1 BUHARLAŞMA TERLEME Yrd.Doç.Dr.Özlem BULKAN

2 Buharlaşma nedir? Sıvı yada katı fazda olan suyun su buharı haline dönüşmesi ve atmosfere karışması sürecine buharlaşma denir. Buharlaşma, hidrolojik döngüde su transferinin ana sürecini oluşturmaktadır.

3 İlk dersten hatırlayalım.....

4 Solomon’un gözlemi Uzun yıllar önce SolomonTüm akarsuların denize doğru akış göstermesine rağmen, ve hatta akışın devam etmesine rağmen denizin neden tam olarak dolmadığını Düşündü....

5 Cevapta hidrojeoloji ve hidrolojik döngü kavramları bulunmaktadırterleme buharlaşma buharlaşma yağış yağış infiltrasyon okyanus Atmosferik: Yağış, Bulutlar, Buhar Terleme, bitkiler tarafından tutulması Yüzeyde: akarsu ve göller Yüzeyaltında:infiltrasyon, zemin nemi ve yeraltısuyu Depolama: Buzullar, rezervuarlar (baraj, gölet), akiferler

6 Cevapta hidrojeoloji kavramları bulunmaktadırYağış ve buharlaşma ilişkisinin etkisi.... Toplam su kütlesinin sabit oluşu, atmosfer/hidrosfer/litosferdeki hareketliliği SU DENGESİ Ancak bu mekanizmanın ayrıntıları hala incelenmeye devam etmektedir Günümüzde sürekli değişken olan atmosferik, yüzey ve yer altı sularının karmaşık ve karşılıklı ilişkili dinamik doğalarına hidrojeologlar HİDROLOJİK DÖNGÜ tanımını vermiştir Buna göre, suyun bir sirkülasyon içerisindeki sabit hareketine Hidrolojik döngü denir. Bu döngü HİDROSFER’de gerçekleşir.

7 Buharlaşmanın miktarıOkyanuslardan buharlaşma km3 Karalardan km3 Toplam: km3

8 HİDROLOJİK DÖNGÜ Buharlaşma TerlemeBuharlaşma-Hidrolojik bakımdan su buharının atmosfere taşınması demektir. Buharlaşma hızı bazı meteorolojik faktörlere ve buharlaşan yüzeyin derinliğine bağlıdır

9 Buharlaşmaya etki eden faktörler ; 1-METEOROLOJİK FAKTÖRLERGüneş radyasyonu Enlem derecesi İklim Zaman bulutluluk Hava ve suyun sıcaklığı Buhar basıncı Rüzgar Atmosfer basıncı

10 Buharlaşmaya etki eden faktörler ; 2-SU KALİTESİÖzgül ağırlığın her %1artışı için buharlaşma hızı yüzde 1 kadar azalır. Tuzlusuların buharlaşması tatlısulara oranla %2-3 daha az gerçekleşir. Bulanıklılıkta buharlaşmayı geciktirici etkiye sahiptir.

11 Buharlaşmaya etki eden faktörler ; 3-BUHARLAŞAN YÜZEYİN ÖZELLİĞİKayaç ve zeminler Akarsu göl ve denizler Bitki Örtüsü Binalar ve yol kaplamaları 4-Buharlaşmayı önleyici kimyasalların kullanılması (yağ- petrol-hexadeconol gibi

12 Güneş sistemin yürütücüsüdür ve Enerji kaynağıdır HİDROLOJİK DÖNGÜ The Hydrologic Cycle Güneş sistemin yürütücüsüdür ve Enerji kaynağıdır Buharlaşma ve terleme (ET) için Buharlaşma: Zemin yüzeyinden Bitki yüzeylerinden Yüzeysu gövdeleri  göller / nehirler / okyanuslar*** Bulutlar okyanuslardan karalara kütleler halinde taşınırlar Bulutlar su buharından oluşurlar Terleme  kökler, zemindeki yeraltısuyu

13 ET Küçük günlük miktarlar Çok geniş alanlardaHİDROLOJİK DÖNGÜ The Hydrologic Cycle ET Küçük günlük miktarlar Ağustosta yaklaşık 8 mm/gün Ocakta 2 mm / gün Çok geniş alanlarda Her gün oluşur (çoğunlukla gün boyunca) Zemine giren suyun yarısından çoğu, atmosfere ET olarak geri döner.

