V - Geomatik Mühendisliği Bölümü
Transkript
V - Geomatik Mühendisliği Bölümü
JDF 429 Yrd. Doç. Dr. Kurtuluş Sedar GÖRMÜŞ Aplikasyon Plan üzerinden sayısal ortamda alınan değerlerin veya önceden yapılmış ölçü değerlerinin zemine işaretlenmesine “APLİKASYON” denilmektedir. Aplikasyon ölçü işinin tersi olarak da tanımlanabilir. Genel anlamda yerine işaretlemek şeklinde de düşünülebilir. Aplikasyon ikiye ayrılır: 1. Yatay Aplikasyon 2. Düşey Aplikasyon 2.1 YATAY APLİKASYON Noktaları zeminde işaretlemek için yatay düzlemdeki konum elemanlarından faydalanılır. Aplikasyon elemanları genellikle plandan alınır. Noktaların aplikasyonu için poligon noktalarından yararlanılır. Poligon kenarları işlem doğrusu alınarak aplikasyon değerleri plandan alınır ve noktalar zeminde işaretlenir. Gerekiyorsa aplikasyon için yeni poligon noktaları tesis edilebilir. Aplikasyon noktaları olarak, işin hassasiyetine göre bina ve belirgin parsel köşeleri, telefon ve elektrik direkleri kullanılabilir. 2.1.1 Noktaların Aplikasyonu Bir noktanın aplikasyonu için gerekli aplikasyon değerleri plandan alınır. Aplikasyonda kullanılan yöntemler şunlardır: a- Bağlama yöntemi b- Dik koordinat yöntemi c- Işınsal yöntem d- Kestirme yöntemi e- Total Stationlarla (elektronik) aplikasyon f- GPS ile aplikasyon f- GNSS Tekniği ile Aplikasyon Dever hesapları Herhangi bir taşıt kurb üzerinde hareket ederken, bu taşıtı kurbun dışına sürüklemek ve devirmek isteyen bir merkezkaç kuvveti meydana gelir. Kurbun yarıçapına ve ve taşıtın hızına bağlı olarak merkezkaç kuvveti; m.V 2 F R Formülü ile hesaplanır. Dever rakordmanı Alinyman üzerinde yollara eksenden itibaren banketlere doğru enkesitte %2 normal bombe verilir. Alinymandan kurba geçilen TO noktasında yola birden bire dever vermek, sürücünün arabayı kullanmada karşılaşacağı zorluk nedeniyle mümkün değildir. Bu nedenle bombeden tam devere geçişin bir “Rakordman boyu” üzerinde uygulanması seyir konforu ve emniyet için gereklidir. Bu geçiş yüksek standartlı yollarda geçiş eğrisi (klotoid) ile sağlanır. Ülkemiz devlet yollarında dever rakordmanı teğet noktaları civarında kısmen alinyman ve kısmen de kurb içinde uygulanmaktadır. Rakordman boyu; 0,0354.V 3 Ls R Formülü ile hesaplanır. Ancak, bu formül ile bulunan rakordman boyu 45 m den kısa ise Ls=45m seçilir. Şekilde görüldüğü gibi rakordman boyunun 2/3 ‘ü alinymanda, 1/3 ‘ü kurb içerisinde uygulanır. Örnek R=250m V=70km/h için 0,00443.V 2 0.00443x 702 s 0.086 R 250 0,0354.V3 0,0354x 703 Ls 48,57m R 250 R=400m V=80km/h S=%8 seçilir Ls=50m seçilir. için 0,00443.V 2 0.00443x802 s 0.07 R 400 0,0354.V3 0,0354x803 Ls 45,312m R 400 S=%7 seçilir Ls=45m seçilir. Örnek: Banketlerle birlikte platform genişliği P=9,50m olan iki şeritli bir yolun sağ kurbu için proje hızı V=70km/h, R=200m, T0km=0+140.41, Tfkm= 0+474.30, HTo=503.68, HTf=518,14m, yol boyunca yolun eğimi +%4,33117 dir. a) Kurbda uygulanması gereken dever ve rakordman boyunu hesaplayınız? b) Diğer parametrelerin değerlerini hesaplanınız. Cevaplar a) R=200m V=70km/h için 0,00443.V 2 0.00443x 702 s 0.1085 R 200 3 3 0,0354.V 0,0354x 70 Ls 60,71m R 200 b) T0km=0+140.41, HTo=503.68, S=%8 seçilir Ls=61m seçilir. Tfkm= 0+474.30, HTf=518,14m Akm=Tokm- (2/3)Ls=0+099,74 Bkm=Tokm+ (1/3)Ls=0+160,74 Ckm=Tfkm- (1/3)Ls=0+453,97 Dkm=Tfkm+ (2/3)Ls=0+514,97 HA=HTo-(2/3).Ls.g=501,92 HB=HTo+(1/3)Ls.g=504.56 HC=HTf-(1/3).Ls.g=517,26 HD=HTf+(2/3)Ls.g=519,90 Merkezkaç kuvvetini etkisiz duruma getirmek için yola enine eğim “Dever” verilir. Bu eğim birden bire verilmez. Yolun belli bir kısmından başlayarak yavaş yavaş artırılır. Aliymanda sıfır olan eğrilikten, 1/R değerine ulaşma ve istenilen dever değerine varmak için aliymanla R yarıçaplı kurp arasına, eğriliği yavaş yavaş artan bir eğri yerleştirilir. Bu eğriye “Birleştirme Eğrisi” denir. Birleştirme eğrisine geçiş kurbu veya rakortman kurbu da denilmektedir. R yarıçaplı kurp ile geçiş kurbu birleştirme noktasında aynı doğruya teğettirler. Geçiş eğrisi olarak; • Klotoid • Lemniskat • Kubik spiral ve benzerleri • Sinüsoid kullanılmaktadır. Batimetri… Denizaltındaki zengin petrol ve gaz yatakları Büyük endüstri yatırımları Deniz ötesi mühendislik teknolojilerindeki gelişmeler Gemicilik sanayisindeki gelişmeler Kıyı ötesi sondaj ve Liman inşaatı Diğer sanayi etkinlikleri • Sığ sularda büyük gemilerin girebileceği limanların yapımı • Limanların karayolu ve demiryolu ile bağlantıları • 150 km açıkta şiddetli fırtınalara ve 20 metrelik dalgalara dayanan Sondaj platformları inşaatı • Açık denizde tanker terminalleri • Petrol yatağı ile kıyı arasındaki boru hattı ve platform inşaatı • Limanların korunması için tarama, mineral iyileştirmesi, sudan arazi kazanma • Kıyı koruma mühendisliği • Deniz kazaları • Temiz su ihtiyacının karşılanması için deniz suyunun tuzunun giderilmesi • Deniz suyundan mineral ve kimyasal maddelerin ayıklanması • Plaj ve marina gibi tesislerin kurulması • Gemi taşımacılığı için geçit düzenlenmesi, haberleşmenin geliştirilmesi, denizaltı kablo ve sualtı boru hatları • Balıkçılık endüstrisinin geliştirilmesi 31 Boru hattı liman Sondaj platformu 32 GİRİŞ Bu etkinliklerin gerçekleştirilmesinde mühendislerin ve ölçmecilerin yeri tartışılmaz. Deniz ile ilgili çalışmalarda mühendislerin mücadele etmelerini gerektiren etkenler: •Deniz suyunun çürütücü özelliği, •Akıntıların kuvveti, •Gelgitler, •Fırtınalar, •Deniz altındaki yüksek basınç. Bu güçlüklerle mücadele edebilmek için, bunların ölçülmesi, belirlenmesi gerekir. 33 Tarihçe; Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Deniz haritacılığı, hidrografi, seyir ve oşinografi konularında askeri, iktisadi ve bilimsel çalışmalar yürüten, Deniz Kuvvetleri Komutanlığı’na bağlı bir kuruluştur. 19. y.y. Başlarında Osmanlı Devleti’nin denizlerde ölçüm yapacak ve harita çizecek herhangi bir kuruluşu yoktu. Karadeniz’deki Osmanlı kıyılarına ait ilk haritaların çizimi, hükümetin izni ve bazı Osmanlı gemilerinin katılımıyla 18231848 yılları arasında Ruslar tarafından yapılmıştır. Modern kabul edilen ilk Türk Deniz Haritası 1840 yılında Mektebi Bahriye Matbaasında basılmıştır. Karadeniz'in bir kısmını kapsayan bu harita, bugün Deniz Müzesi'ndedir. Bu dönem içinde İngilizlere de Marmara ve Ege denizi ile Akdeniz’de ölçümler yapma konusunda izin verilmiştir. 1881’den sonra, deniz haritalarının çizimi konusunda İngiltere’de eğitim görmüş bir subay denetiminde Mektebi Bahriye Matbaasında deniz haritaları basılmaya başlanmıştır. Tarihçe: Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Resmi anlamda ilk hidrografi organizasyonu 1909 yılında deniz mesahaları ve seyir bürosu adı altında kurulmuş ve bahriye bakanlığına bağlanmıştır. İki yıl sonra 1911'de büro yeniden organize edilerek seyir ve deniz haritaları bürosu adı ile nispeten daha bağımsız bir statüye kavuşmuştur. Büro 1928 sonlarında şimdiki adı Harita Genel Komutanlığı olan Harita Genel Müdürlüğüne bağlanmış ve onun Deniz Haritaları Şubesini oluşturmuştur. 1950 yılında Seyir ve Hidrografi Dairesi adı altında tekrar Deniz Kuvvetleri Komutanlığına bağlanarak Kasımpaşa/Haliç'e nakledilmiş, çalışmaları geliştirilerek, modern deniz harbi ile ilgili konulara daha çok önem verilmeye başlanmıştır. 1956'da daire bugün bulunduğu, Çubuklu'daki yerine taşınmıştır. Dairenin adı 1972 yılında Seyir, Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı olarak değiştirilmiştir. 35 Deniz haritaları, topografik haritaların denize uyarlanmış halidir. Deniz tabanı, gözle görülmediğinden ve anlaşılması güç bir yapıya sahip olduğundan deniz haritalarını kullananlar, hidrografların yaptığı çalışmalara tamamen güvenmek zorundadırlar. 36 Hidrografik ölçmeleri klasik ölçmelerden ayıran özellikler? 1. 2. 3. 4. Hidrografik haritaların yapımında klasik harita ölçmelerine göre bazı yöntem benzerlikleri varsa da çalışma ortamının sularla örtülü olması nedeniyle yöntemlerin uygulanma biçimi ve aletler yönünden önemli ayrıcalıklar vardır. Çalışma ortamının su olması nedeniyle oluşturulan jeodezik ağ harita alanını tamamen kapsamaz ve genellikle kıyıda tesis edilir. Sualtı tabanına ilişkin ölçmeler, su üzerindeki bir taşıttan yapılır. Derinlik ve konum belirleme ölçmeleri birbirinden bağımsız olarak sürdürülür. Sualtı tabanını doğrudan görülemediği için ölçmeler önceden saptanan bir doğrultuda ve belirli aralıklarla yapılır. Hidrografide "iskandil" adı verilen derinlik ölçmeleri, nivelmanla eş anlamlı olmasına karşın, burada uygulanan yöntemler ve aletler tamamen farklıdır. 37 Hidrografi : Denizlerin derinliğini, denizlerdeki akıntıların yönünü, şiddetini konu edinen bilim dalıdır. Yeryüzündeki suların, özellikle seyir haritalarının oluşturulmasına yönelik olarak incelenmesini konu edinir. Oşinografi : Okyanus bilim ya da deniz bilim olarak da adlandırılır. Yeryüzündeki okyanus ve denizlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin, içerdikleri bitki ve hayvan topluluklarının ve jeolojik yapılanmaları ile kökenlerinin incelenmesini konu edinen bilim dalıdır. Fiziksel, dinamik, kimyasal, biyolojik ve jeolojik oşinografiden söz edilebilir. Modern oşinografi bütün bu değişik dalların bileşiminden oluşmaktadır. Hidroloji : Subilimi olarak da bilinir. Yeryüzündeki ya da yeraltı su örtüsünü inceleyen bilim dalıdır. Sukürenin (hidrosfer) gelişimi, dağılımı, bileşimi, su dolaşımı (hidrolik çevrim) yoluyla atmosfer ile yeryüzü arasındaki dolaşımı, doğal çevreyle ve insanla çevresel ve ekolojik etkileşimin incelenmesi temel ilgi alanını oluşturur. Seyir (seyrüsefer) : Deniz taşıtlarının konum, rota ve uzaklık belirleme yöntemleriyle yönlendirilmesini konu edinen bilim dalıdır. İzlenecek yolun bulunması, kazaların önlenmesi, yakıt tasarrufu ve zaman ölçümü, seyirin içeriğini oluşturur. Seyirin temel amacı, bir noktadan diğerine giden yolu bulmaktır. 38 Seyir Haritası : Seyir haritası, seyirde kullanılmak üzere hazırlanır. Denizcilikte kullanılan seyir haritalarında enlem ve boylam dairelerinden başka, deniz feneri ve radyo kulelerinin konumları, deniz derinlikleri gibi seyir için gerekli bilgiler bulunur. Denizcilikte kullanılan ilk seyir haritaları XIII. yüzyıl sonlarında yapılmıştır. Seyir haritaları yapılmadan önce denizciler, gök cisimlerinin konumlarından ve çeşitli meteorolojik olaylardan yararlanarak seyir ederlerdi. Hidrografik Ölçmeler : Yeryüzünün sularla kaplı bölümlerinin (deniz, göl ve akarsu gibi) topografik durumunu belirlemek için yapılan ölçmelerdir. Bu ölçmelerde iki temel işlem su kütlesinin üzerindeki noktaların yatay koordinatlarının belirlenmesi (konum belirleme) ve bu noktadaki su derinliğinin (iskandil) ölçülmesidir. Ayrıca deniz, göl ve akarsuların ortalama su seviyelerini belirlemek ve bu ortamlarda gravite “ yerçekimi ivmesi “ ölçmeleri yapmakta hidrografik ölçmeler kapsamındadır. Batimetri : Hidrografide, derinlik ölçümü ile eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. 39 Kerteriz : Bir hidrografi taşıtından herhangi bir kara noktasına bakıldığında, hidrografi taşıtı ile kara noktasını birleştiren doğrultunun, hidrografi taşıtının bulunduğu boylam dairesi ile yaptığı açıdır. Bu tanımdan da anlaşılacağı gibi kerteriz, kara haritacılığında kullanılan azimut açısının hidrografideki karşılığıdır. Kerteriz almak ise kıyıdaki bir noktanın ya da bir gök cisminin, hidrografi taşıtının bulunduğu konuma göre açısal konumunun belirlenmesidir. Gerçek kutup noktasına göre jiroskoplu teodolit ile alınan kerteriz hakiki kerteriz, seyir halindeki bir gemiden kıyıdaki birden çok noktaya bakılarak konum belirlemek için yapılan ölçme işlemine çapraz kerteriz, manyetik pusula ile alınan mıknatisi kerteriz ve rota hattı ile çevredeki bir noktadan geçen doğrultu arasındaki açıya da nispi kerteriz adı verilir. Mevki Koyma : Derinlik ölçümü yapılacak noktanın yatay konumunun belirlenmesidir. 