Geri Dön

Beach profile response analysis during storm waves

Fırtına dalgalarının kıyı profiline yaptığı etkinin analizi

  1. Tez No: 126706
  2. Yazar: UMUT TÜRKER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. M. SEDAT KABDAŞLI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2002
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Su Mühendisliği Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 211

Özet

FIRTINA DALGALARININ KIYI PROFİLİNE YAPTIĞI ETKİNİN ANALİZİ ÖZET Kıyı bölgesinde meydana gelen tüm doğal olaylarda dalganın varlığı veya yokluğu temel faktör olarak ortaya çıkmaktadır. Özellikle kış mevsiminde dalga yüksekliğinin artması ve dalga periyodunun azalması ile kısa bir süre içerisinde kıyıda bir erezyon meydana gelir. Kıyıdan açığa doğru çekilen katımaddeler bir noktada toplanmaya başlar ve burada katımaddeler bir tepe oluştururlar. Oluşan bu profile fırtına profili denir. Kıyıya sık vuran dalgalardan dolayı oluşan fırtına profilinin özelliklerinin tanımlanabilmesi kıyı mühendisliğinde karşılaşılan birçok problemin anlaşılmasında önem taşımaktadır; özellikle kıyının aşınma problemi. Bu çalışmada amaç, açıkta oluşacak olan bar şeklinin konumunun dalga özellikleri ve kıyıyı oluşturan malzemenin Özellikleri cinsinden tanımlanması için fiziksel bir model geliştirmektir. Bu amacın gerçekleştirilmesi için dalganın kırılmasıyla harcanan enerji miktarı ile ilişkili basit analitik bir çözüm geliştirilmiştir. Kumsalın dinamik denge profili göz önünde bulundurulduğunda dalganın kırılmasından sonra katı madde taşınımı için gerekli olan birim hacimdeki enerji miktarı, Ds; dalganın kırıldığı anda birim hacimde açığa çıkan enerji miktarı, Dw ile profiling denge halinde olabilmesi için gerekli olan enerji miktarı Deq, arasındaki fark ile tanımlanabilir. DS=DW-Deq (1) Yukarıdaki denklemin çözümü katımaddenin dinamik denge oluşuncaya kadar gerçekleştireceği ortalama konum değişikliğini ifade etmektedir. Dinamik denge profilinin oluşması ile birlikte profil üzerinde net katımadde taşınımı sıfır olarak kabul edilir. XL = 1 * 3/2 HX1,2+-r2h3b'2 Vbar(Ys - Yw)cosp(tan(p - tanP)- - T hb (2) Katımaddenin gerçekleştireceği ortalama konum değişikliği oluşan barın ağırlık merkezinden, erezyona uğrayan kıyı bölgesinin ağırlık merkezi arasındaki mesafe olarak tanımlanmaktadır. Yukarıdaki eşitliğin geçerliliğinin incelenmesi için düzenli ve düzensiz dalga koşullan altında labaratuvar deneyleri gerçekleştirilmiştir. Düzenli ve düzensiz dalga deneylerinde dalga kanalına 1/5 eğimde, dane çapı 0,38 ile 0,7 arasında değişen doğal plaj malzemesi serilmiştir. Ortalama konum değişikliği xixve oluşan barın hacminin hesaplanması için deneyler sırasında dinamik dengeye ulaşan profillerin kesitleri çizilmiştir. Deneylerde çıkan sonuçların analizleri, oluşan barın hacmi ve oluşum süresini tanımlayan fiktif