Ana Sayfa › Meteorolojik Bilgiler › e-Kütüphane
Orta enlemlerde birçok nehirlerin ve göllerin kış aylarında üzeri buz tutmaktadır. Yapılan tahminler için en önemli buz rejimi evreleri aşağıdaki gibidir:
(a) İlk buz görünümü;
(b) Tamamen buz örtüsünün oluşumu;
(c) Buz örtüsünün dağılması;
(d) Sonuç olarak buzun tamamının ortadan kaybolması.
Nehirlerin buz rejimi, hava koşullarıyla yakından ilgilidir. Böylece, yüzen buz oluşumu ve görünümü ve bu buz örtüsünün kırılım tarihleri yıldan yıla geniş bir aralıkta değişiklik gösterir. Buz tahminleri nehir ulaşımı için büyük bir pratik değeri vardır, ancak iç ulaşım dışında pek çok diğer kullanıcıların da bu tahminlerle ilgileri bulunmaktadır.
Termal ve buz rejimini hesaplamak için kesin bir ilişki mevcuttur; Ancak, buz tahmini uygulamasında tahmin ve tahmin olay arasındaki zaman dilimi içinde değişen yöneten parametrelerinin stokastik yapısı sınırlıdır. Bu alt bölüm, varolan farklı bir buz rejimi tahminleri ve buz oluşumunun ve buz parçalanmasını kısa vadeli tahminleri anlatılmaktadır.
Buz olaylarında kısa dönemli tahmin için modern yaklaşımlar, ısı dengesi metodunu temeline dayanmaktadır (Belen ve diğerleri, 1989). Sonbahar buz olayları tahminleri için, su yüzeyü ve suya bitişik atmosfer arasındaki sınır termal denge formülleri kullanıldı. Faktörler doğrudan ısı değişimini içerir, güneş radyasyonu, atmosfer ile etkileşimli ısı ve nem değişimi, etkili radyasyon, yeryüzü ve yeraltı suyu akışı, akış enerji olarak ısı dağılımı ve su yüzeyinde olan termal enerji ve evsel ve endüstriyel atık suların deşarjı ile düşen yağışla oluşan termal enerji ve nem değişimini içerir. Her Termal dengede bu faktörlerin rolü farklı olsa da, en önemli açık su yüzey üzerinde oluşan ısı alışverişidir.
Buz ortüsünün zamansal dağılım tahminleri termal denge için kullanılan formüller ve bir buz örtüsünün dayanıklılığı ve kırılma kuvveti arasındaki bir türev oranını kullanarak, kopma mukavameti eriyen kar-buz örtüsünün ve buz tabakasının üzerinde tamamen kırık olduğu zamanın hesaplaması. İkinci akım, drenajın bir fonksiyonudur ve zaman içinde su seviyesindeki değişim oranının bir işlevdir.
Buz oluşumu ve parçalanma modelleme yöntemleri mevcut kılavuz 6.3.6.3 içinde ele alınmıştır.
Buz olaylarıyla ilgili uzun vadeli tahmin yöntemlerinin geliştirilmesi genellikle aşağıdaki görevleri içerir:
(a) Buz oluşumu ve dağılması ile ilgili dikkate alınan bölge genellikle nehirler üzerindeki buz oluşum tarihleri dikkete alınmalıdır, Örneğin ortalama tarihler için yıllık tarihlerindeki değişkenlik olması ve aynı formda olmayan buz olayları istatistiksel analizlerle temel matematiksel araç kullanarak bölgelerin sınırlarının çizilmesi;
(b) Kuzey yarım kürede donma yada buzun parçalanmasına yol açan koşulların sinoptik analizi, ana matematiksel araç olarak hangi diskriminant analizleri olmak üzere burada tipik bölgelere ayrılmaktadır;
(c) Kuzey Atlantik ve Kuzey Pasifik okyanuslarının buz depoları gibi yüzey katmanlarındaki ısı dağılımı analizi; ilgi alanların ilkelerini tespit edilen sınırları içinde ısı oluşumu ve imhası bir buz örtüsünün nehirler üzerinde yeniden ayırma analizleri olmakla ana matematiksel araç işlemleri üzerinde büyük etki oluşturması ilkesine göre alanlarının belirlenmesi;
(d) Böyle ortogonal fonksiyonlar ile meteorolojik ve atmosferik süreçler ve genişleyen okyanus alanları gibi okyanus alanları için kantitatif değişkenlerin belirlenmesi;
(e) Buz oluşum zamanı ve uygun meteorolojik ve okyanus alanlarını temsil eden değişkenler arasındaki ilişkiyi belirlemek için korelasyon analizlerinin kullanımı.
