Investigation of the effect of the contraction and downstream structures on the flood wave propagation

Taşkınlar büyük sosyo-ekonomik zararlara yol açabilmekte, can ve mal kayıplarına sebep olabilmektedir. Bu sebeple debisi zamanla değişen kararsız taşkın akımların özelliklerinin belirlenmesi ve mecrası boyunca yayılımının incelenmesi gerekli önlemlerin alınabilmesi bakımından yüksek önem arz etmektedir. Taşkın dalgalarının akarsu üzerinde ilerleyişi esnasında karşılaştığı doğal ve yapay engeller bu dalgaların yapısında değişimlere yol açmaktadır. Bu çalışmanın amacı, açık kanal içine yerleştirilmiş bir daralma elemanının ve kanal sonuna yerleştirilmiş bir eşiğin taşkın dalgalarının kanal boyunca ilerleyişine etkisini belirlemektir. Bunun için eşiksiz ve eşikli mansap şartlarında daralmasız ve daralmalı olmak üzere toplam dört farklı durum ele alınmıştır. Deneysel çalışmalar Ege Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarı'nda yer alan 18 m uzunluğunda ve 70 cm genişliğinde dikdörtgen kesitli kanalda gerçekleştirilmiştir. Daralma yapısı olarak kanalda 6,35 m ile 11,65 m arasında genişliği 40 cm'e indirecek bir parça kullanılmıştır. Kanal mansabında kullanılan eşik 14,2 cm yüksekliğindedir. Kararlı akım deneyleri altı farklı debi durumunda yürütülmüştür. Kararsız akım deneyleri ikizkenar üçgen şeklinde baz ve pik debileri aynı, yükselme ve alçalma süreleri farklı olan iki hidrografın pompa motor devrini kontrol eden hız kontrol cihazı yardımıyla üretilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Kanalın besleme hattı üzerinde bulunan elektromanyetik debimetre ile debinin zamanla değişimi kaydedilmiştir. Kanal içinde girişe farklı mesafelerde ve farklı derinliklerde ultrasonik hız ölçer (FlowTracker, SonTek) kullanılarak hidrograf süresince üç eksenli noktasal hız ölçümleri yapılmış, hız zaman serisi elde edilmiştir. Kanalın belirli kesitlerinde akım derinliği IMP cihazı ile ölçülmüştür. Akım derinliği ve akım doğrultusundaki noktasal anlık hız zaman serisi kullanılarak eksenel ortalama hız hesaplanmıştır. Açık kanal sistemine verilen iki farklı giriş hidrografı çıkış hidrografıyla mukayese edilerek ötelenmesi ve yayılması hakkında bilgi edinilmiştir. İki farklı özellikteki hidrograf için eşik ve daralma yapılarının varlığının akım derinliği ve eksenel ortalama hızın zamanla değişimine etkisi incelenerek sonuçlar ortaya koyulmuştur.Floods can cause great socio-economic damages and lead to loss of life and property. For this reason, it is of great importance to determine the characteristics of the unsteady flows that change over time and investigate their propagation during this period. The natural and artificial obstacles faced by flood waves along the rivers interfere the structure of these waves. The purpose of this study is to determine the effect of a contraction element placed in an open channel and a downstream weir located at the end of a laboratory flume on the propagation of the flood wave. Four cases were considered, namely with and without a weir and with and without a contraction. Experimental studies were carried out in the 18 m long and 70 cm wide channel having rectangular cross section in the Hydraulic Laboratory of Ege University Civil Engineering Department. As a contraction element, a piece that will reduce the width of the zone between the points 6.35 m and 11.65 m of the channel to 40 cm was used in the channel. The height of the downstream weir used at the end of the channel is 14.2 cm. Steady flow experiments were conducted by usingwith six different flow rates. The unsteady flow experiments were carried out by using two hydrographs with the same base and peak values in the form of an isosceles triangle and different rise and fall durations generated by a pump speed control unit. The variation of the discharge with time was recorded with the electromagnetic flowmeter on the feed line of the channel. Three dimensional point velocity measurements were made during the hydrograph by using an ultrasonic velocity meter (FlowTracker, SonTek) at different locations and at different elevations in the channel, and velocity time series was obtained. In specific sections of the channel the flow height is measured with the IMP device. The centre-line mean velocity is calculated by using the streamwise instantaneous point velocity time series and flow depth. The generated input hydrograph is compared with the output hydrograph, and information about routing and propagation was obtained. The effects of the existence of the downstream and contraction structures on the variation of flow depth and centre-line mean velocity over time for two hydrographs were investigated and the results were presented