zamanı yan ampirik denklemlerle tanımlama imkanı sağlamıştır. Analizler düzenli ve düzensiz dalga koşullan için gerçekleştirilmiştir. Deneyler sırasında dalga yüksekliğindeki artışın ve bar oluşumunun kıyıdan uzaklığının birbirleri ile doğru orantılı oldukları gözlenmiştir. Dalga yüksekliğindeki artış barın kıyıdan uzaklaşmasını sağlamış ve uzaklaştıkça hacminin de artmasına neden olmuştur. Bu oluşumlar büyük ölçekte gözlemlendikleri zaman boyutsuz tane çökelme hıza parametresi ve tane çapı-dalga yüksekliği oranı ile ilişkilendirilmiştirler. 2 nolu denklemdeki ortalama konum değişikliği miktarı, barın hacmine ve fiktif zamana bağlı olarak tanımlanmıştır. Ampirik bağıntılar olarak elde edilen bu eşitlikler düzenli ve düzensiz dalgalar için boyutsuz tane çökelme hızı parametresi ve tane çapı-dalga yüksekliği oranının fonksiyonu olarak verilmiştir. Düzenli dalga koşullan altında denklemler; T* TT - = 0.9571(1.89 + -*-) + 0.1 286 (3) T wT Y*°l = o.430(^)2 25 (Ho/wT)“ (4) d520 d50 wT ve de düzensiz dalga koşullan için türetilen denklemler aşağıdaki gibidir; - = 1.0124(1.89 + (0.742 Ho/wT)) + 0.0614 (5) T wT ^ = 0.0845(^)247,(-”^)018 (6) Ho/d50 wT Deneysel çalışmaların analizi ile türetilen Denklem (3), (4), (5) ve (6) oluşan ortalama katımadde hareketini tanımlayan Denklem (2) ile birleştirilince, düzenli ve düzensiz dalga koşullarında meydana gelen barın konumu belirlenmektedir. Denklem (2) ile hesaplanan konum değişiklikleri deney sırasında gözlemlenen değerler ile karşılaştırılınca düzenli dalgalarda 4.06% ortalama kök hatası, düzensiz dalgalarda ise 6.21% ortalam kök hatası bulunmuştur. Düzenli dalga koşulların da dinamik denge profilinin oluşumunu etkileyen dalga yüksekliği, kaydedilen dalga serisinde dalga sayısının en büyük 30%'una karşılık gelen dalga yüksekliği ve bunların oluşturduğu dalga periyod değerlerinin ortalaması (belirgin dalga yüksekliği) olarak alınmıştır. Düzensiz dalga koşullarında ise kaydedilen dalga serisinde dalga sayısının en büyük 10%'una karşılık gelen dalga yüksekliği ve bunların oluşturduğu dalga periyod değerlerinin ortalaması etkili dalga olarak kabul edilmiştir. Düzenli ve düzensiz koşullarda etkili dalga yüksekliğindeki bu farklılık bar oluşumunda dalganın kırılma doktasının önemini göstermektedir. Düzenli dalga koşull arında sürekli ayni dalga genliğinin meydana gelmesi ardışık kırılmaları yaratırken, düzensiz dalga ortamında düşük genlikli dalgaların kırılmadan sönümlendiği ve enerji açığa çıkmadığı gözlenmiştir. Ortalama konum değişikliği ile ilgili türetilen eşitlik, kıyı denge profil hesaplarında önemli yer tutan şekil faktörü ve kıyıya dik katı madde taşınımı modellerinde XXkullanılan taşınım katsayısının hem dalga iklimi hem de profili oluşturan malzeme özelliği cinsinden türetilmesine olanak sağlamıştır. Bu noktadan itibaren yukarıdaki sonuçlar geliştirilarek