sempozyum bildirileri

Sempozyum Bildirileri

TMMOBİNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI

ANTALYA ŞUBESİ

OYMAPINAR BARAJI

TMMOBİNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI

ANTALYA ŞUBESİ

DÜZENLEYEN

TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI

ANTALYA ŞUBESİ

TMMOBİNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASIANTALYA ŞUBESİ

Meltem Mahallesi 3808 Sok. No: 10 07030 Muratpaşa - ANTALYA

Tel : (0242) 237 57 27-3 hat Faks : (0242) 237 57 31 E-posta : [email protected] : http://antalya.imo.org.tr

Baskı ve Hazırlık Retma MatbaaT: 0242 322 21 11 • F: 0242 322 21 12www.retma.com.tr

İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI YÖNETİM KURULU

Nevzat ERSAN (Başkan)Şükrü ERDEM (II. Başkan)

Bülent TATLI (Sekreter Üye)Cihat MAZMANOĞLU (Sayman Üye)

Tansel ÖNAL (Üye)Necati ATICI (Üye)

Ayşegül BİLDİRİCİ SUNA (Üye)

İMO ANTALYA ŞUBESİ YÖNETİM KURULU

Dr. Cem OĞUZ (Başkan)Haluk SELÇUK (Sekreter Üye)Mustafa BALCI (Sayman Üye)

Rıza ARSLANBAY (Üye)Umut TURAN (Üye)

M. Murat AYHAN (Üye)Ahmet EVCİ (Üye)

A.Ayman YAREN (Üye)Gözde ŞANLILAR (Üye)

Osman SÜTÇÜ (Üye)Güney UYAROĞLU (Üye)

Çağlar AYTAR (Üye)Volkan KILIÇARSLAN (Üye)

Berk ERKAYA (Üye)

DÜZENLEME KURULU

BİLİM KURULU

DANIŞMA KURULU

Prof. Dr. Türkay BARANProf. Dr. Erol KESKİNYrd. Doç. Dr. Rıfat TÜROğuz KASAPNecati ATICI

Haluk SELÇUKMustafa BALCIRıza ARSLANBAYOsman SÜTÇÜİsmail Selçuk YILMAZ

Nevzat ERSAN İMO Merkez Yön. Kur. Bşk.Menderes TÜREL Antalya Büyükşehir Belediye Bşk.Av. Ümit UYSAL Muratpaşa Belediye Bşk.Av. Hakan TÜTÜNCÜ Kepez Belediye Bşk.Muhittin BÖCEK Konyaaltı Belediye Bşk.Turkay ÖZGÜR DSİ 13. Bölge MüdürüAdem COŞKUN DSİ 18. Bölge MüdürüFaik Yücel ESEN İller Bankası 5. Bölge MüdürüFaruk KARAÇAY ASAT Genel MüdürüDr. İbrahim Uğur ERKIŞ Aldaş A.Ş.Selim TULUMTAŞ İMO Ankara Şube BaşkanıDr. Cem OĞUZ İMO Antalya Şube BaşkanıDursun YILDIZ Hidropolitik AkademiHacı ATASEVEN Hidromark A.Ş.Gökalp AKSAY Akışkan Müh. Ltd. Şti.

Prof. Dr. Necati AĞIRALİOĞLU Prof. Dr. Hafzullah AKSOY Prof. Dr. İlhan AVCI Prof. Dr. İsmail AYDIN Prof. Dr. Türkay BARAN Prof. Dr. N. Orhan BAYKAN Prof. Dr. Ertuğrul BENZEDEN Prof. Dr. Barış BİNİCİProf. Dr. Tayfun ÇINAR Prof. Dr. Mustafa GÖĞÜŞ Prof. Dr. Şükrü GÜNEY Prof. Dr. İbrahim GÜRER Prof. Dr. Nilgün HARMANCIOĞLU Prof. Dr. Halil KARAHAN Prof. Dr. S. Nilay KESKİN Prof. Dr. Mustafa Erol KESKİN Prof. Dr. Salih KIRKGÖZ Prof. Dr. Halil ÖNDER Prof. Dr. Osman Nuri ÖZDEMİR Prof. Dr. Ünal ÖZİŞ Prof. Dr. Sevinç ÖZKUL Prof. Dr. Zekai ŞEN Prof. Dr. A. Ünal ŞORMAN

