AN INVESTIGATION OF TURBULENT FLOW STRUCTURE AND FISH KINEMATICS IN POOL-WEIR FISHWAY
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MEHMET SALİH TÜRKER
Danışman: Serhat Küçükali
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mevcut havuz tipindeki balık geçitlerinde hidrolik elemanların yerleştirilmesi, Cyprinid (sazan benzeri) balıklar için daha uygun hale getirilmesi, balık geçidi araştırmalarında önemi giderek artan bir konudur. Bu çalışmanın amacı, saha deneyleri, laboratuvar deneyleri, sayısal simülasyonlar ve canlı balık gözlemlerini birleştiren kompozit bir yaklaşım yoluyla orifisli-savak balık geçitlerindeki sazlık bloklarının rolünü incelemektedir. Yapılan saha deneylerinde, Dağdelen Hidroelektrik Santrali'nde, Ceyhan Nehir Havzası'nda, orifis ve savak bulunan temsilî bir havuzdaki balık geçidinin hidrodinamik özellikleri ve balık davranışı incelenmiştir. Havuzdaki üç boyutlu hız ölçümleri Akustik Doppler Hızölçer (ADV) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ölçümler, sazlık bloğu bulunan ve bulunmayan durumlarda, sazlıkların uç seviyesinin altında ve üstünde olacak şekilde iki farklı düşey mesafede yapılmıştır. Çalışılan balık geçidi için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analizi de yürütülmüştür. Sayısal modelde Büyük Girdap Simülasyonu (LES) ve Darcy–Forchheimer yasası birleştirilmiş, sazlık blokları nümerik modelde homojen gözenekli ortam olarak temsil edilmiştir. Sonuçlar, sazlık bloktaki göreli batma derinliğinin hız ve Reynolds kayma gerilmesi (RSS) dağılımlarında çok önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Sazlıkların altında kalan bölgede, akış hızı ve yatay RSS bileşeni azalmış ve sazlık uçlarının altındaki blok arkasında dinlenme alanı oluşmuştur. Balık hareketleri, gerçek zamanlı işletme koşullarında su altı kameralarıyla kaydedilmiştir. Belirli bir zaman diliminde balıkların mekânsal yoğunluğunu görselleştiren iki boyutlu ısı haritası analizine göre Capoeta damascina, yüksek türbülanslı alanlardan kaçınmış ve balık varlığı yoğunluğunun %61,5'i havuzdaki düşük Reynolds kayma bölgelerinde gözlemlenmiştir. Ayrıca, çalışma kapsamında orifili-savaklı tipindeki balık geçidinin 1:2 ölçekli fiziksel modeli kullanılarak hidrolik ölçümler ve canlı balık testleri gerçekleştirilmiştir. Laboraturda gerçekleştirilen deneysel çalışmada, farklı hidrolik konfigürasyonlar (orifisli vs. orifis-savaklı) ve taban koşulları (sazlık bloklu vs. bloksuz) altında, iki farklı leusiskid türü olan Squalius cappadocicus ve Chondrostoma colchicum için yukarı yönlü geçiş başarısı araştırılmıştır. Çeşitli balık boylarıyla yapılan deneylerde, balıkların sazlık bloğu olan ve olmayan koşullarda, iki farklı akış rejiminde (orifisli ve orifisli-savaklı) balıkların konumlarını koruma yetenekleri incelenmiştir. ADV ve ADP ölçümleri sazlık bloluğun yüksek akış hızlarını, türbülans çalkantılarını, su yüzü çalkantılarını ve Reynolds kayma gerilmesini azalttığını, balıkların konumlarını koruyabileceği düşük hızlı bölgeler yarattığını göstermiştir. Sazlık bloğun yerleştirilmesiyle, Squalius orpheus'un sürüklenme oranı orifisli akım rejiminde %76'dan %48'e, orifisli-savaklı akım rejiminde ise %86'dan %19'a düşmüştür. Bu bulgular, sazlık blokların hidrodinamik koşulları iyileştirme ve havuz tipindeki balık geçitlerinde etkili dinlenme alanları sağlama potansiyelini göstermektedir. Chondrostoma güçlü bir akış tipi bağımlılığı göstermiş, orifis-savak rejiminde başarısı düşmüş ve kritik boy eşiği yaklaşık 11 cm olarak bulunmuştur. Squalius ise daha çok taban koşullarından etkilenmiş, sazlık bloklardan belirgin fayda sağlamış ve boy etkisi daha zayıf (~18,5 cm) olarak gözlenmiştir. Modellemenin tahmin performansı Chondrostoma için iyi-orta, Squalius için ise orta seviyede olup, daha karmaşık etkileşimler eklenmesi performansı iyileştirmemiştir. Bu durum, basit modellerin temel balık davranışlarını yakalamakta yeterli olduğunu göstermektedir. Tasarım açısından, orifisli ile sazlık blokların kombinasyonu, her iki türü desteklemek için en etkili konfigürasyon olarak öne çıkmakta, özellikle daha küçük bireyler için uygun olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar, sazlık bloklarının hızı, kayma gerilimini ve türbülansı etkili bir şekilde azaltarak, enerji maliyetlerini düşüren ve küçük boylu balıklar için geçiş koşullarını iyileştiren hidrolik sığınaklar oluşturduğunu göstermektedir. Hem saha hem de laboratuvar deneylerinde balıkların bulundukları alanlar ve Reynolds kayma gerilmeleri arasında negatif bir ilişki bulunmuştur. Sazlık blokların Gözenekli Ortam Yaklaşım kullanılarak modellenmesi hem saha hem de laboratuvar deneyenlerinde tutarlı sonuçlar verdiği ortaya konmuştur. Çalışmada elde edilen bulgular, mevcut havuz tipindeki balık geçitlerinin esnek hidrolik elemanlarla rehabilite edilmesinin ekolojik faydalarını ortaya koymuştur.