şekil faktörü ve taşınım katsayısı için yeni tanımlamalar geliştirilmiştir. Şekil faktörü kıyı denge profilinin modellenmesinde kullanılıp sadece tane çapma bağımlıdır. Halbuki gerçekte bunun böyle olmadığı ve dalga ikliminin de olayı etkilediği bilinmektedir. Bu bağlamda yeni bir model geliştirilmiş ve sekil katsayısı aşağıdaki gibi tanımlanmıştır. A = - * W3 IW+iX'2 2/3 (7) çalışmalar sonucunda a\ katsayısı 0,075 olarak belirlenmiştir. Yukarıda türetilen yeni eşitlik hem dalga iklimi hem de tane çapı ile ilgili veri içerdiğinden şekil katsayısının kullanılabilirliğini genişletmiş ve farklı profiller için profile özgü değerlerin tanımlanması sağlanmıştır. Yapılan analizlerde sekil katsayısının, dalga yüksekliği ve periyodu ile doğru orantılı olduğu ve küçük dane çaplı ortamlarda hızlı bir değişim gösterirken, dane çapının büyümesi ile bu değişimin azaldığı ortaya çıkmıştır. Taşınım katsayısının alabileceği değerler daha önce yapılan çalışmalarda araştırmanın yapılacağı ortama göre kalibrasyon ile belirleniyordu. Katsayının belirlenebilmesi için kullanılabilecek genel bir eşitlik mevcut değildi. Bu çalışmada taşınım katsayısı için profili meydana getiren malzemenin ve dalga ikliminin özelliklerine bağımlı bir bağıntı üzerinde çalışılmış ve sonuçta elde edilen bağıntı aşağıda verilmiştir. K = ^ (8) (Ys -Yw)cosp(tancp-tanp)XL Taşınım katsayısı kıyı profilinin değişimlere karşı zaman içerisinde verdiği tepkiyi dile getirmektedir. Katsayının alacağı küçük değerler dinamik denge profilinin oluşum süresini artırırken büyük değerler çok kısa sürede profilin denge konumuna gelmesini sağlayacaktır. Sonuçlar göstermiştir ki tane çapı veya dalga yüksekliğinde meydana gelecek artış, taşınım katsayısının da artmasına neden olacaktır. Çalışma boyunca açıkta oluşabilecek bar formasyonu ile ilgili geliştirilen eşitlikler kıyı profilinin tek tip malzeme ile kaplı olduğu koşullar için geçerlidir. Profilin farklı boyutlardaki malzemeler ile kaplı olduğu koşullarda dalga enerisinin harcanması ve bunun profile yapacağı değişiklikler yapılan labaratuvar çalışmaları ile incelenmiş fakat bu konuda analitik bir çözüm gerçekleştirilmemiştir. Deneylerde dinamik dengenin oluşumuyla birlikte profil üzerindeki malzemelerin büyükten küçüğe doğru açık deniz yönünde sınıflandığı gözlenmiştir. Bar oluşumunun gerçekleşmeye başlaması ile birlikte, profil üzerinde konumunu belirleştiren ilk malzeme büyük çaplı olurken, bunu açık denize doğru daha küçük boyutlu malzemeler ve dinamik dengenin oluşması ile birlikte bar üzerindeki en küçük malzemeler izlemektedir. Birim hacimde harcanan dalga enerjisi ile bu enerjinin meydana getirdiği katımadde hareketi arasındaki ilişki incelenecek olursa ise karışık malzemeli kıyılarda bar oluşumunun kıyıya daha yakın meydana geldiğini ve daha küçük hacimlerde oluştuğunu söyleyebiliriz. xxi

