Deneysel bir yeşil teras çatıyı simüle eden lizimitrenin hidrolojik tepkilerinin Hydrus-1D ile modellenmesi

Bu yüksek lisans tezinde, Fransa'nın Ulusal Araştırma Enstitüsü (ANR) tarafından finanse edilen "VegDUD" (Sürdürülebilir kentsel gelişimde bitkilerin rolü: klimatoloji, hidroloji, enerji yönetimi ve atmosfer ile ilgili konulara dayalı bir yaklaşım) araştırma programı kapsamında ve Fransa'nın Yapı Bilim Merkezinde (CSTB, Nantes) inşa edilen çeşitli seyrek tip yeşil teras çatı konfigürasyonunu simüle eden deneysel lizimetre verileri kullanılmıştır. Bu deneysel yeşil teras çatı sistemleri tabi tutulduğu Nantes kentinin (Fransa) atmosferik hava koşullarındaki yağmur epizotlarına karşı hidrolojik tepkileri ölçülmüştür. Bu tezin amacı, 12 cm suni toprak katmanı olan ve üzerinde "Sedum album" bitki örtüsü olan, lizimetrenin hidrolojik tepkilerini 1 boyutlu Richards Denklemini sonlu eleman tekniği ile çözümleyerek, hidrolojik tepkilerini modellemektir. Bunun için Richards Denklemini sayısal ortamda sonlu elemanlar metodu ile çözebilen ve ücretsiz lisans kullanımı olan Hydrus-1D yazılımı kullanılmıştır. Tez çalışmasında 12 cm katmanı olan ve üzerinde "Sedum album" bitki örtüsü olan ve 2011 yaz aylarında kaydedilen veriler: anlık yağmur suyu miktarı, sistemden süzülen su debisi, meteorolojik istasyon ölçümleri ve katmanın içindeki su muhtevasını ölçen zaman alanlı refletktometre (TDR) sensör verileri kullanılmıştır. Problemin üst sınır koşulu olan potansiyel terleme ve buharlaşma (Potential Evapo-transpiration) için Penman- Montheith modeli kullanılarak problem çözümlenmiştir. Yetiştirme katmanın hidrolojik fonksiyonları olan su tutma eğrisi ve iletkenlik fonksiyonları için van Genuchten-Mualem (vGM) modeli tercih edilmiştir. Bu fonksiyonların parametreleri ise, VegDUD programı kapsamında yürütülen infiltrasyon deneylerin ve literatürde ters yöntem ile elde edilen zemin hidrolik parametreleri kullanılmıştır. Yetiştirme katmanı ilk aşamada sade (homojen) bir akış modeli (tek permeabilite) izlenerek simüle edilmeye çalışılmıştır. Ancak lizimetreden süzülen su miktarının gerçek ve modellenen su miktarı arasında ciddi farklar oluştuğu gözlendi. Özellikle, sistemden çıkan yağmur suyu miktarın gerçekten çok daha düşük olduğu gözlendi. Bu nedenle, ikinci bir aşamada, çift akışlı bir model tercih edilmiştir (çift permeabilite). Bu durumda, modellenen "runoff" debisi, gerçeğe daha yakın olduğu gözlenmiştir. Ancak çift-permeabilite modelin daha çok parametre gerektiğinden, bu parametrelerin tespiti için kullanılan infiltrasyon verilerin çoğaltılması ve zemin hidrolik parametrelerin tayını için ters yöntem metotlarının geliştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca, tercih edilen 1D boyutlu yaklaşım 3 boyutlu sistemin davranışı temsiliyetinde yetersiz kalabilir, özellikle hafif olan eğimin etkisi konfigüre edilememiştir. Sonuç olarak, yeşil çatı sistemlerin hidrolojik davranışlarını modellemek için homojen (tek permeabilite) modelin pek uygun olmadığı görüldü. Bunun yerine çift permeabilite modelin daha uygun olduğunu görüldü. Araştırma perspektifi olarak çift permeabilite modelin zemin hidrolik parametrelerin daha doğru tayin edilmesi için daha fazla infiltrasyon deneyleri ve geliştirilmiş BEST-2K yöntemi kullanarak tayin edilmesi ve akışın 3 boyutlu bir ortamda modellenmesi öngörülmektedir. Anahtar kelimeler: Çift permeabilite model, evapotranspirasyon, Hydrus-1D, Richards Denklemi, yeşil çatı