| 1 |
Dersin Adı: |
TOPRAKTA SU VE KİMYASALLARIN AKIŞ MODELLEMESİ |
| 2 |
Dersin Kodu: |
TOP5972 |
| 3 |
Dersin Türü: |
Seçmeli |
| 4 |
Dersin Seviyesi: |
Yüksek Lisans |
| 5 |
Dersin Verildiği Yıl: |
1 |
| 6 |
Dersin Verildiği Yarıyıl: |
2 |
| 7 |
Dersin AKTS Kredisi: |
6 |
| 8 |
Teorik Ders Saati (saat/hafta): |
2 |
| 9 |
Uygulama Ders Saati (saat/hafta): |
2 |
| 10 |
Laboratuar Ders Saati (saat/hafta): |
0 |
| 11 |
Dersin Önkoşulu |
Yok |
| 12 |
Ders İçin Önerilen Diğer Hususlar |
Yok |
| 13 |
Dersin Dili: |
Türkçe |
| 14 |
Dersin Veriliş Şekli |
Yüz yüze |
| 15 |
Dersin Koordinatörü: |
Dr. Ögr. Üyesi Rifat AKIŞ |
| 16 |
Dersi Veren Diğer Öğretim Elemanları: |
Yok |
| 17 |
Ders Koordinatörünün İletişim Bilgileri: |
rifatakis@uludag.edu.tr, 0224.2941531, U.Ü. Ziraat Fak. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü. Görükle-Nilüfer/Bursa |
| 18 |
Dersin Web Adresi: |
|
| 19 |
Dersin Amacı |
Bu ders öğrenciye toprak gibi gözenekli ortamlarda su ve kimyasallarının taşınımını yöneten temel prensiplerin uygulamaları hakkında önemli beceriler ve bilgi kazandırır ve öğrenci toprak vadoz zone hidrolojik süreçleri hakkında yoğun bilgi ve beceri kazanır.
Modelleme süreçlerinde yersel değişkenlik ve toprak heterohenliği dikkate alınır. Model kullanma ve karşılaştırma sonucunda öğrenci fiziksel bir problemi matematiksel bir modele dönüştürebilem yeteneği kazanacaktır.
|
| 20 |
Dersin Mesleki Gelişime Katkısı: |
bu dersin kapsamı ve uygulamaları toprak fiziğinin temel prensiplerinin su kaynakları, arazi kaynakları, toprak ve bitki bilimleri alanında etkin bir şekilde kullanılmasını amaçlamaktadır. Bu ders toprak bilimi öğrencileri ve araştırmacılarının çevre bilimleri, inşaat mühendisliği, hidroloji, tarım bilimleri, ve jeofizik bilimleri alanında çalışanlarla arasındaki güçlü bir bağlantı kurar. toprak fiziğinin bu bilimlere ve iş kollarına katkısını artırır. |
| Hafta |
Teori |
Uygulama |
| 1 |
Tarla şartlarında toprak vadoz zone bölgesinin su bütçesi:
Yağış, yüzey akış, ve buharlaşma-terleme
Gerçek buharlaşma-terleme (ET) ve yer altı suyu besleme süreçlerine ilk yaklaşımlar, drenaj ve kılcallık süreçlerine basit yaklaşımlar
Toprakta su biriktirme terimi (water storage), toprakta biriktirme suyunun simülasyonu (benzeşimi) (excel solver programı), çok katmalı topraklarda su biriktirme teriminin simülasyonu
|
Bu ders bilgisayarları, ders materyallerini ve programın değişik bölümlerini ardışık bir şekilde ders sırasında kullanacaktır.
-Excel çalışma kitabında solver yardımıyla simülasyonlar
|
| 2 |
Suyun toprak tarafından tutulması:
Toprak neminin karekterizasyon eğrisi, spesifik su kapasitesi, hava girişbasınç değeri, toprakta kalıntı su içeriği
Toprakta dane çapı dağılımı, sıcaklığın toprak suyu basıncı üzerine etkisi, histerisis
|
Toprak su tutma karakteristik verileri kullanılarak tekdüze (ünifor) akış uzayında bir boyutlu olarak simülasyon değerlendirmesine tabi tutulacaktır. |
| 3 |
Toprakta doygun şartlarda su akışı:
Toprakta akış süreçlerini yönneten eşitlikler: Darcy denklemi ve Richard denklemi, Advection-dispersion denklemi (ADE)
Suya doygun topraklarda sabit şartlarda (steady-state) su akışı,
Doygunluk hidrolik iletkenlik değeri ve spesifik (özellikli) geçirgenlik parametresi
Doygunluk hidrolik iletkenlik değerinin labaratuvar ve tarla şartlarında tahmin edilmesi
Toprakta su akışının sayısal çözümleme modelleri
Toprakta su akşının istatistiksel veri olarak incelenmesi (monte karlo vb.)