Prof. Dr. Bülent TOPKAYA Prof. Dr. Hasan TOSUN Prof. Dr. Murat TÜRKEŞ Prof. Dr. Ferhat TÜRKMAN Prof. Dr. Melih YANMAZ Prof. Dr. Beyhan YEĞEN Doç. Dr. Ülker Güner BACANLI Doç. Dr. Hatice ÇAĞATAY Doç. Dr. Mesut ÇİMEN Doç. Dr. Veysel GÜLDALDoç. Dr. Nermin ŞARLAK Doç. Dr. Şahnaz TİĞREK Doç. Dr. Z. Fuat TOPRAKYrd. Doç. Dr. Ali GÜL Yrd. Doç. Dr. Vildan GÜNDOĞDU Yrd. Doç. Dr. Müsteyde KOÇYİĞİT Yrd. Doç. Dr. Önder KOÇYİĞİT Yrd. Doç. Dr. Alp KÜÇÜKOSMANOĞLU Yrd. Doç. Dr. Rıfat TÜRYrd. Doç. Dr. Mehmet İshak YÜCE Dr. Işıkhan GÜLER Dr. İhsan KAŞ

İÇİNDEKİLER

SunuşCem OĞUZ (İMO Antalya Şube Başkanı) ................................................................................... X

ÖnsözTürkay BARAN (Sempozyum Düzenleme Kurulu Adına) ....................................................XII

Su Kuvveti ve TürkiyeÜnal ÖZİŞ ..............................................................................................................................................2

Oymapınar Barajı ve Hidroelektrik SantralıÜnal ÖZİŞ, Hikmet YANAR ............................................................................................................ 22

Yağmursuyu Cadde Ağızlığı Tasarımı Ertuğrul BENZEDEN ....................................................................................................................... 32

Su Yapılarının Projelendirilmesinde Jeotekniğin Önemi ve Çarpıcı ÖrneklerErdal ŞEKERCİOĞLU ....................................................................................................................... 47

Özelleştirme ile Hidroelektrik Santral (HES) Ölçütleri İlişkisiNecat ÖZGÜR .................................................................................................................................... 57

Hidroelektrik Santrallerin (HES) Çevresel ve Sosyal Etkileri:Alakır Vadisi ÖrneğiEvren TURHAN, Hatice (ÖZMEN) ÇAĞATAY, Abidin KEÇECİ.............................................. 67

Türkiye’de Su Yapıları Planlanması ve Yatırımlarında Nerede Hata YaptıkHasan AKYAR .................................................................................................................................... 77

Köprü Yan Ayaklarının Oluşturduğu Daralmanın Atnalı Vorteks Sistemi ve Oyulmaya Etkisinin DES Modellemesi ile İncelenmesi Mete KÖKEN ...................................................................................................................................... 87

Yukarı Kaleköy Barajı ve HES Dolusavak Hidrolik Model DeneyleriMustafa GÖĞÜŞ, A. Burcu-Altan SAKARYA, Mete KÖKEN, Ali Ersin DİNÇER, Cüneyt YAVUZ, Emre HASPOLAT ...............................................................................................94

RSM Türbülans Modeli İle Enerji Kırıcı Yapı Üzerindeki Akımın Sayısal ModellenmesiM. Sami AKÖZ, Oğuz ŞİMŞEK, N. Göksu SOYDAN, Veysel GÜMÜŞ, M. Salih KIRKGÖZ ........................................................................................................................... 104

Basınçlı ve Savak Tipi Akım Durumlarında Köprü Tabliyesi Altındaki Oyulmaların İncelenmesiMüsteyde BADUNA KOÇYİĞİT, Onur KARAKURT ..................................................................114

Baraj Göleti Su Alma Yapısı Sayısal ModeliVolkan KİRİÇÇİ, Ahmet Ozan ÇELİK .........................................................................................124

Orta Karadeniz Bölgesi İç Kısımları Tarihi Su YapılarıAslı ÜLKE, Emre KEBAPCIOĞLU ................................................................................................134

Binyıllar Boyunca Anadolu’daki Su MühendisliğiN. Orhan BAYKAN, Nesrin BAYKAN ......................................................................................... 144

Tarih Boyunca Barajların Elden Çıkma NedenleriOnur ABAY, Nesrin BAYKAN, N. Orhan BAYKAN .................................................................. 157

Malabadi Köprüsü’nün Tarihsel Mirasın Sürdürülebilirliği Açısından DeğerlendirilmesiVeysel Süleyman YAVUZ...............................................................................................................167

Denizli İli İçme Suyu Tarihsel Gelişimi Ülker GÜNER BACANLI, Sibel ÇUKURLUOĞLU ..................................................................... 175

Akarsu Köprülerinde Yıkılma Riskinin Azaltılması Üzerine Bir Çalışma Meriç SELAMOĞLU, Melih ÇALAMAK, A. Melih YANMAZ ...................................................185

Ürkmez Barajı Çarpıtılmış Modelinde Ani Göçme Sonucu Oluşan Taşkın Dalgalarının Deneysel Araştırılması M. Şükrü GÜNEY, