Irmak hidrolojisinin sayısal temelleri Su yükseklikleri bir istasyondaki kabarmalar üstüne mukayese bilgileri verir, fakat rejimlerin temel unsuru debilerdir. Motor gücü imkanları, sulama imkanları, kabarmaların yüksekliği bu niceliklere bağlıdır; nehir hidrolojisinin kanunları, yağış miktarları arasındaki ilişkiler ve rejimin çeşitli özellikleri de debiyle ilişkilidir. Debiler ölçeklerle veya doğrudan doğruya Ölçme yoluyle elde edilir. Bu ölçmelerin en çok kullanılanı, her su kesitinin bir noktasıyle başka bir noktası arasında değişebilen akış hızlarını belirlemektir: elden geldiğince çok ortalama mevzii hız Vm, bu akışların geçtiği kısmi su kesitleri ile çarpılır; bulunan sonuçların toplamı bütün enine profilin Q debisini verir; toplam ortalama hız, S toplam su kesiti olmak üzere Vm = Q/S’dir. ölçme sonuçlarına bağlı olarak çizilen yükseklik-debi eğrileri üzerinden ölçeğin herhangi bir yüksekliğine tekabül eden debi okunur. Mahalli akış şartlan (derinlikler, genişlikler, eğintiler) değişmediği sürece eğri geçerlidir.
Irmak rejimleri bazen, yıllık veya aylık debiler, maksimum ve minimumların ortalaması, bilinen veya mümkün olan uç sayılar, bir yıl içinde veya uzun bir süre boyunca değişik frekanslı debiler şeklinde ayırt edilir, ölçmeler ya saniyede metre küp cinsinden brüt debiler olarak veya alıcı alanların kilometre karesi başına saniyede litre cinsinden özgül debiler olarak yapılır. Mesela, Kızılırmak üzerinde Ankara doğusundaki Yahşihan’da ölçülen en yüksek debi 924 m3, en düşük debi ise 12 m3′tür. Fırat ırmağının Birecik’teki ortalama debisi ise 648 m3′tür.
Irmak debilerinin tayini, yıllık gözlemler ne kadar çoksa o kadar değerlidir. Olağanüstü kabarmalar veya etiyajlar için elli veya yüz yılla sınırlı gözlemler büyük ölçüde yanıltabilir. Fakat eldeki veriler üstüne ihtimal hesapları, akıllıca ve ustaca yapılırsa, değerli bilgiler sağlar.
İzafi modül veya özgül modül. Bu modül kilometre kare başına litre saniye olarak hesaplanır; uzun yıllar için 31,557 ile çarpılan bu değer milimetre cinsinden bütün alıcı yüzeye tekabül eden akıtılan yağış miktarını verir.
Yıllık yağışlar ve debiler bilançosu. Akış açığı. Akıtılan P yağmurunu düşen P’ yağmuruyle karşılaştıralım. P7P oranı yıllık akış katsayısını veya bölümünü gösterir. Bu sayı dünyada, O’dan yüzde 95′e veya biraz daha fazlasına kadar değişir. Büyük bir bölgede yıllık akış açıkları D veya düşen yağmur P ile akan yağmur P’ arasındaki farklar daha azdır, özel bir yılda toprak altında, göllerde veya kar şeklinde, gelecek yıl lehine birikmeler dolayısıyle D artmış görünür. Çok sayıda yıl, bütünüyle ele alınınca, D önemsiz sayılacak kadar azalır ve açık toplamı, başlıca sebebi olan buharlaşma ile eşitleşir. Uzun yıllar boyunca toplam akış açığı, dünyada yaklaşık olarak 1 400 mm’yi bulur; Sibirya’daki büyük ırmaklarda 175-200 mm’yi geçmez. Fransa’daki dört büyük ırmak (Ren dışında) için 475-510 mm’dir.
Irmak akışı açığı, fiziki coğrafyada çok önemli bir veridir. Açık önce yıllık yağış miktarıyle artar ve her şeyden önce sıcaklıkların düzenlediği bölgesel tavanlara ulaşır: Sibirya’nın, Rusya’nın ve Finlandiya’nın kuzeyinde kayıp 100 mm’nin altına düşebilir. Eşit olan yıllık yağış ve sıcaklık ortalamalarında yazlar ne kadar sıcak ve yağışlı olursa açık da o kadar çoktur. Dağ havzalarında sıcaklıkların düşük olması açığı azaltır.
