Hidrolik yapılar üzerinde gerçekleşen havalanmanın nehirlerdeki çözünmüş oksijen dengesi ve atık su arıtma sistemlerinin optimizasyonu üzerine etkileri
Effects of aeration through the hydraulics structures on dissolved oxygen balance in rivers and on the optimization of wastewater treatment system
Yazar: EGEMEN ARAS
Danışman: PROF. DR. MEHMET BERKÜN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Havalanma = Aeration ; Hidrolik yapılar = Hydraulic structures

Özet:
Akarsularda su kalitesinin en önemli parametrelerinden biri su içerisindeki çözünmüş oksijen miktarıdır. Çözünmüş oksijen miktarı suyun kalitesini önemli ölçüde etkiler. Akarsular üzerine yapılan hidrolik yapılar, su-hava dengesinin belirlenmesinde sadece yapısal olarak değil, akarsu üzerindeki ekolojik etkisi açısından da değerlendirilir. Hidrolik yapıların tipi, yeri gibi özellikleri akarsu havalanmasının boyutları açısından çok önemlidir. En uygun havalandırma, çevre şartları ve akımın durumuna uygun olarak seçilen hidrolik yapılar ile sağlanabilir. Kirliliği yüksek olan akarsularda, hidrolik yapıların mansabında artan çözünmüş oksijen miktarı ile birlikte bir temizlenme olurken, aşırı oksijen konsantrasyonu oluşması durumunda canlı yaşamı olumsuz etkilenebilir.Bu çalışmanın amacı, akarsu üzerinde oluşturulan bir hidrolik yapıda meydana gelen havalanmanın, akarsu üzerindeki çözünmüş oksijen dengesi üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Öncelikle akarsu üzerine kurulan bir barajın memba ve mansabı arasındaki havalanma verimliliği konusunda çalışılmış ve daha sonra akarsu boyunca çözünmüş oksijen konsantrasyonunun nasıl bir salınım yapacağı incelenmiştir.Bu amaçla çalışmanın ilk bölümünde, çözünmüş oksijen transferi ve akarsu kirlenmesi ile ilgili genel bilgiler verilerek bunların arasındaki bağ incelenmiştir. Literatürdeki araştırmacıların akarsulardaki oksijen transferi ile ilgili yaptığı çalışmalar verilmiş, laboratuar ve saha çalışmaları irdelenerek çıkardıkları denklemler verilmiştir. Daha sonra oksijen eğrisi hakkında bilgi verilerek oksijen transferini etkileyen faktörler açıklanmıştır.İkinci bölümde, laboratuarda kanal üzerinde yapılan model çalışmada, düz ve basamaklı savaklara sahip bir barajın akarsu üzerindeki çözünmüş oksijen dengesi üzerindeki etkileri incelenmiş ve elde edilen verilerle bir akarsu üzerindeki çözünmüş oksijen miktarını çıkartabileceğimiz matematik denklemler ve eğriler geliştirilmiştir. Son bölümde, çözünmüş oksijen konsantrasyonunun, akarsu üzerinde kurulacak atıksu arıtma tesislerinin üzerine oluşturacağı etkileri inceleyen bir bilgisayar programı geliştirilerek maliyet optimizasyonu yapılmıştır.

Abstract:
One of the most important parameters of water quality in rivers is dissolved oxygen content in the water. In order to determine water-air balance, hydraulic structures constructed on rivers are evaluated not just as structural but also in regards to ecologic effect on the river. Types and place of hydraulic structures have major importance in regards to scope of river reaeration. In highly polluted rivers, while being cleaned by increasing dissolved oxygen in the downstream of hydraulic structures, excessive oxygen concentration may affect life negatively.The purpose of this study is to research and analyze the effect of aeration occurred through the hydraulic structure on dissolved oxygen balance on the river. Primarily, subject of aeration efficiency between upstream and downstream of a dam constructed on a river has been studied and then, it is researched that how dissolved oxygen concentration makes swing along the river.In the first section, general information about dissolved oxygen transfer and river pollution has been given for this purpose and relation between them has been researched. The studies of researchers in literature about oxygen transfer in rivers have been given, laboratory and field studies have been examined and equations that they have obtained have been given. Then, information about oxygen sag curve has been given and factors affecting oxygen transfer have been explained.In the second section, the effect of a dam that has smooth and stepped spillway on dissolved oxygen balance on the river has been researched in a model study carried out on a canal in laboratory and mathematical equations and graphs have been developed for obtaining dissolved oxygen amount by using data obtained. In the last section, cost optimization has been done by developing computer software that researches possible effects of dissolved oxygen concentration on waste water treatment facilities that would be constructed on the river.