40 Hidrografik ölçmelerin ilk amacı, karasal topografik haritalara benzer şekilde deniz dibinin bütün özelliklerinin, doğal ve yapay görünümlerinin belirtilmesidir. Noktaların deniz seviyesinden olan derinliklerinin belirlenmesi işlemine iskandil denilmektedir. x, y Ortalama su seviyesi d 41 İskandil yöntemleri içinde en çok kullanılanı Akustik iskandil yöntemidir. 1 d v t 2 Gönderilen İmpuls Yansıyan impuls Bu yöntemde derinliğe bağlı olarak belli zaman aralıklarında ses impulsları gönderilir. Bu impulsların gönderimi ve alımı arasında geçen süre ölçülerek deniz tabanının su yüzeyine göre olan derinliği belirlenir. Deniz tabanı 42 İskandil işlemi genellikle birbirine paralel doğrultularda ve sürekli olarak sürdürülür. Otomatik sistemlerde, belli zaman aralıklarında konum belirlenerek çalışmalar sürdürülür. 43 İskandil işlemiyle bütün detayların alındığı garanti edilemez. Tek başına bulunan tepeler ve enkazlar veya diğer engeller iki paralel hat arasında ise bazen kaçırılabilir. Akustik iskandille yapılan çalışmalar, deniz dibinin yapısını vermezler. Örneğin, deniz dibinde çakıllık veya kumluk alanların nereleri olduğu gibi. İskandil doğrultuları sıklaştırılarak ya da çapraz doğrultular alınarak incelik arttırılır. Özel araçlarla deniz dibinden örnek alınmalı ya da yandan taramalı (side-scan) sonarlar kullanılmalıdır. Ayrıca gelgit ve gelgit akıntıları gözlenerek bunlar belirlenmelidir. 44 DÜNYANIN ŞEKLİ ve PROJEKSİYONLAR Hidrografik haritaların büyük çoğunluğunu oluşturan deniz haritalarının çiziminde, Ortodrom (en kısa yol) seyrine, Loksodrom (sabit rota) seyrine olanak sağlayan - GNOMONİK PROJEKSİYON - MERCATOR PROJEKSİYON yöntemleri uygulanır. Ülkemizde memleket kara haritalarının içinde kalan kıyı denizlere ve göllere ait hidrografik çalışmalar, Gauss-Krüger projeksiyonuna göre çizilmektedir. Yüzölçümü 50 km2 den küçük sahalar için yeryüzü düzlem kabul edilebileceğinden, bağımsız ve özel hidrografik çalışmaların değerlendirilmesinde projeksiyon yöntemleri dikkate alınmayabilir. 45 SUYUN HAREKETLERİ Okyanuslarda, denizlerde ve göllerde sular pek çok sebepten dolayı hareket ederler. Hareket, yatay ya da dikey, tek yönlü ya da dairesel ve bazen de periyodik olabilir. En tahmin edilebilir olanlar, astronomik kuvvetlerin neden olduğu gelgit hareketleridir. Astronomik kaynaklı hareketlerin en önemli iki nedeni, ayın ve güneşin çekim kuvvetidir. Bu cisimlerin diferansiyel çekimleri, dünyadaki denizler üzerinde kabarmalar yaratır. Ayın evreleri, güneş ve ayın değişik durumlarına bağlı olduğundan küçük ve büyük gelgitlerin oluşumu, ayın evreleriyle de bağlantılıdır. 46 SUYUN HAREKETLERİ Su seviyesinin yükselip alçalması için, düşey hareketin yanında yatay yönlü bir akıntı da olmalıdır. Gelgit oluşturan kuvvetin yarattığı yatay akıntı, yarı med zamanında en üst düzeye ulaşır. Yarı med zamanında, seviye değişikliği oranı en yüksektir. Yatay akıntının en az olduğu durumlar ise, seviye değişikliğine hiç rastlanmayan med ya da cezir durumlarıdır. Özellikle sığ su alanlarında meydana gelen gelgit akıntılarının tersine çevrilmesi her zaman med ve cezir olaylarıyla aynı zamanda oluşmaz. Böyle zamanlarda görülen yatay hareketler, çoğunlukla bir akıntının varlığına işarettir. Bu hareketler nehir taşmaları, rüzgar, dalga ya da barometrik kaynaklı olayların oluşturduğu medlerin birkaçının ya da hepsinin bir araya gelmesine bağlıdır. Ancak su akışı kısa mesafelerde çeşitlilik gösterebilir. Akıntı oranında ve suyun derinliği yönünde dikkate alınmaya değer değişiklikler görülebilir. 47 DATUM Her harita çalışmasında gerek yüksekliklerin gerekse derinliklerin belirlenmesinde belli bir başlangıç yüzeyi seçilir. Bu başlangıç yüzeyinin geoit olduğunu biliyoruz. Sualtı tabanına ilişkin derinlik ölçmeleri, o andaki su seviyesine göre yapıldığından, ölçülerin başlangıç yüzeyine indirgenebilmesi için su seviyesindeki değişmelerin belirlenmesi gerekir. Çünkü su seviyesi, dinamik ve meteorolojik etkenler altında sürekli değişir. Bu nedenle ortalama su seviyesine (MSL) göre belirlenecek bir yüzey (jeoit), derinlik ölçülerinin indirgenebileceği yüzey olarak kabul edilir. 48 FİZİKİ ÇEVRE DATUM Ülke başlangıç yüzeyinin belirlenmesi amacıyla yapılacak su seviyesi gözlemleri ile bölgesel hidrografik çalışmalar için yapılacak su seviyesi gözlemlerinin alet, süre ve değerlendirme yönünden bazı farklılıkları vardır. Örneğin, Ülke başlangıç yüzeyinin belirlenmesi için presizyonlu mareografların kullanılması ve uzun süreli gözlemlerden ortalama su seviyesinin hesaplanması zorunlu olmasına karşın, bölgesel hidrografik çalışmalar için basit mareograflar ve kısa süreli gözlemler genellikle yeterlidir. 49 50 FİZİKİ ÇEVRE DATUM Pek çok ülke, 1926 Uluslararası Hidrografi Konferansında kabul edilen tanıma göre harita datumunu benimsemiştir: "Gelgitin çok seyrek olarak altına inebileceği kadar alçak olan bir düzlem". İngiltere Kıyıları boyunca, bu genellikle en alçak astronomik gelgitin ölçülen değerine yakındır. Bu en alçak gelgit, ay ile güneşin etkileriyle sağlanan seviyedir. Türkiye’de hidrografik haritaların düşey datumu olarak ortalama su seviyesi (MSL) alınmaktadır. 51 FİZİKİ ÇEVRE DATUM 52 FİZİKİ ÇEVRE GEL-GİT ÖLÇÜMLERİ Gelgit seviyeleri en basit şekliyle bölümlendirilmiş düşey bir çubukla belirlenir. Çubuk gelgit yüksekliğini kaplamalı ve sıfır noktası da datum seviyesinde olmalıdır. Datum seviyesinden farklı bir ayarlama sonucunda düzeltme yapılması gerekir. Bu düzeltme basittir, fakat unutulabilir. Gelgit çubuğu, datum seviyesinin altındaki ölçümlerde negatif sonuçlar verir. Nivelman noktası su seviyesi sıfır noktası 53 GEL-GİT ÖLÇÜMLERİ Sonuçlar, genellikle değişik amaçlara uygun çeşitli tipleri bulunan otomatik göstergelerden okunur. Damıtmalı göstergeler, örneğin limanlarda sürekli kaydediciler kadar yaygındır. Limanlarda iskelenin yanına kurulurlar. Alçak suya, en alçak su seviyesinin altında duracak şekilde çabucak monte edilebilir. Kabaran ve çekilen gelgitin karşı basıncını ölçmek üzere sıkıştırılmış hava kullanılır. Bundan başka deniz yatağı manometresi, akustik gösterge (sudan yukarı doğru ya da tüpten aşağıya suya doğru) gibi çeşitleri vardır. Her birinin kendine özgü taşıma ve ayarlama şekilleri olduğu gibi farklı sorunlar yaratırlar. Bir manometre yatay su hareketiyle gelgit uzunluğunun yükselmesi arasındaki basınç farkını ayırt edemez. Damıtmalı göstergeler ise, deniz kuvvetlerinin etkilerinin artmasıyla küçük açıklıkları tıkanır. Hepsinin ortak özelliği, dikkatli yerleştirilmelerinin gerekmesidir. Gelgit gözlemlerinin yeri, ölçüm alanına uygun olmalıdır. Alçak suda kurumamalı, kıyı kordonunun ardında kalmamalı, ölçüm bölgesinden çok uzakta bulunmamalıdır. 54 GEL-GİT ÖLÇÜMLERİ Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (TUDES) halihazırda Harita Genel Komutanlığı Jeodezi Dairesinde bulunan bir adet veri merkezi ve Akdeniz kıyısında Antalya-II ve Girne (K.K.T.C.), Ege denizi kıyılarında Bodrum-II ve Menteş, Marmara denizi kıyısında Erdek mareograf istasyonu ve Karadeniz kıyılarında ise Amasra, İğneada ve Trabzon-II mareograf istasyonlarından oluşmakta olup TUDES ’in genişletilmesi çalışmaları devam etmektedir. TUDES kapsamında deniz seviyesi ile yardımcı meteorolojik parametreler sayısal ve yüksek doğrulukta elde edilmektedir. TUDES kapsamında Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyeti Harita Dairesi tarafından Girne’de işletilen mareograf istasyonuna da ulaşılmakta ve verileri toplanmaktadır. Ankara’daki veri merkezinde mareograf istasyonlarındaki verilerin toplanması, kalite kontrol ve analiz işlemlerinden geçirilmesi faaliyetleri yürütülmektedir. 55 FİZİKİ ÇEVRE GEL-GİT ÖLÇÜMLERİ TUDES mareograf istasyonlarının dağılımı 56 FİZİKİ ÇEVRE GEL-GİT ÖLÇÜMLERİ TUDES’nin genel çalışma yapısı 57 SUYUN ÖZELLİKLERİ Su ile ilgili pek çok ölçme yapan, ölçmeci için, suyun özellikler çok önemlidir. Suyun kimyasal ve fiziksel yapısındaki değişiklikler, akustik ölçümleri etkiler. Barajlardaki soğuk ve tatlı sudan, Lut Gölündeki sıcak ve tuzlu suya kadar pek çok çeşidi vardır. Ölçümler her iki tip suda da yapılır. Her birinde de ses dalgası farklı davranır. Bazen suyun niteliği ve bileşenleri başlı başına değerlendirmeye alınacak parametre olurlar. Ses ve ultra ses pek çok ölçmede kullanılır. Çünkü su, sıkıştırma, tazyik dalgalarını iyi iletir. Ama elektromanyetik dalgalar için iyi bir iletken değildir. Sesin hızı, sıcaklık, tuzluluk derecesi ve derinlikle birlikte değişiklik gösterir. Bu nedenle aletlerin ayarlanması, kesin uzunlukların elde edilmesi için gereklidir. Ses dalgaları, her zaman düz çizgiler halinde hareket etmezler. Değişen yoğunluk ve sıcaklık katmanlarından dolayı kırılmalara maruz kalırlar. 58 SUYUN ÖZELLİKLERİ Sudaki ses hızı değişimleri, akustik dalgaların hızını etkilediklerinden, sudaki ses hızı profillerinin belirlenmesi çok önemlidir. Akustik dalgaların sudaki hızını (V) belirleyebilmek için ortamın fiziksel parametrelerinin bilinmesi gerekir. Akustik dalgaların su ortamındaki yayılma hızı; ortamın sıcaklık, tuzluluk, basınç ve yoğunluk değişimlerine bağlı olarak değişir. Deniz suyunun yoğunluğu, sıcaklık ve basınca bağımlı olduklarından, bunları etkileyen faktörler yoğunluğu da dolaylı olarak etkilerler. Akustik dalgaların hızlarındaki değişimler, akustik ışınların bükülmelerine neden olur. Özellikle 100-150 metrelik yüzey suyundaki sıcaklık değişimleri, bu eğilmenin başlıca nedenidir. Akustik ışınlar, alçak ses hızı bölgesine doğru bükülürler ve ölçülen mesafenin daha büyük çıkmasına neden olurlar. Basınç yani derinlik arttıkça, akustik yayılma hızı da artar. Basıncın tek başına oluşturacağı ses hızı değişimi yüzey ile 3000 metre arasında yaklaşık 50 m/s kadardır. 59 SUYUN ÖZELLİKLERİ Deniz suyundaki ses hızını hesaplamak için çeşitli formüller vardır. Wilson tarafından türetilen bir formülle; sıcaklık, derinlik ve tuzluluğun fonksiyonu olarak sesin, deniz suyundaki hızı; V = V0 + V(t) + V(p) + V(S) + V(stp) V0, 0 C sıcaklığında, 3.5 tuzluluğunda ve 750 mm cıva basıncındaki ses hızı olup, 1449.14 m/s olarak alınmaktadır. V(t), V(p), V(s) değerleri, sırasıyla sıcaklık, basınç ve tuzlulukla, V(stp) ise, s, t ve p çarpımları ile ilgili bir polinomdur. Elde edilecek hız değerindeki hassasiyet 0.3 m/s kadardır. 60 SUYUN ÖZELLİKLERİ V=1449.2 + 4.6 t - 0.055 t^2 + 0.00029 t^3 + (1.34 - 0.01 t) (s -35) + 0.016 d V : sesin deniz suyu içindeki metre/saniye biriminde yayılma hızı, t : suyun santigrat derece biriminde sıcaklığı, d : yüzeyden olan metre biriminde derinlik, s : suyun tuzluluk oranı binde olarak Sudaki ses hızı, 1390 - 1650 m/s arasında değişim gösterebilir. 15 C de ve 3.2 tuzluluktaki bir deniz suyu yüzeyindeki ses hızı 1500 m/s dir. Sudaki ses hızı ortalama olarak 1470 - 1500 m/s arasında alınabilir. 61 SUYUN ÖZELLİKLERİ Denizlerde ses hızının derinlikle değişimini ölçmek için genel olarak iki tür alet kullanılır. Bunlardan ilki, uzun zamandır kullanılan ve derinlikle sıcaklığın değişimini ölçen batitermograf adıyla bilinen bir alettir. Son yıllarda bu aletin yerini CSTD (iletkenlik, tuzluluk, sıcaklık ve derinlik) ölçer adıyla bilinen modern sistemler almıştır. Ses hızı profili, ölçülen parametrelerden yukarıdaki ilk formül kullanılarak hesaplanır. Diğeri ise, sabit aralıklı verici ve alıcı transducerler arasında geçen ses yayılım zamanını ölçerek, iki transducer arasındaki sıvının ses yayılım hızını hesaplayan ve velocitimetre adıyla bilinen alettir. 62 YERİN ÖZELLİKLERİ Sesin, kaya katmanları arasından yayılma hızı, doğru derinliğin belirlenebilmesi için en önemli özelliktir. Yüksek çözümlemeli sismik çalışma yapan bir ölçmeciyi doğrudan ilgilendiren nokta olabilir. Kaya katmanlarının jeolojik olarak yorumlanması, ses hızının belirlenmesine yardımcı olur. 64 HAVANIN ÖZELLİKLERİ Sıcaklık, basınç ve nem konusunda çeşitlilik gösteren atmosfer heterojen bir yapıya sahiptir. Atmosferin pek çok katmanı vardır. Ancak 30 km 'nin altında (troposferde) görülen sarmal hareket karışma yaratabilir. 