Kalkerli topraklarda yağışan hızla derinlere sızması, buharlaşarak terlemeleri ve yıllık akış açığını önemli ölçüde düşürür (maksimum için yüzde 20-30 arası). Bataklıklardaki durgunluk, hatta geçirgen olmayan arazilerde akışın sadece yavaş yavaş olması, kayıpları artırır. Kayıplar havanın nemliliğiyle ters orantılı olarak değişir: kuru rüzgarlar kayıpları çoğaltır. Genellikle bitki örtüsünün zenginliği de kayıpları artırır.
Dünyada özgül modüller. Yağış ortalamalarının ve akış açıklarının çok büyük ölçüde değişmesi bölgelere göre ırmakların özgül modüllerindeki farklılıkları açıklar: Fransa’da Sen ırmağının ağzındaki debisi kilometre başına saniyede 5,75 litredir; Loire’ınki 7′den çok, Garonne’unki (Dordogne hariç) 11, Rhöne’unki 18,5 litredir. Fakat Alpler’deki ve Pireneler’deki bazı küçük ırmakların debisi saniyede kilometre kare başına 65 litreyi bulur; eşit yüzeyler için Şili’nin güneyinde veya Yeni Zelanda Alpleri’nin kuzeybatısında saniyede kilometre kareye 250 litre kaydedilebilir. Buna karşılık toplam olarak az sulanan ve sıcak olan bölgelerde özellikle yazın, özgül modül 1,5 litreyi (Missouri) geçmez: A.B.D.’de büyük ovaların batısındaki bazı ırmaklarda, Kuzey Afrika’daki birçok ırmakta 0,5′i bulmaz. Nil’de 1′den az, Avustralyanın başlıca ırmağı olan Murray’de 1 milyon kilometre kare için yalnız 0,4, Çin’deki Sarınehir ve Kuzey Vietnam’daki Kırmızınehir’de en çok 2′dir. Akış açığının düşüklüğü sayesinde Sibirya’daki iki büyük ırmak yıllık yağış ortalamasının azlığına rağmen (40 mm’den az) nispeten iyi beslenir: Yenisey’de 6,5; Lena’da 6,3.
Brüt bolluk. Brüt bolluk, alıcı yüzeylerin özgül modüllerle çarpımıdır. Bazı değerlendirmeleri sıralayalım: Amazon için 90 000-110 000 m3, Kongo için 40 000, Yangdzı Kiang için 30 000, Mississippi için 18 000, Yenisey için 17 000, Orinoco ve belki Brahmaputra için 15 000, Ganj için 14 000, Nijer için ancak 6 000, Nil için 300 m3. Avrupa’da brüt bolluk, Volga için Volgagrad’da ancak 8 000 m3, Tuna için 6 300, Ren için 2 200, Rhöne için 1 800, Vistül için 1 450, Duero için 630, Odra için 600, Garonne için 630, Sen ve Taio için 450 m3′tür. Küçük ırmaklar ve ağızlarından uzak ırmaklar incelenince şu değerlendirmeler elde edilir: Madeira için 16 000-18 000 m3, Rio Negro için 10 000-11 000, Kasai için 18 000, Ohio için 7 000, Missouri için 2 000, Tuna için Viyana’da ve Belgrad’da 1 900, Rhöne için Lyon’da 375, İşere için 350, Yon ve Marn için 95 m3.
