Search

In this study, experiments are carried out in the system designed and built in Hydraulics Laboratory of DEU, involving a rectangular flume of 18.6 m length in order to investigate the sediment transport in the cases of unsteady flow. The flume experiments are conducted using different triangular shaped input hydrographs without sediment feeding at upstream. The sediment median size D50 and the standard deviation gσ are 4.8 mm and 1.4 mm, respectively. The sediment is collected at the downstream end of the flume and weighed. The measured bed load values are compared with those calculated from the empirical relations given in the relevant literature for steady flow cases, assuming that they are also applicable in unsteady cases. It is found that the measured bed load values are better compatible with those calculated from the expression given by Engelund and Fredsoe (1976)., Bu çalışma kapsamında, DEÜ Hidrolik Laboratuvarında mevcut 18,6 m uzunluğundaki kanalda zamanla değişen akım rejiminde sürüntü maddesi hareketi incelenmiştir. Deneyler üçgen şeklindeki farklı giriş hidrografları kullanılarak ve membadan sürüntü maddesi beselemesi olmadan gerçekleştirilmiştir. Kanal tabanına D50= 4,8 mm, standart sapması gσ =1,4 mm olan üniform malzeme serilmiştir. Kanal mansabında bulunan sepetlerde toplanan malzeme tartılarak sürüntü maddesi yükü belirlenmiş ve bu değerler ‐literatürde verilen ampirik denklemlerin zamanla değişen akımlar için de uygulanabilir olduğu kabulüyle ‐ hesaplananlar ile karşılaştırılmıştır. Deneysel bulguların, konuyla ilgili literatürde yer alan denklemlerden Engelund ve Fredsoe (1976) tarafından verilen ampirik bağıntı ile daha çok uyumlu olduğu görülmüştür.

Bu çalışmada zamana bağlı akımlarda sürüntü maddesi taşınmasını araştırmak için DEÜ Hidrolik Laboratuarında kapsamlı bir deney sistemi tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Zamanla değişmeyen kararlı akım şartlarındaki deneyler hem hareketsiz hem de hareketli taban üzerinde gerçekleştirilmiştir. Zamana bağlı olarak değişen kararsız akım deneyleri, yükselme ve alçalma süreleri 15 saniye ile 120 saniye, taban akış debisi 12.0 lt/sn ile 30.3 lt/sn ve pik debisi 53.5 lt/sn ile 89.9 lt/sn arasında değişen çeşitli hidrograflar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Taban malzemesi kanalın mansabında bulunan sepetlerle toplanmıştır. Taban malzemesi hareketi görüntü işleme tekniği ile analiz edilmiştir.Taban malzemesinin harekete geçişi ile ilgili kritik nokta teorik yaklaşımlar ile incelenmiş ve zamanla değişmeyen kararlı akım şartlarındaki deneylerle elde edilenler ile karşılaştırılmıştır. Zamanla değişmeyen ve zamanla değişen akım şartlarındaki deneylerle elde edilen taban malzemesi yükü, literatürde verilen ampirik denklemler ile karşılaştırılmıştır. Mevcut ampirik bağıntılardan en uygun olanları belirlenmiştir.Görüntü işleme tekniği ile yapılan analizde, tüm hidrograf boyunca ortalama dane hızı incelenmiştir. Kamera kayıtlarına göre, taban malzemesi hareketi kesikli ve dalgalıdır. Zamansal gecikme analizinde, video kayıtlarından elde edilen boyutsuz taban malzemesi yükü ile boyutsuz kayma gerilmesi karşılaştırılmıştır. Bu parametreler arasında bir histerisiz görülmemiştir. Kanal sonundaki sepetlerle ölçülen taban malzemesi yükü malzemesinden elde edilen boyutsuz taban malzemesi yükü ile elde edilen boyutsuz kayma gerilmesi karşılaştırıldığında ise bu parametreler arasında bir histerisiz olduğu görülmüştür.Akımın sürekliliği ve taban malzemesinin sürekliliği için verilen bir boyutlu kısmi diferansiyel denklemler ile momentum diferansiyel denklemi sayısal olarak çözülmüştür. Deneysel ve sayısal sonuçlar arasında kabul edilebilir bir uyum gözlenmiştir. An elaborate experimental system is designed and built in Hydraulics Laboratory of DEÜ, in order to study bed load transport in unsteady flows. The steady flow experiments are done with fixed and mobile bed. The unsteady flow experiments are conducted with the hydrographs having rising and falling durations of 15 seconds to 120 seconds, from the steady state value of 12.0 l/s and 30.3 l/s to the peak value of 53.5 l/s and 89.9 l/s. The bed load is collected at the channel downstream