10 m yüksekten yere kadar olan seviyede, ani sıcaklık ve nem değişimleri görülür. Bu nedenle ölçmecilerin kenar ışınlarından kaçınması çok önemlidir. Kenar ışınlarına örnek olarak yerin ya da bir binanın birkaç metre uzağından geçen optik görüş doğrultusunu verebiliriz. 65 FİZİKİ ÇEVRE HAVANIN ÖZELLİKLERİ Elektromanyetik dalgalar hidrografide, sualtı ölçümleri için kurulan kara temelli radyo istasyonlarında da kullanılırlar. Kızılötesi EDM 2 km 'ye kadar ve yer bazlı daha yüksek mikrodalga sistemleri de 40 km 'ye kadar çalıştığı halde, yüksek frekans (HF) her zaman kısa menzilli demek değildir (GPS uyduları 22 000 km üzerine kadar yayar). 66 FİZİKİ ÇEVRE HAVANIN ÖZELLİKLERİ Orta ve alçak frekans (MF ve LF) dalgaları, yer dalgası ile gerekli yayılımlarını sağlarlar. Belirli bir sinyal yörüngesinin toprak iletkenliği, toprakta yağmur olduğu zaman, kumsal gelgitle kaplandığı ya da açıldığı zaman, vericiden gemiye kadarki yörünge ölçme alanının bir kısmında, bir adadan geçtiği zaman değişebilir. Bunlara ek olarak, MF ve LF sinyallerinin direkt dalgalarının bir kısmı iyonosfere kadar yayılır ve yansıyan dalga, bozucu bir şekilde yer dalgasını (yansımamış dalgayı) engelleyebilir. 67 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI Planlama olayında genelde dikkat edilecek hususlar: Müşterilerin isteklerini içeren bir şartname taslağının çıkarılması. Elde bulunan belgelerin incelenmesi. Haritalar, hava ve yer fotoğrafları, seyir talimatları, gelgit çizelgeleri, nirengi ve daha önceki ölçümlerden elde edilen kontrol verileri. Olanaklı ise saha istikşafı. Ölçüm için gerekli olan belgelerin hazırlanması. Örneğin ana taslak plan, kayıt kağıtları, güzergah haritaları, temiz kağıt, koordinat listeleri, veritabanı, bilgisayar dosyaları. Yer kontrolü kararları, gelgit ölçüsünün yeri, kullanılacak alet ve teknikleri, personeli, ekipmanı ve lojistik ihtiyaçları, zaman ve kaynak çizelgelerini içeren çalışma planının hazırlanması. Alan çalışması, örneğin, mevki saptama, gelgit kontrolü, derinlik ölçümü, tarama ve karıştırma gibi çok yönlü işlemlerin gerçekleştirilmesi. Verilerin yorumlanması, işleme konması ve sunulması. 68 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI Planın esnek olması arzu edilen bir özelliktir. Böylece iklim, sağlık vb nedenler yüzünden ortaya çıkan ertelemeler ve gecikmelerin etkileri değerlendirilebilir. Derinlik belirleme işleminde şu hususlar gözetilmelidir: Gerekli tekne tipi, Echo sounder / sonar sualtı ses ölçme cihazları tipi, Konum belirleme yöntemi, Veri kullanma yöntemi, Gerekli deniz yatağını belirleme yöntemleri, Personel ihtiyaçları, Lojistik ihtiyaçlar. 69 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI ÇALIŞMANIN AMACI Deniz ölçme ve veri değerlendirme çalışmalarında öncelikle amacın ortaya iyi konması gerekir. Çalışmanın amacı aşağıdakilerden biri veya birkaçı olabilir: Askeri ve genel amaçlı oşinografik araştırmalarda sağlanan, özellikle jeolojik verileri tamamlayıcı dip ve dip altı tabakalarına ait yapısal ve litolojik bilgilerin tespiti. Bölgenin batimetrik ve manyetik özelliklerinin çıkarılması Sualtı tabanı ve sahillerde yapılacak her türlü inşaat ve tesislerin üzerine inşa edilebileceği en uygun yerlerin belirlenmesi ile bu tesislerin devamında alınması gerekli önlemlerin incelenmesi. Denizaltı boru ve kablo hatlarının çekilmesi için gerekli araştırmalar ve bunların periyodik kontrolleri Deniz kaynaklarının ve mineral depolarının araştırılması ve bulunması. 70 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI Bu amaçların gerçekleştirilmesi için gerekli olan ideal bir planlamada aşağıdaki aşamalar bulunmalıdır: 1. Çalışılması planlanan bölgenin kıyı kesiminin jeolojik yapısının incelenmesi, 2. Bölgede mevcut öncel jeofizik ve jeolojik çalışmaların incelenmesi, 3. Amaca en uygun çalışma haritasının hazırlanması, 4. Haritada mevcut jeolojik ve batimetrik verilere göre en uygun hat yönü ve aralıkları ile kontrol hatlarının seçimi, sahadaki akıntı, topografya gibi durumlar dikkate alınarak mevkii koyma sıklık seçiminin belirlenmesi, 5. Çalışma sahasında en iyi kayıtları elde edebilmek için derinlik, dip yapısı ve su içindeki ortam gürültüsüne uygun kullanım ve kayıt frekans aralıklarının seçimi amacıyla deneme ölçmelerinin yapılması, 6. Amaca göre kullanılacak sistem ve gücün belirlenmesi, 7. En ideal teknik personel sayı ve kariyerlerinin tespiti, 8. Mayın, boru hattı veya kablo gibi bir cisim araştırılıyorsa model çalışmaları ve yapılabilirlik etüdü. 71 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI ÖLÇME SAHASI Deniz yatağının ekonomik olarak haritasını çıkartabilmek için, ölçülecek alanda, ölçme botunun üzerinde hareket edeceği birbirine paralel doğrultular belirlenir. Ayrıca şunlara da dikkat edilir: Doğruluk ve amaca uygun ölçeği belirlemek, Doğrultular arasındaki aralığı belirlemek, Doğrultu boyunca konum ölçmesi yapılacak aralığı belirlemek, Doğrultu üzerinde hareket ederken bot hızını belirlemek, Doğrultuların yönünü belirlemek. 72 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI ÖLÇEK IHO (Uluslararası Hidrografi Örgütü) 1987 de deniz haritaları için şu ölçekleri vermiştir: Limanlar ve kanallar : 1/10 000 ve daha büyük Limana yaklaşma : 1/20 000 ve daha büyük Kıyıya yakın sular (30 m.den daha az derin ) : 1/50 000 ve daha büyük Kıyı bölgeleri (30 m.den daha fazla derin) : 1/100 000 ve daha büyük 73 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI VERİ İŞLEME Ölçmelerin planlanmasında, verileri işleme yönteminin önemli bir yeri vardır. Basit ölçmelerde, sekstant ya da mikrodalga aletleriyle elde edilen konum belirleme verileri yardımıyla, gemide el ile çizilen krokiler kullanılabilir. Batimetrik ölçmeler için kullanılan veriler, bir deftere ya da notebook'a yazılır. Büyük alanların ölçümünde otomatik veri kaydedicilere ihtiyaç duyulur. İşin amacı ve gelecekte yapılacak olası ölçmeler dikkate alınarak ne tür bir kontrolün gerekli olduğuna karar verilir. Gereğinden fazla incelik, maliyeti arttırır fakat başlangıçta yapılmayan kontrolün sonradan yapılması durumunda da maliyet artar. 74 HİDROGRAFİK ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI VERİ İŞLEME Birçok konum belirleme işlemi, ulusal ya da uluslararası kontrol ağına dayalı olarak yapılır. Uydular yardımıyla da konum belirleme işlemi yapılabilir. Derinlik ölçmelerini kontrol etmek amacıyla karada yüksekliği bilinen Rs noktasından, ölçme bölgesine nivelmanla kot taşınabilir. Ölçme bölgesindeki ortalama su seviyesi ile karadaki Rs noktası arasındaki yükseklik farkı biliniyorsa kot taşıma işlemi yararlı olur. Aksi takdirde su seviyesi, gözlenerek belirlenmelidir. Gözlem süresi ne kadar uzun olursa sonuçlar da o kadar iyi olur. Ölçme teknesinin istenen rotada ilerlemesini sağlamak için bir çok yöntem kullanılır: 1- Pusula rotasında dümen kullanılır. Bu arada akıntı veya rüzgar yüzünden meydana gelebilecek sürüklenmelere karşı koymak için yapılması gerekenler hesaplanır. 2- Transit hattı boyunca dümen kullanılır (örneğin, bir çizgideki iki nokta tutturulur). 3- Kıyıda bulunan sekstant, teodolit, ya da lazer gözlemcinin komutuna göre, dümen kullanmak. 75 Sualtı tabanının topografik durumunu belirlemek amacıyla su yüzeyine dik doğrultuda (çekül doğrultusunda) derinlik ölçmeleri yapılır. Bu işleme hidrografide iskandil , derinliği ölçülen veya derinlik ölçmesi yapılan noktaya da iskandil noktası denir. İskandil, klasik haritacılıktaki nivelman ile eş anlamlıdır. Ancak iskandilde uygulanan yöntemler ve kullanılan araçlar tamamen farklıdır. Burada sualtı tabanını görmek mümkün olmadığından genellikle önceden saptanan doğrultular üzerinde ve belirli aralıklarla ölçmeler yapılır ve elde edilen derinlik değerleri o andaki su seviyesi ile ilgilidir. 76 DERİNLİK ÖLÇÜMÜ (İSKANDİL) Derinlik değerleri haritaya işlenmeden önce yönteme, alete ve su ortamına bağlı olarak düzeltmeler uygulanır ve daha sonra ortak bir su seviyesine indirgenir. Derinlik ölçmesi, kullanılan alete göre ya bir operatör tarafından bizzat yapılır veya bir alet tarafından otomatik olarak gerçekleştirilir. İskandilde kullanılan alete göre derinlik değerleri ya doğrudan okunur ya da dolaylı olarak elde edilir. İskandil yöntemleri; tarihi gelişim veya alet konstrüksiyonlarının tamlığı yönünden, klasik yöntemler ve modern yöntemler diye iki gruba ayrılabilir: 77 DERİNLİK ÖLÇÜMÜ (İSKANDİL) 1. Klasik yöntemler a- Lata iskandili, b- İp iskandili, c- Tel (mekanik) iskandil. d- Hidrostatik iskandil, e- Termometrik iskandil, 2. Modern Yöntemler a- Akustik iskandil, b- Laser (Lidar) iskandili 78 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Lata İskandili İskandil lataları, 4 - 6 metre uzunluğunda, 5 - 7 cm çapında daire ya da çokgen kesitli ahşap veya hafif metalden yapılmış çubuklardır. İskandil lataları, desimetre bölümlü olup okumaların kolaylaştırılması amacıyla renklendirilmiştir. Latanın suya kolay dalmasını sağlamak, fakat yumuşak zeminlere batmasını önlemek amacıyla ucuna metal bir başlık takılmıştır. Tabandan numune alınması gerektiğinde bu başlıktan yararlanılır veya zeminden parça koparan özel bir başlık takılır. Sığ sularda uzun lata boyunun ortaya çıkardığı kullanma güçlüğünü azaltmak için birbirine eklenebilen latalar yapılmıştır. 79 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Lata iskandil, duran bir taşıttan uygulandığı gibi hareket halindeki bir bot üzerinden de uygulanabilir. Uygulamada ; Lata düşey doğrultuya girmeden okuma yapılmamasına, Lata ucunun taban zeminine batırılmamasına, Ölçmelerin botun daima aynı yerinden yapılmasına, Bot hızının ölçme işlemini güçleştirmeyecek ve inceliği etkilemeyecek değerde olmasına (örneğin, bot hızı v < 1.0 m/s olmasına ) dikkat edilmelidir. Lata iskandilinde en önemli hata, operatörün kişisel hatalarıdır. Bu hatalar, operatörün yukarıda belirtilen hususlara tam dikkat etmemesinden doğan hatalar ile okuma yanlışlıklarıdır. 80 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Aletsel hata olarak yalnızca lata bölümleri hatası vardır. Ancak bu hata, diğer hata kaynakları yanında genellikle ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Su ortamından kaynaklanan hatalar da; su yüzeyi dalgalarının okumaya etkisi ve su içi akıntılarının lata konumuna etkisidir. Ayrıca bot hızının büyük olması ve sualtı tabanının cinsi ve bitki örtüsü ölçmeleri etkileyen diğer etkenlerdir. Lata bölümlerinin okuma inceliği ±2 cm olmasına karşın, latanın tam düşey doğrultuya sokulamaması nedeniyle yöntemin inceliği ±5-10 cm olarak kabul edilir. Lata iskandili, derinliği 5 metreyi geçmeyen sığ ve küçük her türlü su ortamında uygulanabilir. Ancak verimi çok azdır. 81 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ İp İskandili İp iskandilinde ölçme aracı olarak iyi cins keten, kenevir veya sentetik liflerden özel olarak örülmüş ipler kullanılır. İpin suya batmasını ve kısa sürede düşey doğrultuya girmesini sağlamak amacıyla ucuna metal bir ağırlık bağlanır. Bu ağırlık, suyun derinliğine ve su içindeki akıntının hızına bağlı olarak 2.5 - 10 kg arasında değişir. İskandil ipinin zamanla boy değiştirmesini azaltmak amacıyla bölümlendirme yapılmadan önce, bir gün kadar su içinde bekletilir ve daha sonra iki direk arasına gerilerek kurumaya bırakılır. İp kurutulduktan sonra, üzerine belirli aralıklarla ( genellikle 20 cm ) renkli kumaş, deri parçaları veya pirinç plakalar bağlanarak bölümlendirilir. İpin boyu, her ölçme işleminden önce ve sonra kontrol edilir. Sualtı tabanından örnek alınması istendiğinde özel ağırlıklar kullanılır. Bu ağırlıkların altında bir oyuğa yapışkan balmumu veya kalın yağ sürülerek örnek alınabileceği gibi, özel örnek kapları da bulunabilir. 