Kabarmalar
Kabarmaların sebepleriDebiler çok yüksek değilse bile, engellerden önceki kısımlarda ırmak sularının birikmesi çok tehlikeli kabarmalara yol açabilir; bu engeller dağlarda toprak kaymalarıdır. Ovalarda, bazı ırmaklarda her kış (Doğu Avrupa, Kanada), bazılarında (Tuna, Ren) ise az çok düzenli olarak buzların yüzeydeki kabuğun parçalamasından sonra harekete geçerek dar yerlerde üst üste yığılması su baskınlarına yol açar (1784 şubat-martında Ren’in Köln ve Koblenz’i basması, 1838′de Tuna’nın Budapeşte’yi basması). Tabii veya suni yüksek barajların yıkılması, debileri, akışlarının dayanılmaz şiddeti ve gelişleri bakımından çok daha tehlikeli kabarmalara yol açabilir. 1950 Yılında Porsuk ırmağının taşması sonucunda Eskişehir’in uğradığı sel felaketi buna misal olarak verilebilir. Aşırı su gelişlerinin yol açtığı kabarmalar çok daha sıktır: kalın kar tabakalarının hızla erimesi veya aşırı sağnaklar. Yüksek dağlardan çıkan akarsularda kış taşkınları veya yaz kabarmalarının başlıca sebebi genellikle karların erimesine mal edilir: oysa bu görüş çoğunlukla yanlıştır veya tehlikeli bir mübalağadır. Gerçekten, Rusya ve Kanada ovalarındaki veya Alpler’deki karla ilgili yıllık kabarmalar birçok bölgeyi tehdit eden yağmurlara bağlı kabarmalarla mukayese edilemez; Rusya’da ve Sibirya’da yüz binlerce veya milyonlarca kilometre kareyi kaplayan ırmak kabarmalarının eşine dünyanın başka yerinde rastlanmaz. Aşın olmayan erime suları taşkın sırasında akış miktarını dörtte bir, üçte bir, hatta yarı yarıya çoğaltabilir; bu çoğalma özel bir tehlike göstermeyen ırmak kabarmalarını felakete dönüştürmeğe yeter (1930′da New England ırmaklarının taşması).
Yağmurlar ve kabarmalarHemen bütün bölgelerde küçük ve orta büyüklükte havzalar için en şiddetli ve yıkıcı kabarmalar aşırı yağmurların yol açtıklarıdır. Fakat bunların, söz konusu bölgelerde ve havzalarda yol açabileceği felaketlerin kısaca tanımlanması imkansızdır. Paris’in yukarısında bütün Sen havzasında iki üç günde düşen 72 mm’lik yağmur (ocak 1910) ilgi çekicidir; buna karşılık, aynı dönemde Ardeche havzasına (2 230 km2) düşen 250 mm’lik yağış hiç önemli değildir. Orta Teksas’ta «Thrall» adı verilen korkunç sağnak (9-10 eylül 1921) 18 saatte 25 900 km2′ye 250 mm su bırakmıştı. Fransa’da bazı noktalarda bir günde 720 mm’ye kadar (Ardeche’te ekim 1827′de), Reunion adasındaki bazı istasyonlarda ise 1 000 ve 1 500 mm’den çok yağışlar kaydedilmişti; ekim 1951′de Calabria’da bir istasyonun 1 495 mm yağış aldığı bilinir, En yüksek kabarmalar çok şiddetli olmayan fakat uzun süren veya art arda birçok gün (Sen, Rhöne havzası) veya birkaç hafta (Mississippi) tekrarlanan yağışların sonucudur. Arızalı bölgelerdeki küçük havzalar için azami debiler, bazı denklemlerle birkaç saat içindeki yağışların şiddetine bağlıdır. Hemen her yerde olayların önemli bir unsuru kabarma katsayısı, yani kabarma süresince akan yağmur suyu ile bu kabarmaya yol açan yağmur veya erime suyu miktarı arasındaki orandır; bu katsayı kışın tamamıyle sıvı haldeki çok büyük yağışlar için yüzde 80′e yükselir veya bu oranı aşar. Yaz ortasında, buharlaşmalar ve yer altına sızmalar büyük su miktarlarının etkisini yok eder ve kabarma katsayısı ancak olağanüstü sağnaklarda çok yüksek sayılara ulaşır. Çoğunlukla kabarmaların katsayısı yazın (büyük zararlara yol açsa da) yüzde 40-50′yi geçmez: sonbahardaki ilk kabarmalar çoğunlukla yüksek değildir. Daha önceki doymuşluktan başka, yoğunluk sonra da yağışların toplamı ve süresi kesin rol oynar: belirli yağmur toplamlarından sonra sızma durur veya çok büyük ölçüde azalır ve buharlaşma daha fazla artmaz.