Özet (Çeviri)

BEACH PROFILE RESPONSE ANALYSIS DURING STORM WAVES SUMMARY All the natural events related with coastal nature can be linked to the existence or the absence of the waves. Especially in winter seasons, an increase in wave height and decrease in wave period grounds erosion of foreshore coastal regions where eroded material accumulate at some distance offshore from the coast forming an offshore bar. The final profile attained is called storm beach profile. Knowledge of the characteristics of a storm beach profile under wave attack is of great importance in a number of coastal engineering problems particularly in coastal erosion problems. The goal of this investigation is development of a physical model to predict the actual location of offshore bar in terms of wave climates and sediment properties of beach profiles. For this purpose, a simple analytical solution based on energy dissipation relation is developed. Based on dynamic equilibrium profile considerations, the energy required for sediment transport due to wave breaking per unit volume, Ds, is expressed in terms of the difference between the actual Dw and equilibrium Deq, levels of wave energy dissipations per unit volume. DS=DW-Deq (1) The solution of the above equation gives information about the average displacement of sediment particles until the dynamic equilibrium is attained, where net sediment transport is accepted as zero. ipg-ffHX'-rX'2]1 T 1 hb T Hfo,/24rX/2 Vbar(Ts -Yw)cosP(tan(P-tanp)- - l nb (2) Average displacement of sediment particles is actually represented by the distance between the center of mass of offshore bar and eroded portion. The validity of the above equation is examined using laboratory results under both regular and irregular waves. The experiments are conducted in narrow flumes where the slope of beach profile always kept constant (1:5). The grain diameters were varying from 0.38mm to 0.7mm. During the experiments the dynamic beach profiles attained at the end were plotted to measure the equilibrium offshore bar volumes and the average displacement of sediment particles. The experimental analyses are than carried out to develop a semi-empirical expression for the description of bar volume and Active xviperiod under regular and irregular waves. During experimental studies it is observed that when the wave height increases the bar formation migrates further offshore progressively, increasing the volume until the equilibrium bar volume is attained. This evolution, when observed as a macroscale feature, is well governed by dimensionless sand fall speed parameter and the ratio between the sediment size and the wave height. The two main features corresponding to the dislocation of offshore bar, fictive period and equilibrium bar volume is given by the empirical expression governed by fall speed parameter and the ratio between the sediment size and wave height. The results for regular waves were; - = 0.9571(1.89 + ^2-) + 0.1286 (3) T wT % = 0.430(^)2 25 (i)0-015 (4) d50 d50 wT Whereas, for irregular wave conditions the relations were; - = 1.0124(1.89 + (0.742^-)) + 0.0614 (5) T wT % = 0.0845(^)2471 (^o.)0-18 (6) d50 d50 WT As a result of experimental analysis the average sediment displacement for regular and irregular wave conditions is calculated by means of Equation (2) through Equations (3) to (6). The method presented is compared with experimental results where root mean square of 4.06% and 6.21% for regular and irregular waves were respectively achieved. Under regular waves the significant wave height was exhibiting a dominant character for the location of the barred profiles. However, for direct incoming random waves the highest one tenth of wave height was dominating the location of barred profile. Perhaps, the reason for such a variation lies in the fact that actually the offshore migration of bars is necessarily associated with break point processes. Thus, under random waves the small amplitude waves even cannot broke to dissipate their energy. The definition of the average sediment displacement gives birth to define the shape factor and transport parameter in terms of both wave climate and sediment characteristics. Therefore, results obtained above are further improved to define constant shape factor and transport rate parameters. Shape factor, used in linear model applications on equilibrium beach profiles was previously represented by grain diameter. However a new model is developed and the shape factor is defined by A= a« W3 ^Bih-r+rxi2n2n (7) xvnwhere aı is estimated to be 3.6. The new definition accompanied both sediment characteristics and wave parameters so enlarge the applicability of parameter for various kinds of beach profiles. The analysis has shown that the factor is proportional with both the wave height and the wave period. Alteration in shape factor was rapid for small grain sizes whereas a smooth change were taking over under coarse-grained beach profiles. The former estimations for transport rate parameter were based on calibrations and thus, there were no stick calculations attained for the measurements. An expression is developed to define the parameter in terms of sediment characteristics and wave climates. The resultant definition is given as; K = ^ (8) (Ys -Yw)cosp(tan

Benzer Tezler

  1. Tez No

    400097

    Dynamic analysis of speed-dependent friction-induced torque in a nonlinear brake system

    Başlık çevirisi yok

    OSMAN TAHA ŞEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Makine MühendisliğiThe Ohio State University

    PROF. RAJENDRA SİNGH

  2. Tez No

    570152

    Molecular investigation of anaerobic ammonium oxidation (Anammox) bacteria under long-term nanoparticle exposure

    Uzun süreli nanopartikül maruziyetinde bırakılan anaerobik amonyum oksidasyon (anammox) bakterilerinin moleküler incelenmesi

    TUĞBA SARI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    BiyomühendislikMarmara Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ AKGÜL

  3. Tez No

    754859

    Beyaz eşya uygulamaları için alüminyum sargılı fırçasız doğru akım motoru tasarımı

    Design of brushless direct current motor with aluminum wire for white goods applications

    SAMET GELME

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ

  4. Tez No

    765658

    Morphodynamics of gravel beaches and their response to nourishment

    Çakıl kumsalların morfodinamiği ve beslemeye tepkisi

    SOFİ FARAZANDE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Denizcilik Mühendisliği ve İşletmeleri Yönetimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NECMETTİN EMRE OTAY

  5. Tez No

    679093

    Development of a quasi-2DH model for numerical modeling of shoreline changes

    Kıyı çizgisi değişimlerinin sayısal modellenmesi için yarı iki boyutlu model geliştirilmesi

    CAN ÖZSOY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT BAYKAL

Geri Dön