarak 0.70 kullanılmaktadır.

Buharlaşma Tahmin Yöntemleri

Meteorolojik aletler kullanarak buharlaşmayı ölçmedeki zorluklar, buharlaşmayı tahmin etmek için çok çaba sarf edilmesine yol açmıştır.

Buharlaşmayı tahmin etmenin farklı yöntemleri vardır:

1. su bütçesi yöntemi
2. Enerji bütçesi yöntemi
3. Ampirik denklemler (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, vb.)

su bütçesi yöntemi

Buharlaşmayı belirlemek için basit bir yaklaşım, bir su bütçesinin korunmasını içerir.

Süreklilik denklemi Belirli bir süre için buharlaşmayı (E) belirlemek için aşağıdaki biçimde yazılabilir:

E=(∆S+P+Qs) – (Qo+Qss)

∆S: Depolamadaki değişim, P: Yağış,

Qs: Yüzey girişi, Qo: Yüzey çıkışı,

Qss: Yeraltı çıkışı (sızma)

Enerji bütçesi yöntemi

Bir gölden buharlaşmayı belirlemek için enerji bütçesi kullanılabilir.

E=(Qn+Qv-Qo) / ρ.Le (1+R)

Qn: Su kütlesi tarafından emilen net radyasyon, Qv: Giriş ve çıkışta önerilen enerji,

Qo : Su kütlesinde depolanan enerjideki artış, ρ : Suyun yoğunluğu,

Le: Gizli buharlaşma ısısı,

R: İletim yoluyla ısı kaybının buharlaşma ile olana oranı.

Ampirik denklemler (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, vb.)

Deneysel denklemler, ölçülen meteorolojik değişkenlere (parametreler) dayalıdır.

Yağış, güneş radyasyonu, rüzgar hızı ve bağıl nem değerler, bu denklemlerle buharlaşmanın tahmininde kullanılır.

Bu denklemleri kullanarak yıllık, aylık veya günlük periyotlar için göllerden buharlaşmanın iyi bir tahminini yapmak mümkündür.

terleme

terleme bir bitki tarafından yapraktaki küçük deliklerden (stomalar) yapraklardan buharlaşmaya yol açar.

Bu bazen kuru yaprak buharlaşması olarak adlandırılır.

Terlemenin ölçülmesi için botanikçiler tarafından çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri de ölçüm yöntemidir. fitometre (Raghunath, 2006).

bir fitometre sadece bitki açıkta kalacak şekilde bitki büyümesi için yeterli toprağa sahip kapalı, su geçirmez bir tanktan oluşur.

Bitki büyümesi tamamlanana kadar su yapay olarak uygulanır.

Ekipman başlangıçta tartılır (W1) ve deneyin sonunda (W2).

Büyüme sırasında uygulanan su (w) ölçülür ve terleme ile tüketilen su (Wt) olarak elde edilir

Wt = (W1 + w) - W2

Evapotranspirasyon

Evapotranspirasyon (Et), topraktan buharlaşma ve bitkiler tarafından terleme nedeniyle kırpılmış (veya sulanan) bir araziden kaybedilen toplam sudur.Potansiyel evapotranspirasyon (Ept), kökleri toprağı kaplayan sınırsız su ile beslendiğinde kısa yeşil bitki örtüsünden evapotranspirasyondur. Genellikle alan üzerinde bir derinlik (cm, mm) olarak ifade edilir.

Aşağıdakilerden bazıları evapotranspirasyonu tahmin etme yöntemleri (Raghunath, 2006):

• Tanklar ve lizimetre deneyleri
• Saha deneysel arazileri
• Lowry-Johnson, Penman, Thornthwaite, Blaney-Criddle, vb. tarafından geliştirilen evapotranspirasyon denklemleri.
• Buharlaşma indeksi yöntemi.

Süzülme

Toprak yüzeyinden toprağa giren suya denir. sızma. Toprağın nem eksikliğini giderir ve fazla su yerçekimi kuvveti ile aşağı doğru hareket eder. Bu süreç denir derin sızıntı or süzülme, yeraltı suyunu yeniden doldurur ve yer altı su tablasını oluşturur.

Toprağın herhangi bir koşulda su emme yeteneğine sahip olduğu maksimum hıza denir. sızma kapasitesi.

sızma (f) genellikle yüksek bir oranda (20 ila 25 cm/saat) başlar ve oldukça sabit bir durum hızına (fc) yağmur devam ettikçe, nihai olarak adlandırılır fp (=1.25 ila 2.0 cm/saat)

Sızma oranı (f) her zaman t Horton denklemi ile verilir

(Raghunath, 2006): f = fc + (fo – fc) e–kt

fo = ilk sızma kapasitesi oranı

fc = doygunlukta son sabit sızma oranı

k = esas olarak toprak ve bitki örtüsüne bağlı bir sabit e = Napier logaritmasının tabanı

t = fırtınanın başlangıcından itibaren geçen süre

Sızma şunlara bağlıdır:

• yağışın şiddeti ve süresi,
• hava durumu (sıcaklık),
• toprak özellikleri,
• bitki örtüsü,
• arazi kullanımı,
• ilk toprak nemi içeriği (ilk ıslaklık),
• toprakta veya kayada hapsolmuş hava,
• ve yeraltı suyu tablasının derinliği.

Sızma Tespiti

Sızmayı belirleme yöntemleri şunlardır:

• infiltrometreler
• Çukurlarda ve göletlerde gözlem
• Lizimetreler
• Yapay yağmur simülatörleri
• hidrograf analizi

REFERANSLAR

• Profesör Doktor. FİKRET KAÇAROĞLU, Ders Notu, Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
• Davie, T., 2008, Fundamentals of Hydrology (İkinci Baskı). Rutledge, 200 s.
• Raghunath, HM, 2006, Hidroloji (İkinci Baskı). Yeni Çağ Uluslararası Yayın., Yeni Delhi, 463 s.
• Usul, N., Mühendislik Hidrolojisi. ODTÜ Matbaası, Ankara, 404 s.