82 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 83 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Bu tür uygulamada, ipin yukarı çekilip ağırlığın tekrar fırlatılması için geçecek süre içinde botun ardışık iskandil noktasına henüz gelmemiş olması gerekir. Hidrografi botunun hızı, suyun derinliğine ve harita ölçeğine bağlı olarak saptanır. Derinlik arttıkça, ağırlığın sualtı tabanına inmesi ve ipin yukarı çekilmesi (toplanması) için geçecek süre artacağından botun hızı azaltılır. Harita ölçeği büyüdükçe iskandil noktalarının ara uzaklıkları küçüleceğinden bot hızı azaltılır. Hidrografi botunun harita ölçeğine bağlı hız değerleri şöyle verilmektedir: Harita Ölçeği 1/2000 1/5000 1/10000 1/25000 1/40000 Ortalama Bot Hızı [m/s] 0.33 0.83 1.66 4.16 6.66 Çalışma ortamındaki suyun akıntılı olması durumunda iskandil ipinin, akıntı nedeniyle bükülerek sonucu önemli ölçüde etkilemesini önlemek amacıyla derinlik ölçmesi, hareketli bot üzerinden yapılır. Botun akıntı yönünde ve akıntının karşı yönünde hareket etmesi durumlarında, uygulama düzeni ve iskandil ipinin bükülmesi aşağıdaki şekilde şematik olarak 84 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 85 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Derinliği 30 metreden az ve akıntısız sularda yöntemin inceliği, ±10 cm olarak kabul edilir. İnceliği etkileyen hata kaynakları: 1- Su Ortamının Neden Olduğu Hatalar Su içinde akıntı nedeniyle ipin bükülmesi önlenemeyeceğinden derinlik ölçülerinde bir miktar hata oluşur. Bu hata derinlikle doğrusal olarak bağlı değildir. İpin akıntı nedeniyle bükülmesini azaltmak için, ucundaki ağırlık bir miktar arttırılır Akıntının neden olduğu derinlik hatasının akıntının yönüne bağlı olmadığı, buna karşılık akıntı hızına, suyun derinliğine ve iskandil ağırlığına bağlı olduğu saptanmıştır Su yüzeyinin dalgalı olması veya bot hızının neden olduğu dalgalar, derinlik ölçümlerini dolayısıyla inceliği etkiler. Bu nedenle su üzerindeki çalışmaların, dalgasız ya da az dalgalı havalarda yapılması, ayrıca ölçmelerin botun dalga etkisinin az olduğu kısmından (genellikle orta kısmından) yapılması gerekir. 86 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Operatörün Neden Olduğu Hatalar İp iskandilinde en önemli hata kaynağını kişisel hatalar oluşturur. Bu hatalar şunlardır: - İp düşey konuma gelmeden okuma yapılması, -İpin fazla sağılan kısmı çekilmeden okuma yapılması, - Botun değişik yerlerinden okuma yapılması, - Okuma hataları 2- 87 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 3- Aletsel Hatalar İp iskandilinde en önemli aletsel hata kaynağı, ip boyunun zamanla değişmesidir. İp boyundaki değişme, ip üzerindeki derinlik değerlerini etkilediğinden ölçülerde sistematik bir hata olur. Hatanın etkisini en aza indirmek için; - Özel şekilde örülmüş iyi cins ipler kullanılmalı, - İpin boyunu, ölçmelerden önce ve sonra kontrol ederek gerekirse ölçülere düzeltme getirilmeli, - İp ucuna bağlanan ağırlığın kütlesi uygun seçilmelidir. 88 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Tel İskandil ( Mekanik İskandil ) Lata ya da ip kullanmak suretiyle yapılan derinlik ölçmeleri yorucu ve zaman alıcı olduğundan, özellikle 30 metreden daha derin sularda tel iskandili uygulanır. Bu yöntemde ölçme aracı, ucuna ağırlık bağlanmış bir teldir. Telin sağılmasını ve özellikle sarılmasını kolaylaştırmak ve hızlandırmak amacıyla bir makara sisteminden yararlanılır. Şekilde, A: çelik telin sarıldığı makara, B:yardımcı makara, P: İskandil ağırlığıdır. Yardımcı makaranın çevresi önceden ölçülmüş olup bellidir. Dolayısıyla devir sayısı sayılarak sağılan telin uzunluğu belirlenir. 89 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 90 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Diğer yöntemlerde olduğu gibi tel iskandilde de hata kaynakları; - Su ortamının neden olduğu hatalar, - Operatör hataları, - Alet hataları olmak üzere 3 grupta toplanır. Tel iskandil, 30 - 1200 metre arasındaki derinliklerde uygulanır. Akıntı olması durumunda, ip iskandilindeki gibi özel ölçme yöntemi uygulanamadığından, ölçülerde yanlışlık (kaba hata) mertebesine ulaşan hatalar oluşur. Hidrografi botunun her iskandil noktasında durması nedeniyle operatör hataları, aletin geliştirilmiş yapısı nedeniyle de alet hataları, su ortamından kaynaklanan hatalar yanında ihmal edilebilir. Örneğin, alet üzerindeki derinlik sayacı yardımıyla sağılan telin boyu ± 1 cm incelikle okunabilir. Ancak yöntemin inceliği, derinliğe bağlı olarak ±0.01 H metre kabul edilir. 91 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Bu aletlerin çalışma ilkesi, basit bir çıkrık sistemine benzer. Ölçme aracı olarak 1-1.5 mm çapında kopma mukavemeti yüksek, galvanizli çelikten yapılmış paslanmaz teller kullanılır. Tel, makara veya disk üzerine sarılır. Ölçme işleminde telin sağılan uzunluğu, makaranın devir sayısını gösteren bir sayaç yardımıyla belirlenir. Mekanik iskandil aletlerinin bazılarında telin hızlı ve fazla sağılmasını kontrol eden otomatik fren donatımı vardır. Tel ucundaki ağırlık, sualtı tabanına ulaştığında, tel üzerindeki germe kuvveti azalacağından fren donatımı harekete geçerek telin fazla sağılması önlenir. Su derinliğine ve akıntının hızına bağlı olarak tel ucuna 0.1 - 20 kg arasında değişen ağırlıklar bağlanır. İskandil aleti, botun veya geminin uygun bir yerine ve bir platform üzerine yerleştirilir. Telin kopma olasılığı iplere göre daha fazla olduğundan, ip iskandilindeki gibi ileri fırlatılması söz konusu değildir. Bu nedenle hidrografi taşıtı, her iskandil noktasında ölçme işlemi tamamlanıncaya kadar durmak zorundadır. 92 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Hidrostatik İskandil Sualtı tabanında ölçülen hidrostatik basınç yardımıyla derinliğin belirlenmesi, yöntemin temel ilkesini oluşturur. İskandil aleti olarak hidrostatik basınç ölçerler kullanılır. Alet, ölçme yapılacak noktada bir ip veya tel yardımıyla sualtı tabanına indirilerek o noktadaki su derinliğinin fonksiyonu olarak hidrostatik basınç ölçülür. Hidrostatik iskandil, dolaylı sonuç veren bir yöntemdir. Hidrostatik iskandil aleti, 100 200 metreye kadar olan derinliklerde kullanılır ve ortalama inceliği ± 3-5 metredir. Derinlik arttıkça incelik azaldığından derin sular için ya da hassas ölçmeler için uygun bir alet değildir. Sürekli ve hızlı ölçmeye olanak vermediğinden günümüzde pratik değeri kalmamıştır. 93 KLASİK DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Termometrik İskandil Sualtı tabanında aynı noktada sıcaklık ve basınç ölçmek suretiyle derinliğin bulunması yöntemin temel ilkesini oluşturur. Termometrik iskandil aleti olarak bir plaka üzerinde yan yana yerleştirilmiş iki basit termometre kullanılır. Termometrelerden biri su basıncına karşı kalın bir cam koruyucu tüpü içine alınmış, diğeri ise açıktır. Termometrik yöntem, özellikle 1000 metre ve daha derin sularda uygulanır. Bu yöntemde sağlanan incelik ± 0.005 H metredir. Uygulama sırasında sarkıtma telinin ya da ipinin akıntı nedeniyle bükülmesinin derinlik değeri üzerinde önemli etkisi yoktur. Termometrik iskandil, sürekli ve hızlı çalışmaya olanak vermediğinden günümüzde pratik değeri kalmamıştır. 94 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik İskandil Ses dalgalarının su içinde yayılma ve yansıma özelliklerinden yararlanılarak derinliklerin ölçülmesi yöntemin temel ilkesidir. Su içindeki bir ses üretecinden sağlanan ve düşey doğrultuda yöneltilen ses impulsları, dalgalar halinde yayılarak sualtı tabanına ulaşırlar ve buradan da yansıyarak tekrar su yüzeyine gelirler. Ses dalgalarının su içindeki yayılma hızı V bilindiğinden, impulsların gidiş - dönüş seyir süresi t ölçülerek su derinliği, t H = V 2 bağıntısından bulunur. 95 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 96 DERİNLİK ÖLÇÜMÜ (İSKANDİL 97 SESİN SU İÇİNDE YAYILMA HIZI Ses dalgaları su içinde yansıma, kırılma ve yutulma gibi fiziksel kanunlara uyarak yayılırlar. Sesin su içinde yayılma hızı suyun yoğunluğuna, başka bir deyişle sıcaklığına, tuzluluğuna ve derinliğine (Basıncına) bağlı olarak değişir. Ses dalgalarının su içindeki yayılma hızı; V=1/k bağıntısı ile belirlenir. Burada; k : suyun yoğunluğu, : suyun geçirgenliğidir. Derinliğe inildikçe k ve değerleri değiştiğinden yukarıdaki bağıntıya göre bulunacak hız bölgesel koşullara uygun olmaz. Bu nedenle normal koşullardaki ( t=0 0C su sıcaklığı, s=%035 tuzluluk ve h=0m veya p=760mm Hg basıncı ) ses hızı ortamındaki koşullara uygun olarak düzeltilir. 98 SESİN SU İÇİNDE YAYILMA HIZI Su ortamının maksimum ve minimum yoğunluğuna göre sesin yayılma hızı 1390-1650 m/s arasındadır. Bölgesel koşullar için ses hızının genel bağıntısı, Vt,s,p = V0 + Vt + Vs + Vp + Vt,s,p biçiminde verilmektedir. Burada; Vt,s,p : sıcaklığı t, tuzluluğu s ve basıncı p olan suda sesin yayılma hızı, V0 : normal koşullardaki suda sesin yayılma hızı, S. Kuwahara’ya göre V0 = 1445.5 m/s W. D. Wilson’a göre V0 = 1449.2 m/s’dir. Vt , Vs , Vp : normal koşullar dışında V0 değerine uygulanacak düzeltmeler Vt,s,p : her üç verinin ( t,s,p ) aynı anda değişmesi halinde ek düzeltme anlamındadır. Bu bağıntıdan elde edilecek hız değerindeki duyarlık 0.3 m/s kadardır. 99 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Ses Enerjisinin Yöneltilmesi Demetlenmemiş bir ses enerjisi su içinde küresel bir yüzey şeklinde her yöne yayıldığından, bu tür bir ses enerjisi ile iskandil yapılmaz. Frekansı, 16 Hz ile16 000 Hz (16 KHz) arasında olan seslere işitilebilir ses ya da sonik ses denir. Bunların dalga boyları büyük olduğundan enerjilerinin dar bir alan içinde demetlenmesi olanak dışıdır. Buna karşılık su içinde dağılma ve yutulma tehlikeleri azdır ve derin denizlerin iskandilinde tercih edilirler. Frekansı 16 KHz ile 10 GHz arasındaki seslere ultra ses denir. 10 MHz frekans değerine kadar, sesin yayılmasında hiç bir dispersiyon olayı ortaya çıkmaz. 100 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Dolayısıyla bu frekanslar için sesin yayılma hızı yeter derecede sabittir. Ultra seslerin dalga boyları küçük olduğundan ( λ = V / f ) bunların dar bir alan içinde demetlenmesi ve yöneltilmesi mümkündür. Demetlenmiş bir ultra ses, şekilde görüldüğü gibi koni şeklinde hacimsel bir yüzey içinde yayılır. Ultra seslerin iyi demetlenme ve yöneltilme özelliğine karşın, su içinde fazla miktarda yutulduklarından enerjilerini önemli oranda kaybederler. Bu nedenle derin sularda kullanılmazlar; fakat sığ sularda incelikli bir iskandile olanak sağlarlar. Fazla eğimli zeminlerde ise, yansıma dolayısıyla, enerjilerinin önemli bir kısmı alıcıya ulaşamaz. 101 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 102 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Ses enerjisinin yöneltilmesi, frekanstan başka ses üretecinin karakteristiğine, başka bir deyişle su ile temas eden gönderici diyaframın biçimine ve büyüklüğüne bağlıdır. Daire şeklindeki bir diyafram için ses konisinin α/2 tepe açısı, α λ V sin 1.22 = 1.22 2 D D* f eşitliğinden hesaplanır. Burada, V :sesin su içindeki hız (m/s) λ :sesin dalga boyu (m) D:diyafram çapı f : sesin frekansı (1/s) anlamındadır. 103 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Uygun bir yöneltme diyaframının çapı, göndereceği sesin dalga boyunun 8 ile 10 katı olması gerektiğinden, sonik frekanslı aletlerin transdüseri (alıcı-verici aygıtı) çok büyük olur. Bu nedenle de kullanışlı değillerdir. Sonik frekanslı sesler basit veya mekanik üreteçlerle elde edilmelerine karşılık, ultra sesler için magnetostriktif veya piezoelektrik ilkesine göre çalışan modern ses üreteçleri kullanılır. 104 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Soru: Akustik iskandil için 16 mm çaplı daire kesitli bir diyaframdan, frekansı 12 Mhz, hızı 1510 m/s olan ses dalgaları gönderiliyor. Gönderilen sesin dalga boyunu ve ses konisinin tepe açısını bulunuz. V 1510 m / s λ 0.0001258 m 0.1258 mm 6 f 12 10 Hz α λ 0.1258 mm sin 1.22 1.22 0.00959479 2 D 16 mm α 0 .5497495 0 32 59 α 1 05 58 2 α 0 g .6108 α 1g .2216 2 105 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik İskandil Aletleri Akustik iskandil aletleri genellikle, gönderici - alıcı ünitesi ile kontrol - kayıt ünitesi olmak üzere iki ana üniteden oluşur. 