İtki Dalgalarının Oluşumunda Ölçek Etkisi, Hareket Süresi ve Çarpma Hızının Model Deneyler ve 3 Boyutlu Nümerik Simülasyonlarla Değerlendirilmesi
Assessment of Scale Effect, Travel Time, Impact Velocity on Forming of Impulse Waves using Model Tests, 3D Numerical Simulations
Yazar: Karahan, Murat; Ersoy, Hakan; Anılan, Tuğçe
Dergi: Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 10 No. 2, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Ampirik Eşitlikler,Çarpma Hızı,Dalga Yüksekliği,Hidrolik Model,İtki Dalgası,Nümerik Model ; Empirical Equations,Impact Velocity,Wave Height,Hydraulic Model,Impulse Wave,Numerical Model

İtki dalgaları, baraj veya göl alanlarında heyelan,kaya düşmesi, çığ, moloz ve çamur akması gibi doğal jeolojik olaylarıntetiklemesi sonucu meydana gelmektedir. Oluşan dalganın hızı ve yüksekliğiyamaç boyunca eğim aşağı hareket eden kütlenin suya çarpma hızına bağlıdır.Çarpma hızı ise yamaç eğimine, hareket eden kütlenin konumuna, fiziksel vemekanik özelliklerine bağlıdır. İtki dalgalarının özellikleri, sayısal veampirik yaklaşımlarla belirleneceği gibi hidrolik modellerle debelirlenebilmektedir. Bu çalışmada ise ölçek etkisi ve hareket eden kütleninsuya çarpma hızları farklı yöntemler kullanılarak modellenmiş ve elde edilensonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında tasarlanan bir hidrolik modelüzerinde fiziksel deneyler yapılmış, 0.4 m3 hacimli bir havuz, yüklemerampası, yüksek hızlı kamera ve akışkan olarak su kullanılmıştır. Farklı rampaaçılarında hareket eden suyun havuz tabanına ulaşma süresi, çarpma hızı vehavuzda oluşan dalga yüksekliği değerleri hesaplanmıştır. Aynı model, 3 boyutlunümerik çözümleme yapan FLOW-3D programı kullanılarak farklı ölçeklerdetanımlanmış (0.1x, 1x, 10x, 100x, 1000x), farklı yoğunlukta akışkanlar(800-2000 kg/m3) kullanılarak çözümleme yapılmış ve serbest suseviyesi yükseklikleri tespit edilmiştir. Nümerik ve hidrolik modelkullanılarak tanımlanan parametreler ampirik ilişkiler kullanılarak dabelirlenmiştir. Yapılan nümerik çalışmalardan elde edilen sonuçlara görehidrolik model hangi ölçekte olursa olsun elde edilen sonuçların ölçektenetkilenmediği tespit edilmiştir. Her 3 yöntem kullanılarak belirlenen, suhareket hızı, çarpma hızı ve maksimum dalga yüksekliği değerleri arasındakifarkın %2-3 arasında değiştiği tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar basitrezervuarlar için ve kısa mesafeler için ölçek etkisinin önemsiz olduğunu vehesaplamalarda ampirik ilişkilerin yeterli olabileceğini göstermiştir.

Impulse waves occur as a result of natural geological events such aslandslides, rock falls, avalanches, rubble and mudflows in dam or lake areas.The celerity and height of the formed wave depends on the impact velocity ofthe mass moving into the water. The impact velocity depends on the slope, thelocation of the sliding materials, and their physical and mechanicalproperties. The characteristics of the impulse waves can be determined bynumerical and empirical approaches as well as by hydraulic models. In thisstudy, the scale effect and the slide impact velocity were modeled usingdifferent methods and the results obtained were compared. A hydraulic model,which was made of a pool of 0.4 m3 volume, loading ramp, high speed camera, andwater as fluid, was designed to carry out the physical experiments within thescope of the study. The time it takes for the fluid to reach the bottom of thepool, the impact velocity of the fluid and the wave height were calculated forvarious ramp angles. Thesame model has been defined in different scales (0.1x, 1x, 10x, 100x, 1000x)using FLOW-3D program that performs 3-dimensional numerical analysis. Analysiswere carried out using different density fluids (800-2000 kg/m3),and values of free surface elevation were determined. The parameters definedusing the numerical and hydraulic model were also determined using empiricalrelationships.  According to the results obtained from thenumerical studies, it has been determined that the results obtained are not affected by the scale regardless of the scaleof the hydraulic model. It has been determined that the difference betweenwater celerity, impact velocity and maximum wave height values determinedbetween all 3 methods varies between 2-3%. The results showed that the scaleeffect is insignificant for simple reservoirs and for short distances andempirical relationships may be sufficient for the calculations.