EPA SWMM modelinin yeşil çatı modelleme performansının değerlendirilmesi ve yeşil çatı drenaj akışı denklemi geliştirilmesi
Evaluation of green roof modeling performance of EPA SWMM model and development of green roof drainage flow equation
Yazar: KAVSAR BAKO
Danışman: PROF. CEVZA MELEK KAZEZYILMAZ ALHAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Drenaj = Drainage ; Hidrolojik modelleme = Hydrological modelling ; Sürdürülebilir kentleşme = Sustainable urbanization ; Yağmur suyu = Rain water ; Yeşil çatı = Green roof

Özet:
Kentleşme ile birlikte artan geçirimsiz alanlar ve azalan yeşil alanlar, doğanın hidrolojik döngüsünü ve ekolojik sistemi olumsuz yönde etkilemektedir. Yağış sonucu oluşan yüzeysel akışın pik debisi geçirimsiz yüzeyde artmakta ve taşkın tehlikesi oluşturabilmektedir. Kentleşmenin getirdiği bu olumsuz sonuçları azaltmak ve doğanın dengesini korumak için "Yeşil Altyapı" olarak da bilinen "Düşük Etkili Kentleşme (DEK)" uygulamaları yağmur suyu yönetim araçları olarak ortaya konmuştur. En sık kullanılan DEK tipleri arasında yeşil çatı, biyotutma, sızdırma hendeği, bitkili yağmur hendeği ve geçirgen asfalt bulunmaktadır. DEK uygulamalarının başlıca amacı, kentleşen alanlarda hidrolojik döngüyü korumak ve bunun için, akışın sızmasını, buharlaşmasını, depolamasını ve gecikmesini sağlayacak özel tasarlanmış yeşil ve geçirimli alanları oluşturmaktır. Bu tez kapsamında incelenmiş olan yeşil çatılar, sıklıkla görülen bir DEK uygulamasıdır. Şehirlerde geçirimsiz alanların yaklaşık yarısını oluşturan çatıların yeşil çatılara dönüştürülmesi ile kentleşmenin olumsuz etkilerinin azaltılacağı düşünülmektedir. Yeşil çatılar, drenaj katmanı, yetiştirme ortamı için gerekli olan toprak katmanı ve bitki örtüsünün bulunduğu yüzey katmanı olmak üzere üç ana katmandan oluşmaktadır. Bu katmanların, özellikleri, yağmur suyunu depolayarak drenaj akışını azaltmak ve yüzeysel akışı kontrol edebilmektir. Bu çalışmada öncelikle yeşil çatının performansını etkileyen tasarım parametreleri duyarlılık analizi yapılarak belirlenmiş ve bu analizler için Yağmur Suyu Yönetim Modeli (EPA SWMM) kullanılmıştır. Sonra, EPA SWMM'in yeşil çatılar için hidrolojik modelleme ilkelerini değerlendirmek üzere kullandığı yöntem incelenerek hipotetik bir yeşil çatı için örnek çözüm yapılmış ve EPA SWMM modelinde yeşil çatı modülü için iyileştirme ihtiyacı olan hususlar belirlenmiştir. Daha sonra yeşil çatı modülünde drenaj matını temsil eden drenaj katmanının modelleme performansını iyileştirmek için drenaj akışı hesabını yapan denklem geliştirilmiştir. Son olarak EPA SWMM ve geliştirilen denklem kullanılarak yapılan yeşil çatı modelleme çıktıları deneysel verilerle kıyaslanarak test edilmiştir. Sonuç olarak geliştirilen denklem ile elde edilen çıktıların EPASWMM ile elde edilen çıktılara göre deneysel verilere daha yakın olduğu görülmüştür.

Abstract:
The increase in impervious surfaces and the decrease in green spaces due to the urbanization have negative effects on the ecological system and the natural hydrological cycle. In urban areas, storm water runoff peak increases on impervious surface, which may result in flooding events. To reduce the negative impacts of urbanization and preserve the natural hydrological cycle, "Low Impact Development (LID)" practices also known as "Green Infrastructure" are introduced for storm water management. Green roof, bio-retention, infiltration trench, vegetative swale and impermeable asphalt are among the most common LID types. The main goal of LID practices is to restore the natural hydrological cycle and for this purpose, LID provides permeable surfaces that allows storm water infiltration, evaporation, transpiration, and runoff delay. Green roofs, which are evaluated within the scope of this thesis, are a popular type of LID practices.  About half of the impermeable areas consist of roofs in urban regions. Thus, the change of roofs of buildings into green roofs will greatly help to reduce the negative impact of urbanization. Green roofs typically consist of three main layers: Drainage layer, soil layer for growing plants and surface layer for vegetation. Based on the properties of these layers, green roofs are able to store rainwater, decelerate the drainage flow, and reduce the peak flow. In this study primarily, sensitivity analyses are performed using the EPA Storm Water Management Model (SWMM) to identify the design parameters which influence the green roof performance. Next, the methodology used in EPA SWMM Green Roof Module for green roof modeling is evaluated, and a hypothetical green roof is solved. Thereby, the issues, which need improvements, are determined. Then, an improved equation for the drainage mat model is developed which calculates the drainage flow. Finally, the SWMM model results and results of the improved equation are compared with experimental data. Based on the comparisons, the results of improved equation are in better agreement with the experimental data than the results of EPA SWMM.