1. Gönderici - Alıcı Ünite (Transdüser) Su içinde bulunan bu ünite, gönderici ve alıcı olarak çalışan aynı özellikte iki ses üretecinden oluşur. Üreteçler, amaca göre ya bir koruyucu içinde yan yana bulunur ya da hidrografi taşıtının sağ ve sol karinasında ayrı yerlere tespit edilir. Gönderici durumundaki ses üreteci (transmitter), suya belirli frekanslarla ses impulsları verir. Dalgalar halinde yayılan ve sualtı tabanından yansıyarak geri dönen impulslar alıcı durumundaki üreteç tarafından tespit edilir. 106 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 2. Kontrol - Kayıt Ünitesi (Ekograf) Suya verilen ses impulsları ile geri dönen ve belirli oranda kuvvetlendirilen impulsların karşılaştırılması kontrol ünitesinde yapılır. Bu karşılaştırma sonucu impulsların t seyir süresi elektronik olarak saptanır. Kontrol ünitesi belli bir ses hızı değerine ayarlanmış olduğundan sonuç, H=t*V/2 ifadesine uygun olarak ya bir ışıklı göstergeye aktarılır, ya da mekanik enerjiye dönüştürülerek kayıt ünitesinde bulunan çizici bir uca iletilir. Çizici uç, kontrol ünitesinin elektriksel uyarılarına göre özel kayıt kağıdı üzerine belirli bir ölçekte derinlikleri işaretler. Kayıt kağıdı belirli bir hızda hareket ettirilebildiğinden, ünitelerin sürekli çalıştırılması ve hidrografi taşıtının hareketli olması durumunda, sualtı tabanının sürekli bir profili (grafiği) elde edilir. Hidrografi gemilerinde genellikle gönderici - alıcı ünite karinaya, kontrol kayıt ünitesi de ölçme odasına sabit olarak monte edilir. 107 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Kayıt Kâğıtları Aletin yapısına göre 180 - 210 mm genişliğinde ve özel yapısı olan rulo halinde kayıt kâğıtları kullanılır. Derinlik kayıtları 1946 yılına kadar mürekkepli çizici bir uç ile yapılır, daha sonraları elektrik akımı ile kararan grafit karışımlı özel karbon kâğıtlar kullanılmaya başlanır. Sürekli derinlik işaretlemesine olanak sağlamak için kayıt kâğıdı, iki makara arasında belirli ve bilinen bir hızla hareket eder. Bazı aletlerde bulunan ve eşit zaman aralıklarında kâğıt üzerine boydan boya düşey bir çizgi çizdiren otomatik zaman sayaçları yardımıyla, kâğıdın ilerleme hızı kontrol edilebilir. Akustik iskandil aletlerinde derinlikler sürekli olarak kaydedildiğinden, yatay düzlemdeki konumu ölçülen iskandil noktaları, kayıt ünitesindeki bir düğme yardımıyla kâğıt üzerine düşey bir çizgi ile işaretlenir. 108 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik İskandilin Uygulanması Aletin Yerleştirilmesi Akustik iskandil aletinin gönderici - alıcı ünitesi daima su içinde bulunur. Hidrografi botlarında kullanılan akustik iskandil aletlerinin gönderici ve alıcı üreteçleri genellikle yan yana getirilerek tek bir ünite (transdüser) içinde toplanmıştır. Transdüser, bir askı borusu yardımıyla botun kenarından ya da önünden suya indirilerek 0.75 - 1.50 m derinliğe düşey konumda yerleştirilir. Kontrol - kayıt ünitesi, botun içinde herhangi bir yere yerleştirilebilir. Hidrografi gemilerinde genellikle sabit konumlu akustik aletler kullanılır ve bunlarda gönderici ve alıcı ses üreteçleri birbirinden ayrı yerlere, özellikle geminin sol ve sağ karinasına sağlam biçimde tesbit edilir. Kontrol - kayıt ünitesi ise ölçme kamarasında bulunur. Ünitelerin birbirleriyle ve enerji kaynağı ile bağlantıları özel kablolar yardımıyla sağlanır. 109 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Aletin Kontrolü ve Düzenlenmesi Akustik iskandil aletlerinin genel kontrolü, çoğunlukla derinliği ve içindeki suyun yoğunluğu bilinen havuzlarda yapılır. Bunun dışında, alet her çalışma ortamında kontrol edilir ve gerekirse ortamdaki fiziksel koşullara uygun olarak düzenlenir. Çünkü aletin kalibre edildiği ses hızı ile, çalışılan ortamdaki koşullara uygun ses hızı arasında önemli ayrıcalıklar bulunabilir. Akustik aletlerin arazide kontrol ve düzenlenmesi için iki yöntem kullanılabilir. a) Teorik Yöntem: Akustik iskandil aletleri genellikle belirli bir ses hızı değerine (örneğin 1500 m/s ) kalibre edilmişlerdir. Teorik yöntemde, çalışılan ortamdaki suyun fiziksel verileri saptanarak ortam için geçerli ses hızı bulunur ve alet bu ses hızı değerlerine ayarlanır. Ancak çalışma ortamının her yerinde aynı fiziksel koşullar olamayacağından, bu hız ortamın değişik yerlerinde ölçülen sıcaklık, tuzluluk ve derinlik değerlerine göre bulunmuş ortalama bir ses hızı değeridir. Bu yöntem su ortamının çeşitli yerlerinde sıcaklığın ve tuzluluğun ölçülmesini gerektirdiğinden masraflı ve zaman alıcıdır. Ayrıca her akustik iskandil aletinde ses hızı düzenlemesi olanaklı değildir. Bu tip aletlerle yapılan ölçmelerden elde edilen değerlere hız düzeltmesi uygulanır. 110 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Pratik Yöntem: Akustik aletler, ip ya da tel iskandil ile kontrol edilir. Bunun için ip veya tel ucuna bağlanmış yatay konumlu metal bir plakadan yararlanılır ya da sualtı tabanının düz olduğu tahmin edilen yerlerde kontrol ölçmeleri yapılır. Gönderici - alıcı ünitenin tam altına 5,10,15,.. m gibi bilinen derinliklere indirilen metal plakanın derinliği, bir kez de aletle ölçülerek aynı değerler okunacak biçimde aletin kayıt ünitesi düzenlenir. Pratik yöntemden doğru sonuç alınabilmesi için karşılaştırma ölçmelerinin bölgeyi temsil edecek birkaç noktada yapılması ve bu noktalarda su akıntısının olmaması gerekir. Kontrol, sualtı tabanının düz olduğu bilinen yerlerde de benzer şekilde yapılır. 111 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 112 BAR TESTİ Akustik iskandil aleti 1510 m/s ses hızına ayarlı iken 30 m derinliğe kadar her 2 metrede bir bar testi okumaları yapılıyor. Aşağıdaki verilere göre indeks ve ses hızı hatalarını bulunuz ve bu hatalara göre ölçümlerden sonra verilerden çıkartılması gereken değeri; bar testinin hemen sonrasında sisteme girilmesi gerekli yeni ses hızı değerini hesaplayınız. 113 BAR TESTİ Bar Derinliği (x) Okunan Değer Fark (y) x2 xy 2 2.30 0.30 4 0.60 4 4.20 0.20 16 0.80 6 6.15 0.15 36 0.90 8 8.10 0.10 64 0.80 10 10.00 0.00 100 0.00 12 11.95 -0.05 144 -0.60 14 13.90 -0.10 196 -1.40 16 15.80 -0.20 256 -3.20 18 17.75 -0.25 324 -4.50 20 19.75 -0.25 400 -5.00 22 21.65 -0.35 484 -7.70 24 23.60 -0.40 576 -9.60 26 25.45 -0.55 676 -14.30 28 27.50 -0.50 784 -14.00 30 29.40 -0.60 900 -18.00 -2.50 4960 -75.20 240 114 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik Derinlik Ölçümüne Uygulanacak Düzeltmeler Akustik iskandil aletinin ses üretecinden çıkan ses impulsları yaklaşık olarak koni biçiminde hacimsel bir yüzey içinde sualtı tabanına doğru yayılırlar. Sualtı tabanından yansıyarak alıcı durumundaki üniteye ulaşan impulslardan en erken gelenler, başka bir deyişle en kısa yolu kateden impulslar kayıt kâğıdı üzerinde ilk derinlik çizimine ve daha geç dönen impulslar ise çizginin kalınlaşmasına ve aşağı doğru sarkmasına neden olurlar. Bu nedenle kayıt kâğıdı üzerindeki derinlik işareti ve dolayısıyla sualtı grafiği (profili) ince bir çizgi halinde oluşmaz. Derinlik okuması özel durumlar dışında, daima grafiğin üst kenarından yapılır. Sualtı tabanının düz veya engebeli olmasına göre derinlik ölçülerinin değerlendirilmesi farklıdır. 115 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 1. Sualtı Tabanı Düz Kayıt kâğıdından okunan derinlik, t H v 2 eşitliğine uygundur. H' değeri, ses konisi ekseninin düşey konumda olduğu kabulüyle, gönderici - alıcı ünitenin alt yüzeyinden sualtı tabanına kadar olan düşey uzaklıktır. İskandil yapılan noktadaki su derinliğini bulabilmek için, gönderici - alıcı ünitenin su içindeki derinliğini eklemek gerekir. Bu durumda derinlik; H=H' + a olur. Uygulamada hesap işlemini azaltmak amacıyla, ölçmeye başlamadan önce kayıt kâğıdının sıfır çizgisi "a" değeri kadar ötelenmek suretiyle bütün derinliklere otomatik olarak eklenir. 116 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 2. Sualtı Tabanı Eğimli Sualtı tabanı eğimli ise, en kısa yolu kateden impulslar şekilde görüldüğü gibi eğimin üst kısmına isabet eden ses konisinin kenar impulsları olacaktır. Bu durumda kayıt kâğıdındaki grafiğin üst kenarında okunan geçici derinlik; t H V 2 dır. İskandil yapılan noktadaki su derinliğini bulmak için a değerinin ve dHe eğim düzeltmesinin dikkate alınması gerekir. Bu durumda kesin derinlik; H=H" + a + dHe eşitliği ile hesaplanır. 117 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Transdüserlerin karakteristikleri bilindiğinden ses konisinin tepe açısı α bellidir ya da hesaplanabilir. Ses konisi içindeki sualtı tabanının eğimi β sabit kabul edilerek dHe eğim düzeltmesi için, şekildeki BB"A' üçgeninden, dHe=BB" tan β -B'B" yazılabilir. Ayrıca B'B" = H" - AB" olduğundan, ABB" üçgeninde, AB AB cos AB H cos 2 AB H 2 BB BB sin BB H sin 2 AB H 2 yazılabilir ve bu değerler yukarıda yerlerine konulursa, 118 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ dHe H sin dHe H sin 2 tan H (1 cos 2 ) 2 1 cos 2 dHe H sin tan 2 sin 2 1 cos 2 tan H H cos 2 tan 4 sin 2 dHe H sin 2 (tan tan 4 ) 119 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik iskandilde eğim düzeltmesinin alınmaması, özellikle eğimli sualtı tabanındaki ölçmeler için büyük bir hata kaynağı olur. Sualtı tabanının eğimi, kayıt kağıdı üzerindeki profilden belirli bir yaklaşıklıkla saptanabildiğinden, eğim düzeltmesi hesabı kesin sonuç vermez. Ses dalgalarının yaklaşık koni şeklinde hacimsel bir yüzey içinde yayıldığı için, özellikle engebeli sualtı tabanları için kayıt kağıdı üzerindeki profil (eko grafiği) botun ilerleme doğrultusundaki düşey profili temsil etmez. Bu nedenle "dHe" eğim düzeltmesi değerini küçültmek ve ihmal edilebilir bir sınıra yaklaştırmak için, yüksek frekanslı yani ses konisinin tepe açısı 2o den küçük aletler geliştirilmiştir. Ayrıca yüksek frekansların neden olduğu sakıncaları ortadan kaldırmak ve eko grafiklerinin daha kolay yorumlanmasına olanak sağlamak vb. amaçlar için, aynı anda biri alçak frekanslı diğeri yüksek frekanslı ses gönderen modern akustik aletler geliştirilmiştir. 120 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Aynı Anda İki Değişik Frekanslı Ses İle İskandil Tek frekanslı akustik iskandil aletleri ile yapılan derinlik ölçmelerinde ses konisinin tepe açısı belirli bir sınıra kadar küçültülebildiğinden, özellikle eğimli sualtı tabanları için ölçmelere eğim düzeltmesi uygulansa bile, yaklaşık bir sonuç elde ediliyordu. Eğim düzeltmesi hesabını ortadan kaldırmak amacıyla, aynı anda iki değişik frekansla ölçme yapan çift transdüserli akustik aletler geliştirilmiştir. Trandüserlerden biri, ses konisinin tepe açısı çok küçük (α/2<3o) olan yüksek frekanslı ses dalgaları, diğeri ise (α /2>30o) olan alçak frekanslı ses dalgaları göndermekte ve her iki ünite aynı bir kontrol kayıt ünitesine bağlanmaktadır. 121 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Bu düzende yapılmış bir akustik iskandil aleti çalıştırıldığında bir iskandil noktası için kayıt kağıdı üzerinde ayrı iki derinlik işareti görülür. Eğer hidrografi botu hareket halinde ise, eğimli sualtı tabanı için kâğıt üzerinde alt alta iki zemin profili oluşur. Yüksek frekanslı (küçük tepe açılı) ses dalgalarının oluşturduğu profil çizgisi dar ve koyu tonda, alçak frekanslı ses dalgalarınınki ise açık tonda geniş bir profil bandı biçiminde oluşur. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi profil bandlarının üst sınırları, teorik olarak ses konilerine ait en kısa yolu kateden impulsların neden olduğu çizimlerdir yani H1" ve H2" derinlikleridir. İskandil yapılan noktadaki H' derinliği, şekildeki geometrik bağıntılardan 122 H t2 t 2 t1 H 2 sin H1 sin H t1 t 2 1 2 H1 sin 2 2 2 H 2 sin t1 H1 sin 1 2 2 1 2 H 2 sin 2 2 yazılabilir. Burada, t1 : Açık tondaki grafiğin üst kenarından okunan derinlik, t2 : Koyu tondaki grafiğin üst kenarından okunan derinlik, 1 : Alçak frekanslı transdüserin karakteristiği (tepe açısı), 2 : Yüksek frekanslı transdüserin tepe açısıdır. 123 Akustik İskandilde Hata Kaynakları Su Ortamından Kaynaklanan Hatalar a) Hız Hatası Akustik iskandil aletlerinin kontrol - kayıt ünitesi genellikle belirli bir ses hızı (V0 ) değerine ayarlandığından, çalışılan ortamdaki fiziksel koşulların gerektirdiği ses hızının V0 değerinden farklı olması halinde, kayıt kâğıdından okunan derinlikler dHv kadar hatalı olur. Aletin ayarlanmış olduğu V0 ses hızına göre ölçülmüş geçici derinlik H0' ile gösterilirse; t H 0 V0 2 V V0 dH v H 0 ( ) V0 H H 0 dH v 124 Akustik İskandilde Hata Kaynakları b) Su Seviyesindeki Düzensiz Değişmeler Su seviyesindeki düzenli değişmeler ile gel - git etkisinden kaynaklanan değişmeler, mareograf ölçüleri ile saptanabileceğinden, burada dalgaların neden olduğu düzensiz seviye değişmeleri ve yalpa etkileri söz konusudur. Su seviyesindeki düzensiz değişmelerin etkisi, yalpa etkileri yanında ihmal edilebilir. Hidrografi taşıtının dalgalar nedeniyle öne arkaya veya sağa - sola yalpa yapması, sabit gönderici - alıcı ünitelerde ses konisi ekseninin düşeyliğini etkileyeceğinden derinlik ölçmelerinde yanlışlık derecesine ulaşan kaba hatalar oluşturur. 125 Akustik İskandilde Hata Kaynakları Yalpaların düzensiz olması nedeniyle hatanın miktarını saptamak mümkün değildir. Bu nedenle yalpa etkisini dengeleyerek ses konisi ekseninin düşeyliğini sağlayan transdüserler kullanılmalıdır. Aksi takdirde su yüzeyinin dalgalı olduğu günlerde ölçüm yapılmasından kaçınılmalıdır. 126 Akustik İskandilde Hata Kaynakları Aletsel Hatalar Akustik iskandil aletlerinin ünitelerinin her birinin yeterli ve doğru çalışması zorunludur. Örneğin, enerji ünitesinin yeterli çalışmaması halinde diğer üniteler doğru çalışmayacağından ölçmelerde aletsel hatalar oluşur. Bu nedenle akustik aletler için gereksinilen enerjinin maksimum ve minimum sınırları saptanmıştır. Aletsel hataların önemlileri şunlardır: a) Seyir Süresi Hatası Ses impulslarının sualtı tabanına gidiş-dönüş (seyir) süresi "t", elektronik olarak ve aletin inceliğine göre ±10-3 - 10-4 saniye doğrulukla saptanır. Bunun derinlik ölçmelerine etkisi aşağıdaki eşitlikle belirlenir. v dH t dt 2 127 Akustik İskandilde Hata Kaynakları b) Ayar Hatası Aletin normal çalışma düzeninin bozulması ya da yetersiz düzenlemeler ayar hatası olarak adlandırılır. Su yoğunluğu ve derinliği bilinen bir yerde (genellikle havuzlarda) yapılan ölçmelerle hata miktarı belirlenir. Gerçek derinlik ile kayıt kağıdından okunan derinlik arasındaki fark, derinlik okuma inceliğinden küçük ise alete ya da ölçülere düzeltme uygulanmaz. 128 Akustik İskandilde Hata Kaynakları Kişisel Hatalar Akustik iskandil aletleriyle otomatik ve sürekli ölçüm yapılmasına karşın, ölçmeye başlamadan önce aletin kontrolü ve düzenlenmesi, çalışma sırasında derinlik basamağının değiştirilmesi, konum ölçümü yapılan iskandil noktalarının işaretlendirilmesi ve numaralandırılması gibi işler için alet operatörüne ihtiyaç duyulur. Operatörün yapacağı hatalar ile kayıt kâğıdından derinlik okuması yapan kişinin hataları, kişisel hataları oluşturur. Bu hataların bazıları şunlardır: a) Aletin Hatalı Düzenlenmesi Kontrol ünitesinde hatalı hız ayarı ve kayıt kâğıdının sıfır ayarının hatalı yapılması kişisel düzenleme hatalarıdır. Bunlar dikkatsizlikten kaynaklanan hatalardır ve ölçüleri sistematik olarak etkiler. Çalışma sırasında aletin belirli zamanlarda kontrol edilmesi ile hatanın varlığı ve miktarı belirlenebilir. 129 Akustik İskandilde Hata Kaynakları b) Transdüser Derinliğini Ölçme Hatası Transdüser su yüzeyinden belirli bir derinliğe indirilir. Alet daima bu ünitenin altında kalan derinliği ölçtüğünden, su yüzeyine göre derinliği belirlemek için, transdüser derinliğinin de ölçülerek eklenmesi gerekir. Normal koşullarda transdüser derinlik hatasının ±2 cm den küçük olduğu kabul edilir. c) Derinlik Okuma Hatası Akustik iskandilde derinlik işaretleyen aletler (ekograflar) kullanıldığından, derinlikler kayıt kâğıdından okunur. Derinlik okumasında kişiye bağlı olarak düzenli ve düzensiz hatalar olabilir. Kayıt kâğıdı üzerindeki taban grafiği net ve ince bir çizgi olmadığından okuma inceliği ortalama, ±0.5mm olarak alınır. Kaba okuma hataları genellikle, yanlış okuma ve yalancı eko dalgası olarak ikiye ayrılır. Yanlış okuma genellikle dikkatsizliğin bir sonucudur. Yalancı eko yanılgısı ise, okuyucunun yorumlama bilgisi yetersizliği nedeniyle gerçek tabana ait olmayan çizgiyi okumasıdır. 130 Akustik İskandilde Hata Kaynakları Soru : Bir noktada akustik iskandil yapılıyor. Kontrol kayıt ünitesinde ayarlı olan ses hızı, 1510 m/s, gönderilen sesin hızı 1460 m/s, transdüser derinliği 1.25 m, sesin gönderilmesi ve alınması için geçen süre 0.6 saniye, ses konisinin tepe açısı 10 ve sualtı tabanının eğimi 12.4 olduğuna göre iskandil derinliğini bulunuz. 131 Akustik İskandilde Hata Kaynakları H 0ı t 0 .6 V0 1510 453.00.m 2 2 dHv ı V H0 ( V0 1460 1510 ) 453.00( ) 15.00.m V0 1510 H H 0ı dHv 453.00 15.00 438.00.m α α dH e H sin (tan β tan ) 2 4 10 dH e 438.00 sin (tan 12 .4 tan 2 .5 ) 6.73.m 2 H H a + dH e 438.00 1.25 6.73 445.98.m 132 Akustik İskandilde İncelik Akustik İskandilde İncelik Akustik iskandil aleti ile ölçülen H' derinliğine değişik düzeltmeler uygulandıktan sonra Hd düzeltilmiş derinlik değeri elde edilir. Akustik yöntemle elde edilen Hd derinliği ve inceliği; Hd H a dHv dHe dHa 2 2 2 mHd mH2 ma2 mHv mHe mHa eşitliği ile ifade edilir. Burada; mH' : Derinlik çözümleme inceliği ma : Transdüser derinliğinin ölçülme inceliği mHv : Hız düzeltmesi inceliği mHe : Eğim düzeltmesi inceliği mHa : Aletin ayar düzeltmesi inceliği 133 Akustik İskandilde İncelik Akustik aletlerin ayar düzeltmesi mHa laboratuvar dışında genellikle ip veya tel iskandili ile yapıldığından mHa < mok kabul edilir. Eğim düzeltmesi inceliği, öncelikle sualtı taban eğimine ve eğim değerinin inceliğine bağlıdır. Düz sualtı tabanları için mHe= 0 kabul edilir. Yöntemin genel inceliği; Klasik aletlerle yapılacak ölçmeler için:100 metrede ±1 m (±%1 H) Hassas aletlerle yapılacak ölçmeler için: ± % (0.1 - 0.25) H metre olarak kabul edilir. 134 Lidar İskandil Lidar (Laser) İskandil Su yüzeyindeki bir ışık kaynağından düşey doğrultuda gönderilen ışık ışınları sualtı tabanından yansıyarak geri dönerler. Işık dalgalarının su içindeki yayılma hızı C', bilindiğinden ışığın t seyir süresi ölçülerek su derinliği; t H C 2 bağıntısından bulunur. Işık dalgalarının su içinde dağılma ve yutulmasının fazla olması nedeniyle, derinlik ölçmelerinde dalga boyları 0.48 mm - 0.55 mm arasında olan laser ışınları kullanılır. Laser ışınları ile derinlik ölçme yöntemine lidar iskandili denir. 135 Lidar İskandil Lidar ile iskandil denemeleri ilk kez 1969 yılında Ontario gölünde uçaktan yapılmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Ancak uçaktan yapılan ölçmelerde su yüzeyinin ışık ışınları üzerinde olumsuz etkisi görüldüğünden, ölçmelerin bottan yapılması zorunlu olmuştur. Lidar iskandilinin inceliği, öncelikle ışığın su içindeki yayılma hızına, seyir süresinin belirlenmesi inceliğine bağlıdır. Ayrıca sualtı tabanından dönen ışık ve alıcının çözümleme yeteneği inceliği etkileyen diğer faktörlerdir. Laser ışınlarının 30" - 30' gibi çok dar açı içinde demetlenebilmesi ve ışık yoğunluğunun çok fazla olması nedeniyle sualtı tabanının eğimi ile ilgili eğim düzeltmesi ihmal edilebilir. 136 Derinlik Ölçülerinin İndirgenmesi Derinlik ölçüleri, yöntemle ilgili düzeltmeler getirildikten sonra ortak bir yüzeye indirgenir. Bu yüzey, maregraf ölçmeleri ile belirlenen ortalama su seviyesinden geçen bir yüzeydir. Derinlik ölçümü süresince maregraflar yardımıyla, su seviyesindeki değişimler izlendiğinden ortalama su seviyesinin kotu bellidir. Buna göre bir derinlik ölçüsün referans yüzeyine indirgenmesi; Hi = Hsk - Hd bağıntısı ile yapılır.Burada, Hd = Düzeltilmiş derinlik değeri Hsk= İskandilin yapıldığı andaki su seviyesi kotu, anlamındadır. İndirgenmiş derinlik değerleri, sualtı tabanının yüksekliğini ifade eder. 137 İskandil Yoğunluğu İskandil Yoğunluğu Haritanın yapılış amacına ve sualtı tabanın topografik yapısına bağlı olarak iskandil yoğunluğu, noktalar arası uzaklık harita üzerinde 0.5 - 1.0 cm olacak şekilde belirlenir. Kıyıdan açık denizlerde ya da sualtı tabanının düz olduğu tahmin edilen sularda standart nokta yoğunluğu azaltılabilir. Bu koşullarda özellikle akustik iskandilde, iskandil doğrultuları arasındaki uzaklık 1.0 - 1.5 cm, doğrultular üzerinde konumu ölçülecek noktalar arası uzaklık ise 1.5 - 2.0 cm'ye kadar çıkarılabilir. Ancak gerekli görülen yerler için veya derinlik (izobat) eğrileri çiziminin inceliğini arttırmak amacıyla, kayıt kâğıdı üzerinde bilinen noktalar arasında enterpolesyon yapmak suretiyle yeni noktalar belirlenebilir. İp ve tel iskandilde bu olanaklar olmadığından standart nokta sıklığına uyulur. 138 İskandil Yoğunluğu Sualtı tabanının yükseklik eğrileri çizildikten sonra, iskandil noktalarının bir kısmı silinerek genelleştirme yapılır. Aşağıdaki çizelgede derinlik ölçme yöntemlerine bağlı olarak küçük ve büyük ölçekli harita çalışmaları için, iskandil doğrultuları ile bu doğrultular üzerindeki iskandil noktalarının ara uzaklığı gösterilmiştir. Sualtı tabanının düz olduğu tahmin edilen bölgeler için çizelgede yazılı olan değerlerin ikincileri alınır. Akustik iskandilde, kayıt kağıdı üzerinden enterpolasyonla yeni noktalar belirlenerek çizelgedeki değerler standart nokta aralıklarına getirilir. 139 İskandil Yoğunluğu İskandil doğrultularının aralıkları Ö ≥1/40.000 Ö < 1/40.000 Klasik Yöntemler 1.0 cm 1.0 - 1.5 cm Akustik Yöntem 1.0 cm 1.0 - 1.5 cm Doğrultu üzerinde iskandil aralıkları Klasik Yöntemler Akustik Yöntem Ö ≥1/40.000 0.5 - 1.0 cm 2.0 - 3.0 cm Ö < 1/40.000 1.0 cm 3.0 - 4.0 cm 140 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Transdüser ve Hüzme Şekillendirmesi 1-300 kHz frekans aralığında yer alan basınç dalgaları en çok kullanılanlardır. Titreşimli bir yüzey tarafından oluşturulurlar. Rezonans frekansı, gerekli olan transmisyon frekansı kadardır. Genellikle, titreşimli yüzey bir seramik motora elektrik gücü uygulanmasıyla çalıştırılır ya da elektrik gücü doğrudan yüzeye uygulanır. Ardından deniz suyu etkeniyle ilişki içinde olan titreşim tarafından elektrik gücü ses gücüne çevrilir. Bu sistem transdüserdir. Ses, basınç dalgaları yüzünden titreşime uğrayan bir transdüser, aynı şekilde ses gücünü elektrik gücüne dönüştürecektir. Böylece, transdüser deniz suyu etkeninden ses gücü yayabilir. Tıpkı radarın e-m dalgalarıyla işlediği biçimde o da iletkenin yörüngesindeki bir hedef tarafından yansıtılan ses gücünü alabilir. Verici (yayıcı) görevi yapan transdüserlere projektör, alıcı görevi yapanlara ise hidrofon denilir. 141 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Ölçmelerde kullanılan transdüserler, çeşitli şekillerde ses gücü hüzmeleri üretmek üzere tasarlanmışlardır. Genellikle, enerjiyi yayılma yüzeyine dik bir eksen boyunca yönlendirirler. Belirleyici faktör iletilen frekanstaki dalga boyu ile yüzeyin boyutlarıdır. Uzun ve dar bir yüzey, ortogonal düzlemde uzun boyuta doğru dar bir ışın (hüzme) üretecektir. Daire şeklindeki bir transdüser koni şeklinde hüzme üretir. 142 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 143 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Hüzme genişlemesi ulaşılan yol göstericilik derecesini yani transdüserin ses gücünü toplama (yönlendirme) yeteneğini belirtir. Kabaca dairesel bir transdüserin hüzme genişlemesi = (65 ) / d biçiminde gösterilebilir. Burada; , iletilen ya da alınan frekansın dalga boyu; d, ise yayılma yüzeyinin çapıdır (her ikisi de aynı birimlerle ifade edilmiştir). Dikdörtgen transdüserde ise, = (50 ) / L şeklinde yazılabilir. L, dikkate alınan Hüzme düzlemine dikey olan yayılma yüzeyinin boyutudur. 144 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Ses dalgalarının deniz suyundaki ortalama yayılma hızı, 1500 m /s dir. 30 kHz lik bir sesin akustik iletimi (1500 / 30 000) m ya da 50 mm kadar bir dalga boyuna sahip olur. 30 lik bir konik hüzme genişlemesi için (650.05 / 30) m ya da 110 mm çaplı bir transdüser gerekir. 1m0.1 m boyutlarında dikdörtgen bir transdüserin hüzme genişlemesi; bir düzlemde (50 0.05/1), bir diğerinde ise (500.05/ 0.1) olacaktır. Ya da 2.5 25 . Ekosander (echo-sounder) sisteminin temel bileşenleri: transmisyon birimi (transceiver), alıcı / verici birimi (transducer), bir alıcı amplifikatörü ve sinyal işlemcisi ile kayıtçı veya gösterim (display) birimlerinden oluşmaktadır 145 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 146 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Frekans İletimin dalga boyunun ve frekansının çok önemli olduğu açıktır. Doğru ölçüm için yüksek çözümleme ve dar ışın gereklidir. Ses dalgası yayılımının bir başka özelliği de frekans ne kadar yüksek olursa dalga boyunun o kadar kısa ve hüzme genişliğinin de o kadar dar olmasıdır. Boyutları 1m 0.1 m olan bir transdüseri ele alalım. Eğer frekans 30 kHz den 300 kHz ye çıkarılırsa, dalga boyu (1500 / 300 000) m ya da 5 mm olur. Hüzme genişliği ise 0.25 2.5 ye iner. Eğer derin su sondajı için uzun menzilli bir echo-soundere (ekosandere) ihtiyaç varsa, gerekli hüzme genişliği 5 olarak belirlenebilir. Ancak bu durumda transdüserin çapı 650 mm, 2 lik hüzme için ise 1.6 m olmalıdır. Nikel alaşımlı saçtan ya da benzeri şekilde imal edilen böyle bir transdüser ağır, çok yer kaplayan ve pahalı bir şey olacaktır. Buna çare olarak hüzme çözümlemesinden özveride bulunulmuş ve hüzme genişliği olarak, örneğin, 30 kabul edilmiştir. 147 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Akustik Transmisyon (Akustik İletim) Basit ekosanderlarda puls, transdüsere ani elektriksel deşarj uygulanarak sağlanır. Böylece büzülmesi ya da fiziksel değişime uğraması sağlanır. Transdüser diyaframı, orijinal duruma döndüğünde tekrar doğal frekansıyla titreşim yapar. Akustik gücün son puls titreşimler azaldıkça süratle peşinden gelen başlangıç yüksek genliğine sahiptir. Daha gelişmiş aletlerde özellikle de derin su ekosanderlarında ve kıyıaraştırma su üstü radarlarında puls sürekli salınımlı (titreşimli) bir kaynaktan elektrik gücü girmesiyle oluşur. Bu salınım kristal kontrollüdür. Son frekans oldukça nettir. Çıkan pulsun şekli ise neredeyse kare bir zarf içindedir. 148 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Çözümleme Akustik bir aletin çözümlemesi ya aletin ölçme inceliği ya da algılama yeteneğini (detection capabilities) ifade eder ve bunlar bazı faktörlerce belirlenir. Bunlar arasında: 1. Puls süresi ve uzunluğu, 2. Akustik dalga yönünün hedefe varış açısı, 3. Kayıt ortamının hassasiyeti ve çözümlemesi, 4. Hedefin doğası (fiziksel özellikleri ve büyüklüğü), 5. Transmisyonun hüzme genişliği. 149 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Bir ayırma pulsunun frekansı, yayılma hızı ve puls süresince belirlenen sınırlı bir uzunluğu vardır. Örneğin, 15 kHz lik bir frekansta 1 ms süren bir puls, 15 devirlik bir “demet”ten oluşur. Eğer ses hızı, 1500 m/s ise, dalga boyu 0.1 m olur ve 15 devir 1.5 m lik bir puls uzunluğu yaratır. Eğer puls uzunluğunun yarısı kadar uzaklıkta yer alan iki nesne akustik hüzme yolunda bulunuyorsa, yansıtırlar ve tek bir hedef olarak kaydedilirler. Eğer daha da uzakta iseler, iki ayrı eko olarak kaydedilirler. Çözümleme ise 0.75 m ya da puls uzunluğunun yarısı olarak belirtilir. Eğer hüzme yolu hedefe normal gelmiyorsa, etkili puls uzunluğu daha da büyük olur ve çözümleme inceliği azaltılır. Mümkün olan en az puls uzunluğunun da doğal olarak sınırları vardır. Her koşulda gösterim ortası alıcı devresince alınan çeşitli yansımış ekoları tahlil edemeyebilir. Elektrikli mil normalde elektro kimyasal ya da karbonlu kağıdına kaydedilir. Yazıcı iğne, pulsun uzunluğundan çok daha büyük bir eko gösterebilir. Manyetik bant gibi kayıt araçlarında böyle kusurlar görülmez. Fakat yine de elde edilen verilerin tam bir reel zaman tarifini veremezler. 150 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 151 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Hassasiyet (İncelik) Deniz tabanındaki ölçmelerde, önemli tereddütler ve hata kaynakları bulunmaktadır. Ses hızını etkileyen faktörler, hüzmenin davranışını da etkiler. Hız, her derinlikte nispeten basit araçlarla ölçülebilir. Ancak, bu nokta gözlemleri, transdüser ve hedef arasındaki bütün yolun ortalama hızını bulma ihtiyacını tatmin etmez. Sözü edilen bu yol, bir sondaj hattı boyunca sürekli olarak çeşitlilik gösteren bir mesafedir. Ses hızı, sıcaklık, tuzluluk ve yoğunluğun bir fonksiyonudur. Bu üç özellik de günlük, mevsimlik ve gel-git akıntısı, yağış gibi tesadüfi ya da periyodik etkilere bağlı olarak değişir. Üçü de derinliğe göre çeşitlilik gösterir ki bu zaten en sık aralıkla ölçmek zorunda kalınan parametredir. 152 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ Hassas derinlik kaydediciler ve ekosanderlar dışındaki pek çok su üstü radar gereçleri, dikkatle bağlanmış motor hızını içerirler. Genellikle bu, derinlik/menzil ölçeğini 1500 m/s lik bir ses hızıyla eşitleyen bir motor hızıdır. Kalibrasyon normal olarak pek mümkün değildir. Dünyanın tüm deniz alanları için bölgesel ses hızı tahminlerinin olduğu çizelgeler kullanılır. Düzeltme işlemi sıkıcıdır ve genellikle de pek güvenilir değildir. Bunun sebebi de ısının çok düşük, yoğunluğun ve ses hızı formüllerinin dayandığı tuzluluk gözlemleridir. 153 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ En iyi yöntem, gerekli tüm detektörleri (sensörleri) içeren sondaj, su sütunu boyunca alçalttıkça, derinliğe karşı doğrudan ve sürekli bir sıcaklık, tuzluluk ve ses hızı okuması yapan bir alet kullanmaktır. Uygun bir bilgisayar programı, okumaları tamamlayıp ortalamalarını almak suretiyle ortalama ses” hızını saptayabilir. Bu işlem, sondajı alçaltıp yükseltmek kadar bir zaman alır. Bu da kıta sahanlığı derinliklerinde 20 dakikalık bir iştir. Ancak araç gerecin masrafı, EPF zinciri veya uydu alıcısına eşittir ve genellikle daha az incelikli yöntemler tercih edilir. 154 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 200 metreye kadar ya da o civardaki kıta sahanlığı su derinliklerinde basit bir ses hızı ölçer kullanılır. Su sütunundan aralıklarla elde edilen okumaların çok belirgin bir hata olmaksızın ortalama ses hızını belirlemek üzere aritmetik olarak ortalaması alınır. Bu araç çok pahalı değildir ve şu prensiple işler: Bir transdüser, çok kısa ve kesin olarak belirlenmiş bir geçit uzunluğuna ses pulsu verir. Puls, ilkini alınca ikinci bir puls vermek için ayarlanmış transdüsere geri döner. Böylece puls tekrarı oranı doğrudan ses hızıyla bağlantılı olur. Bu sayede gereken birimlerde (genellikle her saniye için metre) doğrudan okumalar elde edilir. 155 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Tek hüzmeli klasik akustik iskandillerin yanında uygulamaya konan çok sayıda umut verici diğer teknikler çok hüzmeli sistemler ve yandan taramalı sonarlardır. Çok hüzmeli (Multibeam) echo sounder sistemleri, etkin çözümlemeyi geliştirmek için çoklu paralel hüzmeler üretmektedir. Bu sistemler genellikle su derinliğinin 7 misline kadar bir yanal tarama yapabilmektedirler. Her taramada gemi rotasına dik yönde 64 adet derinlik ölçümü yapılabilmektedir. 156 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji 157 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji 158 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 159 160 MODERN DERİNLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ 161 162 Yandan taramalı sonar; deniz altı resimlendirmelerde olağanüstü detaylar üreten ve gemi enkazı, dipteki özelliklerin ortaya çıkarılmasında gerçekçi görüntüler veren ışık yerine ses dalgası kullanan modern bir yöntemdir. Batimetrik haritalandırma aletleriyle yapılan harita solda, Yandan taramalı sonar kullanılarak elde edilen görüntü sağda İki şekil arasındaki en önemli fark; 1. sinde çok önemli özelliklerin kaydedilmesi için yeterli hassasiyetin olmamasıdır. Yandan taramalı sonarlar elde edilen sertlik/yumuşaklık derecesine göre ayrılmış pek çok alan var ama resim üzerinde şeklini belli eden derinlik eğrileri yok. 163 Sol tarafta görülmeyip sağ taraftaki resimde görülen özellikler: Yandan taramalı resimde özellikler belirgin olarak ortaya çıkmaktadır. Açıkça görülen volkanik kraterler ile küçük volkanik tümsekler gibi bazı detaylar Batimetrik haritada fark edilememektedir. Açık renk veya beyaz renkli olan kısımlar deniz tabanından güçlü olarak dönen akustik sinyalleri ifade etmektedirler. Beyaz çizgilerin anlamı ise sonarın küçük hatalarla geri dönmesi veya yaklaşık düşey,sarp duvarlardır. Volkanik deliklerin orta kısımları hakkında ise tam bir sonuç alınamaz çünkü bu kısımlarda hiçbir akustik sinyal; ses enerjisinin buradan alınamamasından dolayı kraterlerden geri dönmemektedir. 164 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji 200 metre derinliğe kadar sularda en fazla 15 cm olan teorik derinlik hatası, algılayıcılardan gelen bilgilerle, sistem içinde ve ölçme anında yapılan düzeltmelerle teorik olarak 2 cm ye kadar indirgenebilir. Son yıllarda derinlik ölçme çalışmalarındaki ölçüm profil aralıklarının sıklık derecesini en ekonomik şekilde belirlemek ve araştırıcının yorumuna gerek kalmadan yalnızca enterpolasyon yöntemiyle derinlik eğrili haritaların çiziminde gerekli olan ölçüm devamlılığını optimum düzeyde sağlamak için, yandan taramalı sonar görüntülerinden yararlanılmaktadır. 165 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Alışılmış akustik derinlik ölçme yöntemlerinde düşey doğrultuda yayılan akustik ışın demeti kullanılır. Buna karşılık yandan taramalı sonar yönteminde, ana ekseni yatayın biraz altında olan eğik bir akustik ışın demeti kullanılır. Sistem akustik enerji yansımalarını kaydederek, deniz dibinin oldukça geniş planda sürekli bir görüntüsünü verir. Sonar verileri isteğe bağlı olarak çeşitli şekillerde kayıt edilebilirler. Genellikle kalitatif (nitel) yorumlanan ve son zamanlarda kantitatif (nicel) neticeler üretilebilen bu yöntem, deniz tabanı jeolojisi ve jeoteknik araştırmalarda kullanılmaktadır 166 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Nicel derinlik bilgilerinden ziyade yansıma görüntülerini veren yandan taramalı sonarlar, 1 m den daha küçük bir çözümleme ile birkaç yüz metre genişlikteki bantlar halinde taban kaplaması verirler. Son yıllarda derin sular için üretilen sistemler ise daha büyük ve pahalı olup, büyük tonajlı araştırma gemilerinde kullanılmaktadır. Derin sularda daha yüksek çözümleme, transduceri dibe yakın çekerek sağlanabilir. Bu şekilde birkaç metre çözümleme ile 2-5 km genişlikli taramalar yapılabilirse de, gemi hızı saatte 1-2 mil ile sınırlı olduğundan, etüt süresi çok artmaktadır. 167 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Tekniği yandan taramalı sonarlar gibi olan interferometrik yandan taramalı sonarlarda eko geliş yönünün tespiti için ikinci bir alıcı kullanılmaktadır. Böylece nicel derinlik verileri elde edilebilmektedir. Derin sularda 10 m çözümleme ile 10 km, orta derinlikteki sularda, 0.5 m çözümleme ile 1 km ve 60 m den sığ sularda 0.5 m çözümleme ile 200 m tarama yapılabilmektedir. Tek veya çok kanallı akustik iskandil sistemleri ile birleştirilen yandan taramalı sonar sistemleri çok başarılı olmakta ve klasik sonograflara benzer çıktılar elde edilebilmektedir. 168 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Sığ sularda sonar hatları, deniz biriminin altında ve en az 50 m yanal menzilli deniz tabanını tarayacak şekilde düzenlenirler. Bununla birlikle deniz tabanındaki herhangi bir cismin sonograf üzerinde görüntü verebilmesi için ardışık en az 5 eko alması gerektiğinden, incelenen cisim ya da yapıların büyüklüğüne göre gemi hızı ve iki ardışık puls arası zamanın doğru ayarlanması gerekir. Sonar görüntülerinin düzeltilebilmesi için kayıtları etkileyen gürültü ve bozulmaların bilinmesi gereklidir. Sonograflarda karakteristik desenler oluşturan başlıca üç ana akustik girişim kaynağı vardır. 