Bir buz örtüsünün ya da buz reçelinin oluşumu sırasında oluşan sel ve yükselen su seviyesi tehlikeli şekilde ortaya çıkabilir ve bir nehirin buzla kaplanması veya buz barajı parçalanması olarak gerçekleşmesi şeklinde olabilir. Buz reçel şeklindeki selleri özellikle tehlikelidir, çünkü soğuk bir sezonda gerçekleşmekte ve bazen uzun süre kalmaktadır. Bu nedenler suyun donması levhalar ve geniş bölgeleride kapsar bir buz alanı oluşturmak için çıkarımda bulunmak hemen hemen mümkün olabilir. Genellikle su ve su kesintisindeki tedarikler ve emmeler su seviyesindeki çok keskin bir düşüş iştahlı olan buz reçelinin altında oluşur.
Birçok nehir üzerinde, bahar ve yaz sellerindeki en yüksek su seviyeleri maksimim buz barajı su seviyelerini aştı. Buz barajı, akış içinde önemli bir artış olmadan hızlı bir şekilde oluşabilir ve su seviyesinde çok hızlı bir artışa sebeb olabilir.
Buz reçelleri, buz her kenardan ortalarına doğru büyür ve bir akıntıya karşı yönde de büyümesi şeklindeki buz örtüsü daha sık ortaya çıkmaktadır. Bu işlem daha yavaş bir süreçte gelişir ve buz akış kanalının daralmasına sebep olur ve buz alanı yaklaşımı, su seviyesinin yükseltilmesi mevcut donmuş buz örtüsü altında gelişir. Dondurma, kutuplara doğru akan geniş nehirler ve büyük göllerin ve hidroelektrik santral-koylarından sonra dışarı akan nehirler gibi tipik özelliklerindendir.
Dondurma işlemi sırasında nehri akıntısı, ısı değişimi için koşullar, hava sıcaklığı ve çapraz kesite göre buz kenar konumu da dahil olmak üzere buz barajlardaki su seviyelerinin tahmininde dikkate alınması gereken temel faktörlerdir.
Tehlikeli sıkışmaların sık görüldüğü nehirlerin en önemlileri için bu faktörlerin açıklamasını yapabilmek amacıyla fiziksel-istatistiksel ilişkiler geliştirilmiştir. Aşağıdaki örnek, Saint Petersburg daki Neva Nehri ile ilgilidir: (Belen ve diğerleri, 1989):
Hjam = 1.29HX1 + 0.53L + 0.24HG – 404 (7.15)
Burada HX1 Kasım ayında santimetre olarak Ladozhskoye gölünün ortalama seviyesi; L Gorniy Enstitüsü istasyonundan kilometre olarak buz kenar mesafesi; HG santimetre bu istasyondaki su seviyesidir.
İlginç bir şekilde, yalnızca HX1 ‘i bilerek, bir aydan daha fazla bir süre öncesinde buz sıkışmaları ve yüksek su seviyelerinin konusunda doğru uyarılar verilmesi ve bu üç ile beş güne kadar kısa vadeli tahminler için güncelleştirmek mümkün olup bunun için 7.15 eşitliği kullanılır.
