HİDROLİK

Alm. Hydraulik, Fr. Hydraulique (f), İng. Hydraulics. Sıvıların ve bilhassa suyun mekanik özellik ve davranışlarını deneysel (tecrübi) ve teorik olarak inceleyen uygulamalı (tatbiki) bir bilim dalı. Sıvılar vasıtasıyla kuvvetlerin nakil ve kontrolü. Hidroliğin tarihçesi: Nehir kenarında kurulan çok eski medeniyetlerde insan, hayvan ve bitkilere su sağlamak üzere pratik hidrolik bilgileri kullanılmıştır. Binlerce yıl önce Mısırlılar çok geniş rezervuar (hazne, sun’i göl), sulama ve su yolları ağlarını planlamış ve inşa etmiştir. Süleyman aleyhisselam devrinden kalma su hazneleri hala hayranlık uyandırır. M.Ö. 3000 yıllarından Mennes’in, Memphis bölgelerini sellerden korumak için Nil üzerine kargir bir baraj yaptığı söylenmektedir. Bu baraj, içme ve kullanma suyu da sağlıyordu. M.Ö. 2000 yıllarında Mısırlıların Nil Deltasını Kızıldeniz’e bağlayan bir kanal yaptığı ve bunun 1000 yıldan fazla bir süre Akdeniz ile Kızıldeniz arasında gemi geçişi için kullanıldığı sanılmaktadır. Muhtemelen M.Ö. 2300’de Mısırlılardan da önce mancınıklı kova şeklinde su yükseltme aracı Dicle-Fırat vadilerinde geliştirilmiş, M.Ö. 2400 yılında Babilliler Dicle Nehri üzerinde büyük bir baraj, geniş bir sulama ve su iletim ağı inşa etmiştir. Bunun kalıntıları hala görülmektedir. Eski devirlere ait gelişmiş sulama tesislerinin kalıntılarına bugün İsrail’in elinde bulunan Necef bölgesinde, Arabistan’ın güneyinde ve Çin’de rastlanmaktadır. Asur kraliçesi putperest Semiramis (M.Ö. 800) zamanında Van Ovasına su getirmek için yapılan 56 km’lik 4 m3/sn debili, Şamran Kanalı hala sulamada kullanılmaktadır. M.Ö. 385’te Kızıldeniz Akdeniz’e bağlıydı. Şam’da her evde su vardı. Çinliler 500 m derinlikte kuyu kazmıştı. Peru’da Kızılderililer mükemmel su tesisleri yapmıştı. Yunanlılar ve Romalılar büyük su kemerleri, tüneller ve limanlar da yapmış olmalarına rağmen önceleri hız ve diğer temel kavramları pek bilmiyorlardı. M.Ö. 3. yüzyılda Arşimet meşhur prensibini buldu. M.S. 100 yılında İskenderiyeli Hero birçok hidrolik makinalar planladı. Kendisi hız, debi vb. kavramları da biliyordu. Bundan yüzlerce yıl sonra bile, kendinden sonra gelen zamanın bilginleri bunları anlayamadılar. Hindistan’da çok sayıda büyük hacimli açık su hazneleri yapılmıştı. Bergama’da 20 atmosfer basınca dayanan borular kullanılmıştı. Hazret-i Muaviye zamanında Mekke’ye su getiren kemerler yapıldı. Halife Me’mun zamanında 9. yüzyılda Nil üzerinde seviye ölçümü başlatıldı. Halife Mütevekkil zamanında ve sonraları ölçü tertibatı yenilendi ve hala çalışmaktadır. Cabir, Biruni, Cezeri, Harezmi, Hazini, Tusi, Kereci, Amuli, Hirevi gibi alimler hidroloji, hidrolik yer altı suyu mevzuunda eserler yazmış ve bunlara ait prensipler kullanarak otomatik aletler yapmışlardır. Öz ağırlık ölçümü için hassas terazi yaptılar. Bunda ısı etkisini bile hesaba katmışlardı. Rönesans’tan sonra Leonardo da Vinci, kendisine kadar pek gelişmeyen hidrolik konusunda, deneysel ve teorik çalışmalar yapmış, dalgalar, çevrintiler ve borulardaki akışı anlatmış ve dalgaların yayılma, yansıma ve girişimini şekillerle göstermiştir. Galileo, serbest düşme kanunu ile dolaylı olarak hidroliğe katkıda bulunmuştur. Evangelista Toricelli bu kanunu orifislerden (deliklerden) çıkan suya uygulamıştır. On yedinci yüzyılda Blaise Pascal, Hidrolik pres ve basınç iletilebilirliği prensiplerine açıklık getirerek hidrostatik teorisini tamamlamış, aynı yüzyılın sonunda İsaac Newton hareket kanunlarını kurup, akışkan viskozitesi ve ataletten doğan akış direnci tariflerini geliştirmiştir. Bunun çalışmaları hidrolikte büyük ehemmiyet taşıyan ’enerjinin korunumu’ ve ’momentumun korunumu’ kanunlarına temel teşkil etmiştir. Modern gelişmeler: On sekizinci yüzyılın ilk yarısında sürtünmesiz (ideal) akışkanların matematiksel incelemesini yapan Leonard Euler ve Daniel Bernouilli ile klasik hidrodinamik hızla gelişmiştir. Aynı yüzyılın ikinci yarısı ve 19. yüzyılın başlarında matematiksel hidrodinamik ve deneysel hidrolik birbirinden bağımsız iki disiplin olmuştur. Bunlardan ilki Lord Kelvin, Lord Rayleigh, Sir George G.Stokes, Harace Lamb ve diğerleri tarafından, ikincisi ise Antoine de Chezy, Henry Darcy, Henry Bazin, James B.Francis, Robert Manning ve diğer birçok araştırıcı tarafından geliştirilmiş, 20. yüzyılda ise bu iki alan akışkanlar mekaniği olarak birleştirilmiştir. Boyut analizi ve küçültülmüş modellerin geliştirilmesi bu modern sentezi sağlamıştır. Osborne Reynolds hareketli tabanlı (kum gibi) nehir modelini ortaya koymuş ve William Froude bir deney tankında su içinde gemi modellerini çekme tekniklerini geliştirmiştir. Böyle modelle tabiat arasında geçerli ampirik bağıntılar elde edilmesi mümkün olmuştur. Ludwig Prandtl’ın 1904’te geliştirdiği sınır tabaka teorisi ideal akışkanın matematiksel teorisi ile hakiki akışkanların gerçek davranışı arasındaki boşluğu doldurmuştur. Halen üniversite ve hükumete ait (Ankara DSİ Araştırma Laboratuvarı gibi) laboratuvarlarda hidrolik konusundaki araştırmalar sürmektedir. Sıvıların mekaniği statik ve kinetik olarak ikiye ayrılır. Kinetik ise kinematik ve dinamik kısımlarından ibarettir. Fiziksel hidrostatik kanunları, sükunetteki (durgun) akışkanların tesirlerini ve özellikle basınç, basınç kuvveti, mutlak veya rölatif dengeyi inceler. Sıvı içinde birim yüzeye sahip bir noktadaki toplam (mutlak) basınç, yüzeydeki atmosfer basıncı ile o nokta üzerindeki sıvının ağırlığının toplamına eşittir. Havanın her tarafta var olması düşünülerek, aksi gerekmedikçe genellikle mutlak basınç yerine sadece sıvı ağırlığının doğurduğu efektif (etkin) basınç kullanılır. Ucu atmosfere açık basınç ölçekleri de bu basıncı gösterdiğinden buna ölçüm basıncı da denir. Basınç kuvveti, basınçla tesir alanının çarpımına eşittir. Sıvı içinde bir noktadaki basınç, her yönde aynı olduğundan ve sıvılar basıncı her tarafa aynen ilettiğinden, kaldırma kuvveti de bu basıncın yukarı yönelmiş değeri ile etki alanının çarpımından doğar. Basınç kuvveti etki ettiği yüzeye diktir. Küresel yüzeylerde merkezden geçer. Mutlak dengede sıvı tam durgun haldedir. Rölatif dengede, sıvıyı taşıyan kap hareket etmektedir. Hidrokinematik, etkiyen kuvvetler gözönüne alınmaksızın akışkan hareketini inceler. Hidrodinamik, ilgili kuvvetler ve birlikte meydana gelen enerji değişimleri de dahil olarak akışkan hareketini ele alır. Akışkan özellikleri, rölatif zaman ve mekan durumu, akışın basınçlı (boru içinde) veya cazibeli (açık kanal veya boru içinde yerçekimi etkisiyle) cereyan etmesi, hidrolik olayların karakteristiklerini teşkil eder. Sıvı özellikleri: Hidrolik, homojen olduğu kabul edilen kütlesel boyuttaki sıvılarla ilgilenir, moleküler boyutlarla meşgul olmaz. Katılardan farklı olarak, denge halindeyken sıvılar kesme kuvvetine mukavemet edemezler. Belirli bir şekle sahib olmayan bir sıvı kütlesinin sıcaklık ve basınçla sadece pek az değişen muayyen bir hacmi vardır. Fizik kanunları matematik eşitliklerle ifade edilir. Mekaniğin üç temel prensibi, hidrolikte de aynen uygulanır. Bunlar kütlenin korunumu (süreklilik), enerjinin korunumu (Bernoulli) ve momentumun korunumu prensipleridir. Hidrolik problemlerinin çözümünde bu prensipler ve ilgili eşitlikler yardımıyla gerekli hesaplamalar yapılmaktadır. Hidroliğin uygulama alanları: İnşaat mühendisliği içindeki hidrolik (su) mühendisliği alanında su getirme, kanalizasyon, sulama, kurutma, su ulaştırması, taşkın kontrolu, hidroelektrik enerji, erozyon kontrolu, arazi ıslahı, çevre kirlenmesi kontrolu, dinlenme tesisleri vb. projelerinde hidrolik bilgileri kullanılmaktadır. Su alma, iletim, biriktirme, dağıtma, toplama, tasfiye, ölçme ve kontrol yapıları vb. hep hidrolik esaslarına göre şekillendirilmektedir. Bu maksatla baraj, bağlama, kuyu, pompa, boru, galeri, açık kanal, denge bacası, cebri boru, türbin, kanal, menfez, hazne, sedde, kıyı duvarları, dalgakıran, kaplama duvarı, savak, köprü ayağı, gemi geçit ve inşa tesisleri, kapak, vana, ızgara, kum ve silt tutucu, çökeltim havuzu, havalandırma havuzu, yüzme havuzu, yüzdürme havuzu, çürütme tankı, kurutma yatağı vb. teşkilinde hep hidrolikten istifade edilmektedir. Hidrolik yardımı ile bilhassa sıvıların takriben sıkışmama ve aldıkları basıncı aynen iletme özelliklerinden faydalanılarak çeşitli makina ve mekanizmalar geliştirilmiştir. Cendereler, liftler, otomatik kontrol tertibatları, frenler, inşaat makinaları, silahlar, hava ve deniz vasıtalarına ait makinalar vb. hep hidrolik prensiplerine dayanmaktadır. Hidrolik, boru içinde katı madde taşınması, bitkilerde su ve kan dolaşımının incelenmesinde de kullanılmaktadır. HİDROLİZ; Alm. Hydrolyse (f), Fr. Hydrolyse (f), İng. Hydrolysis. Bir bileşiğin su vasıtası ile bölündüğü kimyasal bozunma reaksiyonu. Bu reaksiyonda su da bölünmeye uğrar. Hidroliz reaksiyonunun genel ifadesi: RX+HOH › RH+XOH şeklindedir. Metalik, metalik olmayan ve organik bileşikler hidrolize uğrayabilirler. Hidroliz olayı, su yerine başka sıvı ile olursa bu olaya solvaliz denir. Yağlar hidrolize edilirse sabun elde edilir. Bu reaksiyona da sabunlaşma reaksiyonu denir. Çay şekeri (sakkaroz) hidrolize edilirse glikoz ve fruktoz elde edilir. Odun artıklarındaki selülozun hidrolizi ile şeker ve alkol elde edilebilir.Bitki ve hayvan hücrelerindeki hidroliz reaksiyonları enzimler tarafından katalize edilir ve böylece nişasta, maltoz ve dekstrine hidrolize olur. Metal tuzlarının hidrolizi ile baz ve asid meydana gelir. Mesela potasyum siyanürün (KCN) hidrolizinden potasyum hidroksit (KOH) ve siyanür asidi (HCN) elde edilir. Potasyum hidroksit kuvvetli baz olduğundan reaksiyonun yapıldığı ortam bazik olur. Yine benzer şekilde amonyum klorür (NH4Cl) suda çözülürse hidrolize uğrar ve amonyum hidroksit ile hidrojen klorür asidi elde edilir. Hidrojen klorür asidi kuvvetli olduğundan ortam asidik olur. Organik bileşiklerin hidrolizine tipik misal olarak etil klorürün (C2H5Cl) hidrolizi verilebilir: C2H5Cl + HOH › C2H5OH + HCl Ametal halojenürler su ile hidroliz olarak iki ayrı aside bölünür. HİDROLOJİ; Alm. Hydrologie, Fr. Hydrologie, İng. Hydrology. Suyun tabiatta bulunuşunu, yerküresinde (yani atmosfer, yeryüzü ve yeraltındaki) dolaşım ve dağılımını, özelliklerini ve çevre üzerindeki etkilerini ölçüm ve hesap yoluyla inceleyen ilim. Karalar üzerindeki su, kar ve buz; akarsular, göller ve denizlerdeki su ve buz; zeminin içindeki boşluklarda (yeraltında) bulunan su ve atmosferdeki su buharı, hidrolojinin konusunun esasını teşkil eder. Kuraklık, seller, buzullar, yağmur, kar, dolu yağışı ve erozyon da hidrolojideki başlıca önemli mevzulardır. Su, büyüme dahil hayatın her safhasında, zirai ve sınai sahalarda ve eğlence-spor gibi faaliyetlerde vazgeçilemeyen bir maddedir. Bu yüzden, suyun dağılımı, korunması, ne şekilde elde edilebileceği ve nasıl kontrol edilebileceği ile ilgilenen bu bilim dalı insanlık için çok mühimdir.

 Ancak su, aynı zamanda, fevkalade güçlü, yıkıcı bir unsur da olabilmektedir. Sık sık görülen seller ve kıyılardaki müthiş fırtınalar, büyük ölçüde can ve mal kaybına sebeb olmaktadır. Ayrıca, arasıra yükselen yeraltı su seviyesi, zirai sahalarda çok büyük kayıp ve zararlara yol açabilmektedir. Hidroloji ilmi, suyun bu tahripkar kuvvetini kontrol üzerinde de önemli çalışmalar yapar. Diğer fen bilimlerinde olduğu gibi, hidroloji de matematik, fizik ve kimya gibi bilim dallarından faydalanır. Her ne kadar jeoloji, jeokimya, zemin mekaniği, oşinografi ve meteorolojinin aralarındaki sınırlar çok bariz değilse de, herbirinin kendine has bir araştırma konusu vardır. Sudan faydalanma ve korunma yapılarının projelendirilmesi tabiattaki su miktarı ve özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür. Bunu ise hidroloji temin eder. Tarihçe: Çok eski kavimler bile yüzeysel ve yeraltı sularını toplama, biriktirme ve dağıtma ve sellerden korunma konusunda büyük maharet göstermiştir.Bilhassa yüzeysel suların miktar ve zamanını ölçmek için çeşitli usuller keşfetmişlerdir. Bunlarla ilgili teoriler ile birlikte de hidroloji bilimi kurulmuştur. On yedi ve on sekizinci asırlarda Pierre Perrault, Edne Mariotte ve Edmund Halley Paris’teki Sen Nehri akışını ve Akdeniz’deki buharlaşmayı ölçmüşlerdi. Yirminci asırda dünya üzerinde pekçok yerlerde bu çeşit ölçümler yapılmaya başlanmıştır. Böylece hidroloji bilimi modern anlamıyla ortaya çıkmıştır. Hidrolojik çevrim (Tabiattaki su dolaşımı): Okyanuslardan atmosfere atmosferden karalara ve nihayet yine okyanuslara doğru olan su dolaşımını ifade eden hidrolojik çevrim, hidrolojinin esasını teşkil eder. Devamlı olarak hareket eden hava kütlelerinin tesiri ile su, deniz ve karalar içinde, yüzeyinde ve üstünde hareket eder. Bir hava kütlesi soğuk bir hava ile temasa gelince veya yükselince soğur ve içindeki su, bulut olarak yoğunlaşır, yağmur, kar veya dolu haline gelir. Yağış daha havada iken veya yeryüzüne ulaştıktan sonra su, kısım kısım süratle buharlaşır, yüzeyde akışa geçer, zemine sızar, yüzeydeki boşluklarda birikir. Toprağa giren su ise yine bölüm bölüm yüzey altındaki boşlukları doldurarak, daha aşağılara süzülür, buralarda birikir ve yeraltı suyu olarak akar. Toprakta tutulan su, bitki kökleriyle emilir ve yapraklardan buharlaşarak atmosfere döner. Sonra terleme etkisi ile tekrar yüzeye ulaşır ve buradan buharlaşarak atmosfere döner. Buharlaşmaya evaporasyon da denir. Tarlalardan ve ekinden buharlaşan su, bitkinin su ihtiyacını gösterir ve evapotranspirasyon adını alır. Seviye farkları ve jeolojik yapıya göre yüzey ve yeraltındaki suların biri diğerine ulaşır. Buharlaşmayan akarsular da, neticede okyanuslara varır. Hidroloji daha çok suyun, yağış olarak yeryüzüne inmesinden deniz veya okyanuslara varmasına kadar olan safhaları ile ilgilenir. Bunlar; yağış miktarı şiddetli, kar ve buzul halinde biriken su miktarı, buzulların büyüme ve küçülme nisbetleri, akarsu yatakları boyunca çeşitli noktalardaki debiler, göllerdeki su miktarının artma veya azalması, zemine sızma hızı ve miktarı, zemin nemindeki değişmeler, yeraltı suyu miktarının bir göstergesi olarak kuyulardaki su seviyelerinin değişmesi, yeraltında biriken suyun hareket hızı, menba (pınar, kaynak) akışları ve yeryüzüne çıkan su sızıntıları, yeraltı suyu ve yüzeysel akışın taşıdığı çözünmüş ve muallak (asıntı) maddelerin su kullanımına etkisi ve göl, akarsu, toprak ve bitkilerden buharlaşarak giden su miktarı değerleridir. Bunların ölçümleri, işe yarar bilgilerin toplanması ve analizi, sonuçların gerçek problemlere tatbiki ve ilerisi için geçerli metotlar kurulması, yani kısacası hidrolojik çevrimdeki sularla ilgili temel prensip ve kanunların ortaya konulması da hidrolojinin işidir. Denizlerden buharlaşan su, hareket eden hava kütleleri tarafından karalar üzerine taşınır ve yağmur veya kar halinde yeryüzüne iner. Bu suyun takriben üçte biri yüzeyden veya yeraltından akış suretiyle tekrar denizlere ulaşır. Geriye kalan üçte ikisi ise, buharlaşma veya bitki yapraklarından terleme suretiyle atmosfere döner. Böylece güneş enerjisi deniz suyunu damıtarak, meydana gelen tatlı suyun, karalar üzerinde bitkilerin, hayvanların ve insanların ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde dağılmasını sağlar. Bununla beraber bu tatlı su, dünyanın bütün kısımlarına sürekli olarak mahalli ihtiyaçları karşılayacak biçimde verilmemektedir. Çöl bölgeleri çok az su alır veya hiç almaz. Diğer bazı bölgeler ise çok fazla su alır. Normal yağışın yeterli olduğu bölgelerde bile uzun süre devam eden kuraklıklar veya fazla yağışın sellere sebeb olduğu periyotlar (zaman aralıkları) mevcut