169 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Sürekli girişim deseni : Yandan taramalı sonar ile aynı anda çalışan çeşitli sismik ve akustik aletler mevcutsa, sonograf üzerinde sürekli bir girişim deseni oluşur. Su sütunundaki yoğun asılı maddelerin oluşturduğu girişim : Bu maddeler yeteri kadar yoğun olduğunda sonar ışınları dağılıma uğrar veya deniz tabanına ulaşamadan geri yansır. Sonograflarda bu maddeler koyu görüntüler verirken, akustik ışın alamayan bölgeler beyaz boşluklar gösterir. Balık sürüleri ise aynı şekilde keskin kenarları olan, fakat bu kez dağınık siyah lekecikler oluştururlar. Diğer gemilerin ultrasonik dalgalarının yarattığı girişim : Sık rastlanan bu olay, ayrık bir desen oluşturduğundan diğer girişimlerden kolaylıkla ayrılabilir. 170 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Deniz tabanı sonar haritası deniz tabanının akustik imajı yani plan görüntüsüdür. Bu harita pixel adıyla bilinen ve tek renkten oluşan doku elemanlarının iki boyutta dizilmesiyle oluşmuştur. İki boyutta dizilmiş bu pixellerin her birinin yoğunluğu değişik olup, o noktadaki hedef noktacığının yansıtma şiddetinin genliğini temsil etmektedir. Sert cisimler ve objeler kayıtlarda koyu, çöküntü alanları ve cisimlerin gölgeleri ise açık renklerde gözlenirler. 171 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Sonograflardan mozaik haritası üretilirken birçok görüntü bozucu faktörün varlığı görülür. Bu faktörler, alışılagelmiş bir sonograf kaydında önemli geometrik görüntü bozulmalarına ve distorsiyonlara neden olurlar. Işınların eğik gelmesinden dolayı gerçek yanal ölçek doğrusal olmadığından ve deniz biriminin dipten olan yüksekliği değiştiğinden ende (yanal görüntü sıkışması), gemi (çekme) hızı sabit tutulamadığından boyda (görüntü sıkışması ve açısal değişim) ve enerji saçılmasından dolayı yükseklikte (genlik), kısaca her üç boyutta değişik distorsiyonlar vardır. Genel olarak kayıt geometrisi ve çekme hızından doğan hatalar dışındaki nedenlerden oluşan distorsiyonlar rasgele olduklarından düzeltilemezler. Ancak deniz biriminin üç boyutlu sapmaları okunup, kayıt ediliyorsa bazı düzeltmeler daha uygulanabilir. 172 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Kayıt geometrisi ve çekme hızından doğan hataları düzeltebilmek için deniz tabanı haritalama sistemleri kullanılır. Bu sistemler, sayısal bir sonar işlemcisi olan "access unit", derin sularda kullanılan mikroişlemcili ve çok algılayıcılı deniz birimleri için güç ve kontrol sinyalleri üreten "sayısal modem", düzeltmeleri yapan mikroişlemci kontrollu tam otomatik "haritalama birimi" ile yandan taramalı sonar alt birimlerinden oluşur. Ayrıca konum belirleme verilerini elde edip haritalama birimine transfer edecek akustik ve radyo konum belirleme birimleri ile hız bilgisini sağlayacak birimlere ihtiyaç vardır. Sistemin uyguladığı üç temel düzeltme; 173 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji - Genlik düzeltmesi: Sonograftaki bir pikselin genliği, sistem ve kullanıcıdan bağımsız olarak, deniz tabanındaki materyalin bir fonksiyonu olmalıdır. Kullanıcının belirlediği zamanla artan bir genlik kazanç kurtarım fonksiyonu (TVG), gerçekte uygulanması gereken TVG fonksiyonunu tam olarak temsil etmeyebilir. İdeal TVG fonksiyonunu belirlemek için deniz biriminden yayılan akustik dalgaları etkileyen şu faktörler dikkate alınmalıdır: - Uzaklık, - Transduser ışın demedinin şekli, - Işınların deniz tabanına iniş açıları, - Deniz tabanının yansıtma şiddeti Pikselin büyüklüğü, temsil ettiği deniz tabanı noktasının yansıtma gücünü temsil etmelidir. Kaynaktan olan mesafe ile oluşan sinyal düşmeleri aktif sonar denklemine göre tasarımlanmış bir analog TVG devresiyle karşılanır. 174 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji - Eğik uzaklık düzeltmesi: Her pikselin gidiş-geliş yansıma zamanına ya da diğer bir ifade ile hedefin eğik uzaklığına göre sonograf üzerinde konumlandırılmalıdır. Burada sözü geçen eğik uzaklık, deniz biriminden hedefe olan düzgün doğru parçasıdır. Transdüserin tam altındaki deniz tabanından gelen yansıma için eğik uzaklık düşeydir. Profilden yanlara doğru uzaklaştıkça eğik uzaklık doğrusu yataya doğru yaklaşır. Deniz birimi, deniz tabanından belli bir H yüksekliğinde çekildiği için sonograftaki eko imajının konumu ile hedefin gerçek yanal uzaklığı arasındaki ilişki doğrusal olmayıp, yanal deformasyon oranları farklıdır. 175 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Her sonar transmisyonu için yeni bir deniz birimi yüksekliği belirlenerek, bilgisayarlar yardımıyla doğrusal olamayan bu distorsiyon oranları saptanabilir ve her piksel, 1 piksel doğrulukla kendi gerçek konumuna yerleştirilebilir. Uygulamada her bir kanal için her taramada 800 eğik uzaklık düzeltmesi yapılabilmektedir. Normal koşullarda bu düzeltmeler yapılırken deniz tabanının yatay olduğu kabul edilir. Deniz tabanı eğik ise düzeltme miktarlarında değişiklik olacaktır. 15 lik deniz tabanı eğikliğinde bile gerçek konum belirlemedeki hata % 3 kadar olduğundan genellikle yalnızca eğik uzaklık düzeltmesiyle yetinilir. 176 Derinlik Ölçümünde Güncel Teknoloji Hız düzeltmesi: Grafik kayıtçının grafik çıktı hızını, gemi hızına basit bir şekilde ayarlamakla bu düzeltme tam olarak yapılamaz. Ancak gemi hızı saatte 2.6 milden az ise bu ayarlama yeterli olabilir. Çünkü tarama aralığı hız ile değişmektedir. Hız artarken görüntü yoğunluğu azalır, tarama izleri arasındaki boşluklar genişler ve kayıt okunamaz hale gelir. Her iki yönde de eşit ölçekler verebilmek ve distorsiyonları yok etmek için sistem tarafından, gemi hızına göre veriler otomatik olarak düzeltilir. Böylece her gemi hızı için sabit bir tarama aralığı sağlanır. 177 Otomasyon Sistemleri Ölçme anındaki nokta konumunun belirlenmesi, konumu belirlenen bu nokta ile bir sonraki konum belirleme noktası arasındaki doğrultu üzerinde periyodik aralıklarla derinlik ölçümleri yapılması ve bu bilgilerin sayısal veya grafik olarak gösterilmesi, derinlik haritalarının yapımında arzu edilen hususlardır. Deniz haritacılığında otomasyon, 1950 lerin sonunda radyo seyir sistemlerinin kullanılmasıyla başlar. Bilgisayar ve mekanik çizicilerin devreye girmesiyle, delikli okuma kartlarına girilen konum belirleme okumaları, bilgisayar tarafından çizdirilmeye başlanmıştır. 178 Otomasyon Sistemleri 1965 yılında ise, bilgiler serdümenin önündeki ekrana aktarılmıştır. Klasik çizim aletlerine göre çok daha hızlı bir elektronik harita gösterimi olan bu ekranlara, bütün seyir bilgi ve noktaları çizdirilerek, hesapları kolaylıkla takip edilebilmektedir. 1970 lerde okunan veriler, manyetik bant veya kasetlere sayısal olarak aktarılmaya başlanmıştır. Konum belirlemeden sonra, etüd sonu çalışmalarında derinlik verilerini otomatik olarak haritaya dökme işlemlerine de bu tarihlerde başlanılır. Günümüzde bu sistemler, radyonavigasyon sistemleri ile birlikte, yönölçer (cayro), parakete (hız logu) ve uydu sistemleri gibi birçok konum belirleme sistemleri entegre edilebilmekte ve verilerin kalite kontrolu anlık olarak yapılabilmektedir. 179 Otomasyon Sistemleri Böylece konum belirleme, derinlik ölçme ve haritalama çalışmaları, boyutları küçülen bilgisayarların araştırma gemilerine monte edilmesiyle, tek bir sisteme entegre edilebilmiştir. Böyle bir sistemde, çalışma hatları ve anında hesaplanan gemi konumları, serdümen önündeki ekrana veya oto pilota gönderilebilmektedir. Son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanan otomatik konum belirleme, derinlik ölçme, depolama, veri işleme ve haritalama sistemlerinin klasik ölçme yöntemleri yerine tercih nedenleri şu şekilde sıralanabilir (Doğan ve Alpar 1994): 180 Otomasyon Sistemleri Azalan rutin işler ve daha az kalifiye eleman gereksinimi, • Hızlandırılmış işlem ve hesaplamalar, • Karmaşık işlemlerin gösterime daha kolay sunulabilmesi, • Emniyet açısından kritik alarm durumlarının anında tespiti, • Yorucu rutin işlemlerden doğan kişisel hataların azaltılması, • Gerekli veri ve koşulların standart bir şekilde uygun kayıt ortamlarına depolanabilmesi, • Maliyet giderlerinin azalması, • Gelişen veri işlem kolaylıkları, • Kullanıcıların manevralarına daha fazla zaman ayırabilmeleri. • 181 Otomasyon Sistemleri Gerekli durumlarda sahildeki bir gelgit ölçerden su seviyesi bilgileri telemetrik olarak sisteme sokulabilmekte ve derinlik verilerinden su seviyesi değişimlerinin etkileri çıkartılarak veriler belli bir datuma indirgenebilmektedir. Çevresel birimlerden gelen sayısal veri sinyalleri alan ve çevresel birimlere sayısal kontrol sinyalleri gönderen sistem, gerek radyonavigasyon, gerekse uydu verilerini kullanan konum belirleme aletleri ile gemideki yön ölçer ve hız ölçerden yararlanarak sürekli mevki koyabilir. Derinlik ölçme sistemlerinden gelen sayısal derinlik verileri de sistemde depolanırlar. Sistem, akustik iskandil, sismik, manyetometre ve yandan taramalı sonar gibi çevresel birimlere, belli aralıklarla veya istenen bazı özel anlarda konum markalamaları gönderir. Böylece elde edilen veriler arasında koordinasyon sağlanır. Sistemin doğru çalışması, yan birimlerin doğruluğuna bağlıdır. Bu nedenle konum belirlemede mümkün olduğunca fazla konum belirleme sistemi ve sahil istasyonu kullanılmasına özen gösterilmektedir. Çalışma sonrası elde edilen veriler, veri işlem teknikleri uygulanarak haritalanabilir. 182 Otomasyon Sistemleri Derinlik haritalarında dip topografyası birçok değişik biçimde belirtilebilir. Yaygın olarak kullanılan seyir haritalarında, yoğun aralıklarla derinlik değerleri belirtilerek belli aralıklarla eş derinlik eğrileri çizilmektedir. Ülkemizde memleket kara haritaları içinde kalan kıyı denizlere ait hidrografik çalışmalar Gauss-Krüger projeksiyonuna göre çizilmektedir. Diğer bir harita şekli ise, derinliklerin belli aralıklı eş derinlik eğrileriyle belirtildiği haritalardır. Bunlar kullanıcının dip topografyasını daha iyi algılayabilmesini sağlar. Diğer batimetri haritaları ise, renklendirilmiş haritalar, şekillendirilmiş boyamalı haritalar ve gölgelendirilmiş şekilli haritalar olup, eş derinlik eğrilerinin çizilmediği yerlerde gerçek derinlikleri gösteremedikleri için pek kullanışlı değildirler. 183 Otomasyon Sistemleri Hidrografik haritaların yapılması için açılan paftalara önce jeodezik noktalar işaretlendikten sonra kıyı şeridine ait ayrıntılar işlenir. Daha sonra her konum noktası için ölçülmüş olan derinlik değerleri haritaya geçirilir. Profiller, gridler şeklinde alınmışsa, kesim noktalarındaki derinliklerin birbirleriyle uyuşumu kontrol edilir. Haritaya geçirilecek değerler, düzeltilmiş ve indirgenmiş değerler olmalıdır. Otomatik veri toplama, depolama ve işleme sisteminde ise, haritalama işlemi yapılmadan önce sistem konfigürasyonu, çalışma hatları, veri tabanları ve gelgit dosyaları hazırlanmalıdır. Daha sonra kayıt verilerin, işlenebilir XYZ dosyalarına formatlanması, ölçme noktaları ve yardımcı seyir istasyonlarının XY koordinatlarının datum indirgemesi yapılır. Bu çevrimdeki en önemli işlemler, derinlik düzeltmeleri ile ilgili olanlardır (Doğan ve Alpar 1994): 184 Otomasyon Sistemleri Gelgit Düzeltmesi: • • • • Su seviyesi verilerinin hazırlanması, Temel istasyondan olan zaman farkına göre gelgit hesabı, Ortalama gelgit seviyesinin girilmesi, Derinlik dosyalarının düzeltilmesi. Ses Hızı Düzeltmesi : Sudaki ses hızlarının derinliğe göre sisteme girilmesi, Bu verilerin dosyalanması, Derinlik dosyalarının düzeltilmesi. Bundan sonra, kaydedilen ham derinlik verilerinin ses hızı, gelgit ve transdüser derinliği düzeltmeleri, hazırlanan veri dosyalarına göre sistem tarafından otomatik olarak yapılır 185