|
Bir boyutlu üniform akış şartlarında ADE eşitliği ve kimyasal reaksiyon süreçleri denenecektir |
| 4 |
Değişken doygunluk derecesindeki toprakta su akışı: ana akış denklemleri, kökte su akışı, doymamış toprakların hidrolik özellikleri, toprak hidrolik özelliklerinin ölçeklendirilmesi, başlangıç ve sınır şartları |
iki boyutlu üniform akış şartlarında CDE eşitliği ve kimyasal reaksiyon süreçleri denenecektir |
| 5 |
Doymamış topraklarsa su hareketi:
Sabit-şartlarda (dengede) su akışı ve sabit olmayan şartlarda su akışı, ve bunların sayısal çözümleri,
Doymamış toprakta hidrolik iletkenlik modelleri: Gardner denklemi, Burdine denklemi, Brooks ve Corey denklemi, Mualem van Genuchten denklemi
|
Bir boyutlu üniform akış şartlarında CDE eşitliği ve kimyasal reaksiyon süreçleri denenecektir |
| 6 |
Sabit şartlardaki buharlaşma yada sızma (seepage),
Sabit şartlarda toprağa sızma (infiltrasyon) disk infliltrometre yöntemi
Toprak nem karakteristik eğrisinden doymamış şartlardaki toprak hidrolik iletkenlik değerini tahmin etme süreci
|
İki boyutlu üniform akış şartlarında su akış simülasyonu: başlangıç ve sınır şartları belli olan kolullarda sabit şartlar altında meydana gelen su akışı HYDRUS2D kullanılarak simüle edilecektir. |
| 7 |
Toprak hidrolojisinin temel süreçleri:
Sabit şartlarda dikey akış: kapillar yükselme ve sabit infiltrasyon hızı,
Pozitif su basıncı(pressure head) sınır şartları altında dikey infiltrasyon:
Philips denklemi, Haverkamp denklemi, The Green-Ampt denklemi,
Toprak içerisinde su akış hızı (flux) sınır şartları altında dikey infiltrasyon: parmak akı ve tercihi akı, suyun profilde yeniden dağılımı süreci,
Toprak hidrolik özelliklerinin infiltrasyon temelli yöntemlar aracılığıyla tahmini, iki boyutlu akış hızı (flux) sınır şartları
Lateraller ve nokta su kaynaklarindan meydana gelen infiltrasyon, içsel drenaj, yeraltı suyu etkisi altındaki topraklarda içsel drenaj, birim gradiyent disçarç (drenaj), ve çıplak toprakların buharlaşma yardımıyla kuruması
|
HYDRUS2D kullanılarak dikey infiltrasyon modelinin sayısal çözümlemesi yapılacaktır. |
| 8 |
Toprakta kimyasalların hareketi:
Temel süreçler: kütle akış (convection), yayınım (diffusion), daılım (dispersion), hdrodinamik dispersion
Toplam kimyasal akışı, kimyasal reaksiyon ve sınıfları,
Hızlı reaksiyonlar (sınıf I-sınıf III) Yavaş reaksiyonlar (sınıf IV –sınıf VI),
Kütle-dağılım eşitliği (CDE), Kimyasal akı denkleminin bölümleri, genel problemin tanımlanması, basitleştirilmiş (CDE) çözümleri, atılım eğrileri ve CDE çözümleri,
Akış tüpü modelleri, akış denklemlerini oluşturmak için gereken başlangıç ve sınır şartlar, stokastik kimyasal akış denklem tanımlamaları (monte carlo simülasyonları vb.)
|
iki boyutlu üniform akış şartlarında CDE eşitliği ve kimyasal reaksiyon süreçleri denenecektir |
| 9 |
Toprak suyu akış ana eşitliklerinin sayısal çözümlemeleri: yer ve zaman dilimlemeleri, sayısal çözümleme stratejileri, yineleme süreçleri, toprak su biriktirme terimini dilimlere ayırma süreci, ilerleme zaman adımının seçimi, pozitif su basıncı sınır şartlarına göre problemin çözümü |
Programın değişik kısımları kullanılarak matematiksel formüler yardımıyla modeller oluşturulacaktır |
| 10 |
Akış hızı ve gradiyent sınır şartları, atmosferik sınır şartları ve sızma (seepage) sınır şartlarının belirlenmesi, yüzey altı boru drenlerinin sınır şartlarının belirlenmesi, su bütçesinin belirlenmesi, nodlardaki akış (flux) hesabı, bitki köklerinin aldıkları suyun hesaplanması, toprak hidrolik özelliklerinin değerlendirilmesi, sabit şartlarda toprakta su akış analizinin yapılması |
Programın değişik kısımları kullanılarak matematiksel formüler yardımıyla modeller oluşturulacaktır |
| 11 |
Kimyasalların ana akış denklemlerinin (governing equations) sayısal çözümlemeleri: yer ve zaman ddilimlermelerinin yapılması, sayısal çözümleme algoritmalarının hazırlanması, çözüm süreçleri |
Programın değişik kısımları kullanılarak matematiksel formüler yardımıyla modeller oluşturulacaktır |
| 12 |
Aşağıdan yukarıya doğru tartılı formülasyon işlemi (Upstream weighted formulation), birinci tip sınır şartlarının uygulanması, üçüncü tip sınır şartlarının uygulanışı, kimyasalın kütle bütçesinin hazırlanması |
Programın değişik kısımları kullanılarak matematiksel formüler yardımıyla modeller oluşturulacaktır |
| 13 |
Problem’n tanimi: sonlu element elek açıklıklarının (grid hücrelerinin) hazırlanışı, toprak tipinin ve alt bölgelerin (katmanların sırası) kod seçiminin yapılması, sınır şartlarının kodlamasının seçimi ve uygulanması, program hafıza ihtiyacının kontolü ve matriks denklem çözümlerinin yapılması |
Programın değişik kısımları kullanılarak matematiksel formüler yardımıyla modeller oluşturulacaktır |
| 14 |
Model girdileri: verilerin girileceği blokların tanımının yapılması ve hazırlanması,örnek girdi dosyası,versi çıktı dosyalarının uygun bir şekilde hazırlanması, örnek program çıktı dosyası,
Modelleme adımlarının gözden geçirilmesi
|
Modelleme adımları test edilecektir |