olabilir. Hidroloji bilginleri kuraklık ve sellerin muhtemel büyüklüğünü tahmin etmeye ve muayyen bir bölgede kullanılabilecek mevcut suyun miktarını tayine çalışır. Ayrıca, barajgölü haznelerinin işletilmesi ve acil sel korunması ile ilgili kısa süreli sel ve su temini tahminleri yapar. Bundan dolayı hidroloji ilmi sel zararlarını azaltma, su kuvveti geliştirilmesi, erozyon kontrolü, içme ve temizlik için evlerde kullanma ile tarımda, endüstride kullanma maksadıyla yeterli su temini projelerinin hazırlanmasında esas alınır. Hidrolojik çevrimin elemanları ilgili duruma göre kayıp veya kazanç olarak birikmiş sudaki değişimi gösterecek şekilde denge halindedir. Buna hidrolojik denge denklemi denir. Suyun kaynağı: Menbaların ve açık havalarda akarsuların yeraltından gelen uzak bölgelere düşen yağışlarla beslendiği bilinmektedir. Bir nehrin, beslenme havzasına düşen yağışların, meydana gelen akışı sağlamaya kifayet edecek büyüklükte olduğu ölçülerle ortaya konmuştur. Su kalitesi: Düşen yağmur damlalarının ve akan suyun haiz olduğu enerjinin çoğu toprak ve kayaların erozyonuna harcanır. Toprakta erozyonun başlamasında yağmur damlalarının çarpma etkisinin önemli olduğu gösterilmiştir. Bitki örtüsü bu etkiden toprağı koruyarak erozyonu azaltır. Akarsular ise vadilerin tabanını ve kıyılarını aşındırarak kanyonlar ve sel yatakları meydana getirir. Zirai yönden mühim alanlar olan ekime müsait vadilerin ve verimli deltaların meydana gelmesinde de erozyon mühim bir tabii olay olarak karşımıza çıkar. Mamafih, insanların yaptıkları ekim ve diğer faaliyetler, değerli olan yüzeysel toprağın erozyonunu hızlandırabilir. Bu toprak, sonuçta daha aşağıdaki rezervuarlarda faydalı depolama hacmini azaltır ve yatakları doldurarak tıkar. Hidroloji, erozyonu asgari seviyeye indirici çareleri bulmak ve akarsuların taşıdığı sediment (sürüntü maddesi) miktarını tayin etmekle uğraşır. Bunun için yeryüzü erozyonu mekaniğinin ve çeşitli koruyucu tedbirlerin erozyon miktarı üzerindeki etkisinin ve akarsuda sürüntü maddesi hareketi mekaniğinin ele alınması ve incelenmesi gerekir. Akarsudaki asıntı maddelerin miktarını ölçmek için suya bir nümune alma kabı daldırılarak bu maddeyle dolu su nümunesi alınır, süzgeç kağıdından geçirilir, kağıt kurutulup tartılarak maddenin konsantrasyonu bulunur. Bu değer, toplam akış hacmi ile çarpılarak, toplam madde miktarı elde edilir. Aynı şekilde dipte sürüklenen maddelerin miktarı da bir kap yardımı ile tayin edilir. Ayrıca suda, havzadaki çeşitli kaya ve topraklardan çözünme sureti ile katılmış mineraller de bulunur. Suyun kimyasal analizi yapılarak bunların mikdarları belirlenir ve gerekli ise tasfiye edilmeleri için çökeltme, süzme, adsorblama, iyon değiştirme, dezenfekte etme gibi işlemler de uygulanarak su, sulama, kullanma veya endüstri suyu olarak faydalanma maksadına uygun hale getirilir.

Yeraltı sularının kimyasal analizi suların orijinlerinin belirlenmesine de yarar. Bundan başka suların radyoaktif özellikleri de önem taşıyabilir. Bakteriyolojik analizler suyun mikroplar yönünden kirli olup olmadığını ortaya koyar.