14 Buharlaşma Su sıvı fazdan buhar fazına geçerHİDROLOJİK DÖNGÜ Buharlaşma Buharlaşma Su sıvı fazdan buhar fazına geçer Hava sıcaklığı / rüzgar hızı / güneş radyasyonunun artmasıyla buharlaşma da artar Göreceli nemliliğin artmasıyla azalır Zaten havada yeterince nem var

15 Hidrolojide Buharlaşma Evaporation in hydrologySu Temini Rezervuarları (Water supply reservoir) Kaynakların kaybı Zemin Nemi Şartları (Soil moisture condition) Akış şartlarının etkisi Sürekli havza simulasyon modelleri Tam bir su bütçesi Atmospheric science - Yağışın oluşumu Agricultural science Bitkiler için zemin neminin uygunluğu

16 Buharlaşma Buhar durumuna geçen su moleküllerinin sayısı, sıvı faza katılanların sayısını aşar ve bu durum hava doygun hale gelinceye kadar devam eder. Mutlak nemlilik=suyun gramı/ m3 hava

17 Potansiyel ET GERÇEK (Actual) Buharlaşma ET Thornthwaite, 1944Eğer bitkilerin kullanımı için zeminde hiçbir zaman su noksanlığı olmaksızın, yani zemin deposundaki su tüketilmeden, meydana gelen buharlaşmaya Potansiyel buharlaşma denir. GERÇEK (Actual) Buharlaşma ET Gerçekte oluşan buharlaşmayla sınırlanmasına denir Buharlaşmanın Tahmin metodları ET Kütle Transferi (Mass Transfer) Thornthwaite, Mather, 1955, ET meteorolojik şartlara bağlı olarak hesaplanması ET Potansiyelinin ölçümü Enerji Dengesi -Penman, 1956 denklemi, hesaplamaların birçoğunda ISI esas alınır Empirical methods Blaney and Criddle, 1950Factors in crops/plants water use

18 BUHARLAŞMANIN ÖLÇÜMÜ Nem ölçümü Kütle dengesi Profil ölçümleriVapour flow measuring humidity - hygrometers wet and dry bulb temperatures - wet bulb temp is depressed by evaporation electronic sensors profile measurements assume that momentum, heat and water vapour are transferred by turbulent diffusion with equal facility > equal transfer coefficients aerodynamic profile measurements if you measure difference in two properties over a height range AND the flux of one of the properties flux of the other may be calculated windspeed gradient and flux in wind-shear stress > latent or sensible heat flux limitation > neutral stability, restricts conditions in which can be used Bowen ratio method less limiting assumptions > only the turbulent transfer coefficients latent and sensible heat are similar apportions available energy between sensible and latent heat according to the Bowen ratio eddy correlation / eddy flux * See supplementary slides for details

19 Çitle çevrili gözlem istasyonlarıDry bulb Wet bulb wet and dry bulb temperatures - wet bulb temp is depressed by evaporation electronic sensors Relationship between the difference between the two temperatures and the difference between the air humidity and the saturated air humidity

20 KÜTLE DENGESİ ESAS ALINIRBUHARLAŞMA TAVALARI KÜTLE DENGESİ ESAS ALINIR OTOMATİK SU SEVİYE SENSÖRÜ screens – birds drinking and fouling water, but reduces evap by about 10% oasis effect Tend to overestimate evaporation from real-world water bodies. Need to establish empirical relationships to be useful. Volume of water required to top up to preset level.

21 Mikrometerolojik metodlarRüzgarhızıWindspeed Hygrometer Hygrometer Akı gradyan metodu Flux gradient method 3-D anemometer

22 Otomatik gözlem evi Rüzgar hızı Hava sıcaklığı Hava nemliliğiBuharlaşma için Bütün terimler Penman eşitliği cinsinden Rüzgar hızı Hava sıcaklığı Hava nemliliği Net radyasyon Güneş radyasyonu Yansıma Rad. Geri yansıyan uzundalgalar Probably the most used method in the developed world. Equation a combination of a heat term and an aerodynamic term and reflects the three components of what causes evaporation already met.