Kabarmaların yayılması ve çoğalmasıKabarmaların debisi sular taşmadığı zaman akış hızına yakın bir hızla aşağı kesime doğru yayılır, takat geniş su baskınlarında çok azalır. Eğimi yüksek olan ırmakların yayılma hızı saatte 12 veya 15 km’yi, hatta taşma yapmayan büyük su kabarmalarında saatte 15 ve 20 km’yi bulur. Düşük eğimli ova ırmaklarında, su altında kalmayan yüksek yamaçlar arasında su 5 km’den az hızla, çok büyük su baskınlarında ise saatte 2 km hızla ilerler. Belirli bir yerde, kabarmaların çeşitli ilerleme tipleri akış hızı, su mecrasının uzunluğu ve yağmurun süresine bağlıdır: kabarma bazı sel sularında fırtınalı havalarda on beş dakikada, Cevennes’lerdeki ırmakların yukarı çığırlarında birkaç saat içinde, Aşağı Ardeche’te sekız-on iki saatte, Grenoble’da, İşere üzerinde yirmi dört-otuz altı saatta yükselir. Bu yükselme Lyon’da Rhone üzerinde iki veya üç gün, aynı yerde Saöne üzerinde ve Paris’te Sen üzerinde dokuz veya on gün, Aşağı Mississippi ve Yangdzı-Kiang üzerinde birkaç hafta sürer. Yükselmeyi büyük debili bir kol çok artırabilir. Ayrıca bazı küçük ırmaklarda, şiddetli sağnakların yol açtığı kabarmalar sırasında sular özellikle başlangıçta, yıldırım hızıyle yükselebilir; hatta buzların parçalanması sonucu meydana gelen dalga cephelerini hatırlatan gerçek «su duvarı» baskınları meydana gelebilir.
Kabarmaların maksimal gücüBelirli bir kabarma sırasında azami debiler alıcı yüzeylerin artmasına bağlı olarak azalır. New Mexico’da 1945 haziranında rio Pecos’un 9 100 km2 için saniyede ve kilometre kare başına 2-25 m3′ten çok; 1915′te arızalı havzada Pears River’ın 325 000 km2′si için saniyede ve kilometre kareye 200 litre. Brüt maksimum debiler için şu değerler sayılabilir:Po için, Piacenza’da 1951′de 12 800 m3; Ren için Almanya-Hollanda sınırında 12-500 m3; Volga için 1926′da 61 000 m3. Brüt debi rekorları Yenisey (120 000 m3), Lena (110 000 m3) ve özellikle Amazon’dadır (160 000 m3 kadar).
Kabarmaların yükseklikleri, belirli bir debi için genişliklere, derinliklere ve hızlara göre değişir. Yangdzı-Kiang boğazlarında YiÇang’dan önce bazı kabarmalar alçak sularda 60-70 m’yi bulur. Aralık 1909′da, Aşağı Duero’da etiyaj’ın 24-34 m üstünde yükseklikler kaydedilmiştir. Loire ırmağı yaklaşık olarak 1 500 km2′yi tehdit eder. Rhöne, Fransa’da 1 600′ü Tarascon ve Beaucaire’den sonra olmak üzere 2 400 km2′yi basabilir. Mississippi, Cairo’dan sonra 1882′de 90 000 km2 (Belçika ile Hollanda’nın toplam yüzölçümüne eşit) kadar yeri su altında bırakmıştır. Yangdzı-Kiang da 1931 ve 1954′te buna eşit bir araziyi su altında bıraktı. Bu iki baskınla sular 20 milyondan çok insanın evini yıktı ve 1931′de baskın yüz binlerce insanın ölümüne sebep oldu. Hou-ang-ho’nun baskınları daha büyük felaketlere yol açar: tabii yatağı ve dış su bentleri arasındaki suni su basma alanı 600 km’den uzun bir delta üstündedir. Bazı kabarmalarda ırmak yatak değiştirerek Şandung yarımadasının kuzey ve güneyinde önceki ağzından yüzlerce kilometre ötede denize dökülür. 1887′de sular güneye yönelerek Yangdzı-Kiang’ın yatağını geçici olarak değiştirdi ve bir milyon kişiyi çamurlu suları altında bıraktı. 1935′te bir süre için buna benzer bir yatakta aktı. Bu ölçüsüz genişliğe ulaşmasa da büyük su baskınları çoğunlukla milli afetlerdir. Temmuz 1951′de Kansas ırmaklarının taşması bir milyar dolarlık zarara yol açtı: Japonya’nın aşırı kalabalık topraklarında ani ve şiddetli su baskınları felaketleri daha da artırır.