end. The sediment motion is analyzed by image processing technique.The critical point for inception of sediment motion is investigated for steady flow case. The bed load values measured in both steady and unsteady flow conditions are compared with those calculated from the empirical relations given in the relevant literature. The most compatible empirical relations are identified.In image processing analysis, the average grain velocity is investigated throughout the hydrograph. From the camera records, it is revealed that the bed load motion is sporadic, which results in fluctuating character. When the dimensionless bed load obtained from the video recordings and the dimensionless shear stress are used a hysteresis between these parameters is not observed. If the dimensionless bed load obtained from baskets and the dimensionless shear stress is compared, a hysteresis is observed.The one dimensional partial differential equations for the continuity of water and for sediment and the differential momentum equation are numerically solved. An acceptable accordance between experimental findings and numerical results is observed. 163

II ÖZET Son yıllarda Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) teknolojisinin ilerlemesi ile baraj gövdesinin mansab yüzeyi basamaklı bir yapıda inşa edilmekte ve gövde doğrudan dolusavak olarak kullanılmaktadır. SSB ile yapılan bu tip barajların avantajları; inşaat kolaylığı ve hızı, yüksek enerji sönümlenmesi, mansabtaki enerji kırıcı havuz boyutlarının ve kavitasyon riskinin azalması, ayrı bir dolusavak kanalının yapımını ve masraflarını ortadan kaldırıyor olmasıdır. Türkiye'de inşası halen devam eden Aydm'da Çine Barajı ve İzmir Bergama'da Çaltıkoru Barajı basamaklı dolusavağa sahip barajlara örnek gösterilebilir. Bu çalışmada basamaklı dolusavaklar boyunca oluşan akımlar teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, Çine Barajı ele alınmış, laboratuvar alanının getirdiği kısıtlamalardan ötürü 1/10 ölçekli modeli kısmi olarak DEÜ İnşaat Mühendisliği Hidrolik Laboratuvarında Froude modeli esas alınarak inşa edilmiştir. Buna ek olarak, DEÜ Hidrolik Laboratuvarmda inşa edilmiş olan 1/100 ölçekli Çine Barajı modeli ile DSİ TAKK Dairesi Hidrolik Laboratuvanndaki 1/60 ölçekli Çine Barajı modeli üzerinde deneysel çalışmalar yürütülmüştür. DSİ TAKK Dairesi Hidrolik Laboratuvarmda 1/30 ölçekli kısmi Çine Barajı modeli üzerinde yapılan deneylerin raporları incelenmiştir.Ill Söz konusu üç farklı ölçekli (1/10, 1/60, 1/100) model üzerinde akım rejimleri deneylerle tespit edilmiş, 1/30 ölçekli kısmi model değerleri eklenerek nap akım ile sıçramak akım arasındaki geçiş rejiminin hangi debi aralığında oluştuğu saptanmıştır. Sonuçlar literatürde yer alan bağıntılarla ve noktasal değerlerle karşılaştınlmıştır. Mevcut modeller üzerinde çeşitli debilerde suyun hava ile karışmaya başladığı noktanın krete olan mesafesi (L; parametresi) ölçülmüş, 1/30 ölçekli kısmi modelin Lj ölçümleri derlenmiştir. Sonuçlar, literatürde verilen bağıntılarla ve noktasal değerlerle karşılaştınlmıştır. Çalışmalar sonunda, yüzeysel gerilim kuvvetleri ihmal edilerek Froude benzeşim kanununun kullanılmasıyla Li parametresi üzerinde meydana gelmiş ölçek etkisi, 1/10 ölçekli kısmi model prototip varsayılarak saptanmaya çalışılmıştır. Sonuçlar, Tozzi (1992) tarafından yapılmış benzer bir çalışma ile karşılaştınlmıştır. Çine Barajı'na ait dört farklı ölçekteki modeller kullanılarak, Li parametresi için debi ve model ölçeğini OU) içeren bir bağıntı türetilmiştir. Bu denklem kullanılarak Çine Barajı'nda görülmesi muhtemel Lj değerleri hesaplanmıştır. Anahtar sözcükler : Çine Barajı, Basamaklı dolusavak, Hidrolik fiziksel model, Nap akım, Sıçramalı akım, Suyun hava ile karışmaya başladığı nokta, Ölçek etkisi IV ABSTRACT Over the last years with the evolution of the Roller Compacted Concrete (RCC) dam construction technique, the stepped chute is integrated to the downstream face of the dam body so that the body itself could directly be used as the spillway. The advantages of RCC dams are the ease and speed of construction, reduction of the stilling basin dimensions at the downstream dam toe due to significant energy