Akustik yöntemlerle askı malzemesi ölçümlerinde katı madde özelliklerinin etkisi
Effects of sediment properties in suspension with acoustic measurement methods
Yazar: AKIN ARAS
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAN ŞAHİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı ve Liman Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Akustik = Acoustic ; Geri saçılım = Back scattering ; Hidroakustik yöntem = Hydroacoustic method ; Katı maddeler = Solid matters ; Sensörler = Sensors

Özet:
Atmosferik ve hidrodinamik olaylar ile yer hareketleri nedeniyle meydana gelen su alanındaki katı madde hareketleri doğa bilimlerinin karmaşık problemlerinden birisidir. Katı maddelerin taşınmasına neden olan bu olaylar deprem, rüzgar ve dalga gibi karmaşık fiziksel süreçler içerirler. Doğada katı maddelerin farklı fiziksel ve kimyasal özelliklerde bulunması da bu problemi daha karmaşık hale getirmektedir. Katı madde hareketi miktarı tespitinin doğruluğunu arttırmaya yönelik çalışmalar devam etmektedir. Günümüzde henüz güncelliğini yitirmemiş bu araştırma içinse çoğunlukla uzaktan algılayıcı sensörler kullanılmaktadır. 
Yıldız teknik Üniversitesi'nde yürütülmüş bu çalışmada katı madde olarak kum-kil karışımları kullanılmıştır. Uzaktan algılayıcı sensör olarak ise Nortek ADVP (Akustik Doppler Hız Profilleyici) kullanılmıştır. Laboratuvar ortamındaki bir su tankında askı haline getirilen katı maddeden yansıyan sinyaller cihaz tarafından toplanmıştır. Deney verileri daha sonra Matlab programı kullanılarak su altı akustiğinin mevcut yaklaşımlardan katı-elastik küre yaklaşımı ile çözümlenmiştir. Artan konsantrasyon şartlarında askıdaki katı madde karışımındaki kil içeriği arttırılarak cihaz tarafından toplanan sinyaldeki değişimler incelenmiştir. 
Kum ve kilden oluşan süspansiyondaki kil oranı arttıkça, çok daha küçük tane çaplarına sahip kil taneleri karışımı sayıca domine etmiştir. Karışımdaki tane çapları küçüldükçe tanelerin akustik sinyali yansıtma yetenekleri de zayıflamıştır. Süspansiyonun ortalama tane çapı küçüldükçe aynı konsantrasyon için daha düşük sinyal seviyeleri ölçülmüştür. 
Yapılan ölçümlerden elde edilen veriler analiz edildiğinde yansıyan akustik sinyal ile katı madde konsantrasyonu arasında da yüksek korelasyonlar elde edilmiştir. Tanktaki konsantrasyon arttıkça ölçülen akustik sinyal değeri de belirli bir konsantrasyon değerine kadar artmıştır. Bu değer ise her bir karışım için 5kg/m3 ile 8kg/m3 arasında farklılık göstermiştir. Yüksek konsantrasyona bağlı olarak yansıyan sinyaldeki sönümlenme etkisi artmış ve bu davranışa etkisi araştırılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçların teorik ifadeler ile uyumlu olduğu görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Askıdaki katı madde konsantrasyonu, akustik sensörler, akustik geri saçılma, koheziv katı madde karışımları

Abstract:
Sediment movements in the water area due to atmospheric and hydrodynamic events and ground movements are one of the complex problems of natural sciences. These events, which cause the transport of sediments, include complex physical processes such as earthquakes, winds and waves. The fact that sediments have different physical and chemical properties in nature makes this problem more complicated. Studies to increase the accuracy of the determination of the amount of sediment movement are continuing. In current studies, remote sensing sensors are mostly used for this research.
In this study, carried out at the Yıldız Technical University, sand-clay mixtures were used as sediment. A Nortek ADVP (Acoustic Doppler Velocity Profiler) was used as the sensor. The signals reflected from the solid material suspended in a water tank in the laboratory environment were collected by the device. Experimental data were then analyzed by using the Matlab program, with the solid-elastic sphere approach, one of the existing approaches for studying underwater acoustics. The changes in the signal collected by the device were investigated by increasing the clay content in the suspended solids mixture under increasing concentration conditions. 
As the clay ratio in the suspension consisting of sand and clay increased, clay grains with much smaller grain diameters dominated the mixture in number. As the particle diameters in the mixture got smaller, the acoustic signal reflection ability of the particles weakened. As the mean particle diameter of the suspension decreased, lower signal levels were measured for the same concentration.
When we analyzed the data obtained from the measurements, high correlations were obtained between the reflected acoustic signal and the suspended sediment concentration. As the concentration in the tank increased, the measured acoustic signal value also increased up to a certain concentration value. This value differed between 5kg/m3 and 8kg/m3 for each mixture. Depending on the high concentration, the attenuation effect on the reflected signal increased and its effect on this behavior was investigated. The experimental results obtained in this study are highly compatible with the theoretical expressions in the literature.
Keywords: Suspended sediment concentration, acoustic devices, acoustic backscatter, cohesive sediment mixtures