23 İri taneli zeminlere sahip alanlarda, Potansiyel ve gerçek buharlaşmaSınırlı zemin nemi ,nem içeriği, depolama, sıcak kuruyazlar, ve soğuknemli kışlar

24 İnce taneli zeminlere sahip alanlarda,Potansiyel ve gerçek buharlaşma diyagramı, Sınırlı zemin nemi deposuna ,nem içeriği, sıcakyazlar, soğuk kışlar, yıl içindeki yağışta küçük farklar

25 Buharlaşma Tavaları Anemometer - Rüzgar Yağış ölçer - YağmurSu tavası – Buharlaş. Seviyeler günlük ölçülür Gerektiği kadar yeniden doldurulur

26 Terleme (Transpiration) Doğadaki Fotosentezin bir ürünüdür.HİDROLOJİK DÖNGÜ The Hydrologic Cycle Terleme (Transpiration) Doğadaki Fotosentezin bir ürünüdür.

27 Terleme nedir? water exits through leaf stomata stomawater moves up through xylem No fundamental difference in the physics of evaporation from water, soil or plants…it is only the nature of the controls of evaporation from these surfaces that are different. The loss of water from plants through the leaf surface consequence of photosynthesis 6CO2 +12H2O  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O creates a gradient is water pressure between leaf and root The effect is to suck water up the stem from the roots – but a chemical as much as a vaccuum process so much higher heads are possible than just suction. cools plant As CO2 is allowed into the stomatal cavity, by products of photosynthesis (O2 and H2O) diffuse out through the stoma Air in stomatal cavity is usually saturates wrt H2O water enters leaf through roots

28 Terlemenin ölçülmesi Mikrometeoroloji Isı diffüzyonu yoluylaTranspiration can be measured in the same way as evaporation from other surfaces ie measuring the humidity gradient or eddy correlation off a tower like this. Or, because all the transpired moisture has to pass up the plant xylem it is possible to measure it along that path. The technique makes use of heat diffusion. Band at the bottom is heated and temp measured at the top. The cooler that temp, the more rapid the flow. Thos has been calibrated so a read-off can be made of the moisture flux. Mikrometeoroloji Isı diffüzyonu yoluyla

29 Zeminlerde buharlaşmanın ölçülmesiLizimetreler Bunlar tabanı delikli içi zemin ile doldurulmuş kaplardır. Buharlaşma-terleme kayıpları lizimetreye konan ve alt taraftan drene edilen su miktarları arasındaki farka eşittir. Bu esnada su dengesi; P+ Qg=Qc+E+▲D P=yağış yüksekliği mm E= buharlaşma-terleme Qg= ilave edilen su miktarı ▲ D= zeminin su Qc= Drene edilen su miktarı muhtevasındaki değişme

30 Buharlaşma

31 Zemin suyu Döngüsü Sonbahar – Yağış-beslenim Kış -max zemin depolamasıİlk Bahar -biraz buharlaşma kaybı Yaz – en fazla tüketim

32 Buharlaşma-terleme Çıktı = su girdisi ±  DepolamaBir bölgeden bitkilerden terleme yoluyla ve zeminler, kar ve yüzeysu gövdelerinden buharlaşmayla taşınan (kaybedilen) su miktarını tarif eder. Aşağıdaki formülle hesaplanır: Çıktı = su girdisi ±  Depolama Kök zonundaki nemin kullanılabilirliğini ET sınırlar ET miktarı bitki tipine, zemin tipine, meteorolojiye ve mevsim sıcaklığına bağlıdır

33 Buharlaşma  Buharlaşma Süreci  Su Yüzeyinden Buharlaşmanın hesabı-Su dengesi metodu (Water balance method) - Kütle transfer Metodu (Mass transfer method) -Enerji bütçesi metodu (Energy budget method) -Birleşik metod (Combined method)  Potansiyel Buharlaşma-terleme

34 Buharlaşmanın Tahmin metodları ETKütle Transferi Thornthwaite, Mather, 1955, ET’nin meteorolojik şartlara bağlı olarak hesaplanması ET Potansiyelinin ölçümü Enerji Dengesi -Penman, 1956 denklemi, hesaplamaların birçoğunda ISI esas alınır Ampirik metodlar Blaney and Criddle, 1950 Ekin ve bitkilerin su kullanım faktörlerine bağlı olarak hesaplanır

35 Buharlaşmanın Tahmin metodları ETKütle Transferi (Mass Transfer) Thornthwaite, Mather, 1955, ET meteorolojik şartlara bağlı olarak hesaplanması ET Potansiyelinin ölçümü Enerji Dengesi -Penman, 1956 denklemi, hesaplamaların birçoğunda ISI esas alınır Empirical methods Blaney and Criddle, 1950Factors in crops/plants water use