Bir nehir üzerinde kritik noktalarda buz sıkışması sonucu oluşan maksimum su seviyesi bunun için hidrolojik gözlemler uzun dönemli zaman serileri olmayanlar dahil kısa dönemli tahminlerinin elde edilmesinde genelleştirilmiş yöntemler kullanılabilir. Gerekli başlangıç verileri, nehrin belirli yerlerine erişiminde bir değişim mevcuttur, buz görünen günlerde su tahliyesi, (Q0) Son birkaç gün eğri üzerinde dondurma buz sırasında hava sıcaklığıdır, Q = f(H) kanaldaki serbest buz. Bir tahmin için, verilen kritik eğim I’ değerini tanımlamak gereklidir.
l’ = 0.0154 g/c2 (1 – e) (7.16)
Burada g yerçekimi ivmesi olduğunu; c Chezy katsayısı; e sıcaklık hava göre tahmin buz alanları gözeneklilik olduğunu, Burada e = 0.25
atθ = –10°C and e = 0.55 atθ= –2°C.
Denklem 7.16 uygulanacak olursa, P ve açık yüzey değişimi oranı arasıdaki fark kışın kışın su tahliye ve ilgil açık kanal arasında bir yüzey değişim faktörü kp, tanımlamak için hidrolojik gözlemlerin verisi kullanılarak her hidrolojik durum için geliştirilmiş özel bir tablo ile kullanılabilir. Akıntı Qkr değeri, aşağıdaki denklemi kullanılarak hesaplanır:
Burada k0, donma sırasında hava durumuna göre değişir; Tice, gün içinde buz çalışma süresi olduğunu. Örneğin k0 katsayısı Amur Nehri için aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
k0 = 0.005 – 0.00333TXI (7.18)
TXI, Ekim ayında Chabarovsk ‘te ortalama hava sıcaklığı olduğunu. Bir buz reçeli için maksimum su seviyesi düşük deşarj Q' kullanarak belirlenir (su seviyeleri yükseltir ve kışın buz bir saat yaratacak bir varsayımsal yaz su deşarjı) ve yaz eğrisi Q= f(H). Bu durumda kabaca olduğu tahmin edilebilir azaltılmış deşarj Q' hesaplamak için gereklidir:
Nehirler üzerinde inşa edilen kaynak buz barajları, havzanın yukarı kısımlarındaki bahar taşkın dalgaları etkisi altındaki aşağı yönlü akışı yok eder. Bu olaylar Kanada'da güney-kuzey yönünde akan nehirler ve Avrupa ve Rusya Federasyonun kuzey bölümleri için özellikle önemlidir. Bu nehirler üzerinde buz dağılmasının ardışık oluşumu ve büyüklüğü değişen buz baraj imhası bir zincirleme reaksiyon şeklini alır.
Maksimum buz barajı su seviyesi oluşumu belirli bir nehire ulaşmasına bağlı olmak üzere ve bu yıkımın ilgili kapak buz süreciyle ilgili olanlar ayrılabilir birçok faktöre bağlıdır. Yüksek su seviyeleri buz kapak oluşumu sırasında gerçekleşen en güçlü baraj ve felaket sel ortaya çıkmaktadır. Bu sonbaharda yüksek akım nehrin dondurucu buz örtüsü bazı hareketi eşlik eder, özellikle erimiş buz tarafından dar bir kanal buluştuğumuz zaman ortaya çıkabilir (Buzin ve diğerleri, 1989). Aynı zamanda bahar sel olayının üst seviyeye ulaştığı bir sırasında hızlı bir artış gözaltında ulaşmak buz örtüsünün limitte keskin bir soğutmasına denk bir durum oluşabilir, böylece buz formları ve bir aşağıdaki seviyeye ulaşmak konusunda bir buz barajı özellikle dayanıklı hale gelir.
