Karayolları köprü ve menfez tasarım debilerinin coğrafi bilgi sistemleri ile belirlenmesi
Determination of peak design flows of highway bridges and culverts with geographical information systems
Yazar: SİDAR AKSAKAL
Danışman: DOÇ. DR. NECATİ KAYAALP
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Havza modellemesi = Basin modelling ; Hidrolojik analiz = Hydrological analysis ; Menfezler = Culverts

Özet:
Günümüzde coğrafi bilgi sistemleri (CBS), hidrolojik havza modellemesinin ayrılmaz bir parçasıdır. Havzanın drenaj alanı ve drenaj ağı, toprak yapısı ve bitki örtüsü, ortalama eğim, konsantrasyon süresi vb. hidrolojik parametreler CBS programları kullanılarak daha hızlı ve doğru bir şekilde belirlenebilir. Bu hidrolojik parametreler daha sonra mühendislik yapılarının tasarımında kullanılacak olan pik tasarım debilerini elde etmek için hidrolojik modelleme programlarında girdi olarak kullanılırlar. Bu çalışmada, Python programlama dili kullanılarak, herhangi bir havzanın hidrolojik özelliklerinin otomatik olarak belirlenmesini sağlayan açık kaynaklı bir CBS yazılımı olan QGIS için QSCS adlı bir eklenti geliştirilmiştir. Temelde girdi olarak seçilen eğri numarası veri seti ve yükselti rasterleriyle birlikte kullanıcıdan alınan koordinatları belli bir çıkış noktasına göre havza tasviri yapan QSCS, birtakım algoritmaların çalışmasından sonra HEC-HMS adlı hidrolojik simülasyon programı için bir şablon hazırlamaktadır. Bu çalışmada QSCS eklentisi kullanılarak 0.15 ve 0.36 biçim faktörlerine sahip iki farklı havzanın özellikleri belirlenmiştir. Belirlenen bu özellikler HEC-HMS programına aktarılmış ve her iki havza çıkışında gözlenen pik debiler sırasıyla 20.1 ve 38.2 m3/s olarak tahmin edilmiştir. Aynı zamanda tez çalışmasına uygulanabilirlik katması açısından havzalardan birinin çıkışında bir menfez yapılması planlanmıştır. Bu kapsamda HY-8 bilgisayar programında tasarım yapılmış olup 3x3 boyutlarında bir menfez seçilmesine karar verilmiştir. Çalışma sonucunda, pik tasarım debilerinin doğru tahmininde havzaların uygun şekilde alt havzalara bölünmesinin son derece önemli olduğu görülmüştür. Çok küçük boyutlarda seçilen alt havzaların pik debiyi yaklaşık iki kat daha yanlış tahmin ettiği görülmüştür. Ancak havza alanının çok büyük seçilmesinin hesaplama süresini pratik olmayan bir şekilde artırdığı görülmüştür. Aynı zamanda birçok althavzalara bölünen bir havzada çoğunlukla daha önceki gözlemlere dayanarak parametreleri seçilen bir akış yönlendirme metodunun seçilmesi ve doğru bir şekilde uygulanması gerektiği görülmüştür.

Abstract:
Today, geographic information systems (GIS) are an integral part of hydrological basin modeling. Hydrological parameters such as the drainage area and drainage network of the basin, soil structure and vegetation, average slope, concentration time, etc. can be determined more quickly and accurately using GIS programs. These hydrological parameters are then used as inputs in hydrological modeling programs to obtain peak flow rates used in the design of engineering structures. In this study, by using the Python programming language, a plug-in called QSCS was developed for an open-source GIS software QGIS, which allows the automatic determination of the hydrological characteristics of any basin. QSCS, which basically delineates the basin according to a certain outlet point with the curve number data set and elevation raster selected as input, prepares a template for the hydrological simulation program called HEC-HMS after running some algorithms. Using this plugin, the characteristics of two different basins with form factors of 0.15 and 0.36 were determined. These determined features were transferred to the HEC-HMS program and the peak flow rates observed at both basin outlets were estimated as 20.1 and 38.2 m3/s, respectively. In addition, a culvert were planned at the exit of one of the basins in order to give a practical aspect to the thesis study. In this context, a design was made with the HY-8 computer program and it was decided to choose a box culvert with 3x3 dimensions. As a result of the study, it was seen that it is extremely important to divide the basins into sub-basins appropriately in the correct estimation of the peak flow rates. It was observed that the sub-basins selected in very small sizes predicted the peak flow approximately twice as wrong. However, it was seen that choosing the basin area too large increased the calculation time in an impractical way. In addition, in a basin that is divided into many sub-catchments, it has been seen that a flow routing method whose parameters are chosen mostly based on previous observations should be selected and applied correctly.