36 Buharlaşma  Buharlaşma Süreci  Su Yüzeyinden Buharlaşmanın hesabı-Su dengesi metodu (Water balance method) - Kütle transfer Metodu (Mass transfer method) -Enerji bütçesi metodu (Energy budget method) -Birleşik metod (Combined method)  Potansiyel Buharlaşma-terleme

37 Hidrolojide Buharlaşma Evaporation in hydrologySu Temini Rezervuarları (Water supply reservoir) Kaynakların kaybı Zemin Nemi Şartları (Soil moisture condition) Akış şartlarının etkisi Sürekli havza simulasyon modelleri Tam bir su bütçesi Atmospheric science - Yağışın oluşumu Agricultural science Bitkiler için zemin neminin uygunluğu

38 Buhar basıncı gradyanıe Buhar basıncı gradyanı es Doygun hava Göl Yüzeyi es : yüzey üzerindeki sıcaklığa bağlı doygun buhar basıncı e : yüzey üzerindeki bazı seviyelerdeki buhar basıncı

39 Buharlaşmaya etki eden faktörlerEnerjinin Gereksinimi (Gizli ısı- latent heat) Qe: Buharlaşma için gerkli enerji [cal/cm2-day] E : buharlaşma [cm/gün] Le : buharlaşmanın gizli ısısı [cal/g] Doygunluk bütçesi (Saturation deficit), es-e es-e ile orantılı buharlaşma oranı E = C(es-e) es : yüzey üzerindeki sıcaklığa bağlı doygun buhar basıncı e : yüzey üzerindeki bazı seviyelerdeki buhar basıncı

40 Sıcaklık (Temperature)Sıcak sular daha hızlı buharlaşır (daha az gizli ısı gereklidir) Sıcak hava daha fazla buhar tutabilir Rüzgar (Wind) Doygun havayı taşır ve buhar basıncı gradyanını devam ettirir Terleme (Transpiration) Bitkiler (Vegetation)

41 POTANSİYEL BUHARLAŞMA-TERLEME Potential evapotranspirationToprak yüzeyinden buharlaşma-terleme  Açık su yüzeyinden buharlaşma-terleme Gerçek buharlaşma zeminin kuruluğuna bağlıdır

42 Metod 1: Su Bütçesi (Water budget)Göl için uygulanabilir buharlaşma ∆s Depolama= Girdi- çıktı ∆s = (I +P)-(O +E+GW) Yada E = -S+I+P-O-GW I : Giren akım (inflow) [cm] P : Yağış (precipitation) [cm] O: Çıkan akım (outflow) [cm] E : Buharlaşma (Evaporation) [cm] GW: Yeraltısuyu kaçakları (Groundwater seepage) [cm] Sınırlamalar: Kaçakların hesaplanması (GW) Yağışın hesaplanması

43 Kütle Transferi E = es - ea (a + bu) Burada E = buharlaşma (cm/gün)Dalton Kanunu: E = es - ea (a + bu) Burada E = buharlaşma (cm/gün) es = Doygun buhar basıncı (T) ea = Z seviyesindeki buhar basıncı u = rüzgar hızı m/s a,b = sabitler

44 Sığ Göl Buhar. (Kohler, 1955)

45 KÜTLE TRANSFERİ METODU Mass transfer methodBuharlaşmanın devamı için Buhar basıncı gradyanı Rüzgar hızı gereklidir. es : yüzey üzerindeki sıcaklığa bağlı doygun buhar basıncı ea : yüzey üzerindeki bazı seviyelerdeki buhar basıncı u : Yüzeyden belirli mesafelerdeki rüzgar hızı a,b : ampirik sabitler

46 ENERJİ BÜTÇESİ METODU Energy budget methodQN Qe Qh Qv Q QN = Qe + Qh - Qv + Q QN : Net radyasyon [cal/cm2-day] (güneş radyasyonu – yansıma – gölden kaynaklanan radyasyon) Qe : Buharlaşma enerjisi Qh : Hassas ısı transferi (Su havayı ısıtır) Qv : akışkanın yatay hareketine bağlı enerji Q : Depolamadaki değişim

47 BİRLEŞİK METOD Combined method (Penman)“Enerji bütçesi” ve “Isı transferinin” birleşmesiyle oluşur: [birimler önceki gibi – Eq. 1.17] : Zaman (t) eğrisine karşı es ‘nin eğimi (hava sıcaklığında- Eq. 1.18) Burada a,b : ampirik sabitler esa : Hava sıcaklığında doygun buhar basıncı ea : gerçek buhar basıncı