Dergiler / Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi / 2020 / Cilt: 10 - Sayı: 2
İtki Dalgalarının Oluşumunda Ölçek Etkisi, Hareket Süresi ve Çarpma Hızının Model Deneyler ve 3 Boyutlu Nümerik Simülasyonlarla Değerlendirilmesi
- Sayfa
- 514–525
- DOI
- —
Özet
İtki dalgaları, baraj veya göl alanlarında heyelan, kaya düşmesi, çığ, moloz ve çamur akması gibi doğal jeolojik olayların tetiklemesi sonucu meydana gelmektedir. Oluşan dalganın hızı ve yüksekliği yamaç boyunca eğim aşağı hareket eden kütlenin suya çarpma hızına bağlıdır. Çarpma hızı ise yamaç eğimine, hareket eden kütlenin konumuna, fiziksel ve mekanik özelliklerine bağlıdır. İtki dalgalarının özellikleri, sayısal ve ampirik yaklaşımlarla belirleneceği gibi hidrolik modellerle de belirlenebilmektedir. Bu çalışmada ise ölçek etkisi ve hareket eden kütlenin suya çarpma hızları farklı yöntemler kullanılarak modellenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında tasarlanan bir hidrolik model üzerinde fiziksel deneyler yapılmış, 0.4 m3 hacimli bir havuz, yükleme rampası, yüksek hızlı kamera ve akışkan olarak su kullanılmıştır. Farklı rampa açılarında hareket eden suyun havuz tabanına ulaşma süresi, çarpma hızı ve havuzda oluşan dalga yüksekliği değerleri hesaplanmıştır. Aynı model, 3 boyutlu nümerik çözümleme yapan FLOW-3D programı kullanılarak farklı ölçeklerde tanımlanmış (0.1x, 1x, 10x, 100x, 1000x), farklı yoğunlukta akışkanlar (800-2000 kg/m3) kullanılarak çözümleme yapılmış ve serbest su seviyesi yükseklikleri tespit edilmiştir. Nümerik ve hidrolik model kullanılarak tanımlanan parametreler ampirik ilişkiler kullanılarak da belirlenmiştir. Yapılan nümerik çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre hidrolik model hangi ölçekte olursa olsun elde edilen sonuçların ölçekten etkilenmediği tespit edilmiştir. Her 3 yöntem kullanılarak belirlenen, su hareket hızı, çarpma hızı ve maksimum dalga yüksekliği değerleri arasındaki farkın %2-3 arasında değiştiği tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar basit rezervuarlar için ve kısa mesafeler için ölçek etkisinin önemsiz olduğunu ve hesaplamalarda ampirik ilişkilerin yeterli olabileceğini göstermiştir.
Abstract
Impulse waves occur as a result of natural geological events such as landslides, rock falls, avalanches, rubble and mudflows in dam or lake areas. The celerity and height of the formed wave depends on the impact velocity of the mass moving into the water. The impact velocity depends on the slope, the location of the sliding materials, and their physical and mechanical properties. The characteristics of the impulse waves can be determined by numerical and empirical approaches as well as by hydraulic models. In this study, the scale effect and the slide impact velocity were modeled using different methods and the results obtained were compared. A hydraulic model, which was made of a pool of 0.4 m3 volume, loading ramp, high speed camera, and water as fluid, was designed to carry out the physical experiments within the scope of the study. The time it takes for the fluid to reach the bottom of the pool, the impact velocity of the fluid and the wave height were calculated for various ramp angles. The same model has been defined in different scales (0.1x, 1x, 10x, 100x, 1000x) using FLOW-3D program that performs 3-dimensional numerical analysis. Analysis were carried out using different density fluids (800-2000 kg/m3), and values of free surface elevation were determined. The parameters defined using the numerical and hydraulic model were also determined using empirical relationships. According to the results obtained from the numerical studies, it has been determined that the results obtained are not affected by the scale regardless of the scale of the hydraulic model. It has been determined that the difference between water celerity, impact velocity and maximum wave height values determined between all 3 methods varies between 2-3%. The results showed that the scale effect is insignificant for simple reservoirs and for short distances and empirical relationships may be sufficient for the calculations.