dissipation along the chute, reduction of the cavitation risk potential, and elimination of the need and the cost of a spare spillway. In Turkey, Çine Dam in Aydm and Çaltıkoru Dam in İzmir Bergama, which are under construction, are the examples of RCC dams. In this study, the flow over stepped spillways are examined theoretically and experimentally. In this aspect, Çine Dam is handled, because of the laboratory limitations, a 1/10 scaled partial model obeying the Froude Similitude Law is constructed in DEÜ Hydraulics Laboratory. Additionally, experimental studies are performed both on the formerly constructed 1/100 scaled Çine Dam model in DEÜ Hydraulics Laboratory and on 1/60 scaled Çine Dam model in Hydraulics Model Laboratory of DSİ. The experiments carried out on the 1/30 scaled partial model, which was once in Hydraulics Model Laboratory of DSİ, are also examined.V With this three different scaled models, the various flow regimes and the lower (end of nappe flow) and upper (onset of skimming flow) boundaries of transition flow regime are investigated. The 1/30 scaled partial model is also considered. The results are compared with the empirical formulas and data given in literature and the reasons of the differences are sought. On the three models, the non-aerated water length from the spillway crest to the point of inception (Li parameter) is measured, the Li data of 1/30 scaled partial model is handled. The results ware compared with the empirical formulas and data given in literature and they are interpreted. The scale effect on the Li parameter caused by neglecting the surface tension forces and obeying the Froude similitude law, is investigated by considering the 1/10 scaled partial model as a sub-prototype,. The results are compared with a similar study done by Tozzi (1992) and the reasons of the differences are examined. Finally, by using the Li data belonging to the four different scaled models of Çine Dam, an empirical formula comprimising the flowrate and model scale is derived to predict the probable Li values specific to Çine Dam. Keywords : Çine Dam, Stepped Spillway, Hydraulic physical model, Nappe flow, Skimrning flow, Inception point of air entrainment, Scale effect 205

Bu tez çalışmasında, dairesel en kesitli farklı çaptaki köprü ayakları etrafında oluşan yerel oyulmaların temiz su oyulması durumunda deneysel olarak araştırılması gerçekleştirilmiştir. Deneyler, İzmir Kâtip Çelebi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarı'nda, 15 m uzunluğunda 120 cm genişliğinde dikdörtgen şeklinde yatay bir kanalda uniform taban malzemesi serilerek, farklı çapta şeffaf pleksiglastan yapılma dairesel en kesitli köprü ayakları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deney başlangıcından bitimine kadar kaydedilen videolardaki kum seviyeleri açılarına göre not edilmiş ve oyulmanın zamanla değişim grafikleri oluşturulmuştur. Deneyler sonucunda elde edilen veriler literatürde denge oyulma derinliği ve oyulmanın zamanla değişimini veren mevcut olan bağıntılarla karşılaştırılmıştır. Denge durumundaki maksimum yerel oyulma ve köprü ayağı etrafındaki oyulmayı veren denklemler önerilmiştir. In this thesis, experimental investigation of local scouring around bridge piers under clear-water conditions was investigated. The experiments were carried out in a rectangular horizontal channel with a length of 15 m and a width of 120 cm, which was constructed in the fluid mechanics and hydraulics laboratory of civil engineering department of İzmir Kâtip Çelebi University. Uniformly distributed sand with a median diameter of 1.04 mm was used as the base material. Levels, slopes and scouring depths of sand were recorded from the beginning to the end of the experiments by using a video camera and they were noted precisely in order to achieve the time variation of scouring depths and to plot related graphs. The data obtained as a result of the experiments were compared with the existing relations in the literature that are used to compute the equilibrium scour depth and the change of scour over time. A set of new equations are proposed that give maximum local scouring in equilibrium and scouring around the bridge pier. 158