Aşağıdaki denklemi kullanarak bir ile dört ay süreli dönemleri azami buz baraj su seviyelerini tahmin etmek için örneğin Amur, Angara ve Sukhona nehiri üzerinde ilk grup faktörlerin en büyük buz-baraj su seviyelerinin tahminini sağlar:
Ht,dam = 180 + 2.18 Hx (7.20)
Burada HT,dam barajın santimetre cinsinden en büyük buz barajı su seviyesi olduğunu; Hx santimetre buz örtüsü oluşumu döneminde su seviyesidir. Buz kapak oluşumu özellikleri ek parametreler için bahar işlemlerinin özelliklerine bağlı olarak tehlikeli buz barajı su seviyeleri ile tahmin sağlama süreleri 20-40 gün oluşumu sırasında nehrin buz parçalanma süresi için olasılığını tahmin etmek dört temel bölümde Lena Nehri havzasında sağlamıştır. Bu bölümde içinde şehir de ana nehir ve buz kalınlığının ana bölümü üzerinde buz kalınlığı arasındaki ilişkiyi kullanarak, bir buz barajı şehir veya başka bir yerde oluşturacakğı tehditlerin tahmin edilmesi mümkündür. Tehlikeli seviyede doğru bir tahmin doğruluk olasılığı yüzde 80 dir.
Ancak, burada buz barajı belli bir risk oluşturabilecek birçok nehir için uzun vadeli tahmin yöntemleri geliştirme ve sorunlu olduğundan böyle tahminleri nerede yapılırsa yapılsın sık sık düzeltmeler gerekir. Bu nedenle, birkaç yöntemlere bir dizi buz barajlarının her yıl gerçekleştiği kısa vadeli tahminleri sağlamak için gerçekleştirilmiştir. Bu tahminlerde, yukarıda listelenen temel faktörler dikkate alınarak fiziksel ve istatistiksel ilişkileri temel alır. Bir dizi durumda, üç-beş gün boyunca hava tahmini buz dayanıklılık özellikleri ve soğutma olasılığını tahmin etmek için dikkate alınır.
Şekil 9. Bir buz barajı ile nehirin buluşması
Önerilen bazı yöntemler uzun gözlem dizisi olmasa bile, nehirin herhangi bir bölümü için buz barajı su seviyeleri tahmini ile ilgilidir. Bu gibi durumlarda, bu deşarj eğrisini kullanmak mümkündür, Q=f(H) ve ilgili buz dayanıklılık özelliklerini hesaplamak için yerel meteorolojik veriler. Bir buz barajının maksimum su seviyesi Q = f(H ) tesbit edilir ve uygun bir Q' denklemi 7.19 da hesaplanır. Bu durumda, Q' hangi su seviyesi böyle bir yükselmeye sebep olabilir, hangi buz baraj oluşumu meydana geleceğiyle ilgili koşullu bir yaz akıntısı vardır. Bu katsayı kp aşağıdaki denklemle ifade edilen bir buz örtüsü özellikleri ile bağlantı olarak elde edilir, kış faktörüdür:
Burada φs buz örtüsünün kırılmasından bir gün önceki buzun dayanıklılığı ile buz yüzeyinden karın ortadan kalktığı gündeki buzun dayanaklılığı arasındaki ilişki, bu yayınlardaki bir dizi açıklanan teknikler kullanılarak elde edilebilir (Buzin ve diğerleri, 1989); hice buz örtüsü parçalanmadan önce metre cinsinden buz kalınlığı; B metre cinsinden nehrin genişliği; kice sonbaharın başında dondurmanın su seviyesinde maksimum kış faktörü (Çeşitli nehir havzaları için, kice = 0.65 0.85). Kış faktörü de şu şekilde hesaplanabilir:
Burada F, bir buz baraj üzerinde bulunan km2 içinde havza alandır.
Bir nehir ve bir buz baraj üstünde kolları olmadan ulaşmak söz konusu olduğunda, nehrin bu bölümünde bir hidrolojik göstergesi mevcuttur (Figure II.7.9), o buz barajında akıntı tahmini için buz aşamaları deşarjları üzerinde eşdeğer yöntemini kullanmak mümkündür (Qkr1):
Burada kp2, üst bölümünde buz baraj oluşum tarihi için kış faktörü olduğunu, Qkr2 yaz eğrisi deşarja göre üst bölümünde azami buz baraj seviyesi için ayrılan üst bölümünde akıntı vardır Q=f(H), F1 ve F2 erişemeyeceği alt ve üst bölümleri ile kapalı havza alanlarıdır F1 = F2 +ΔF.
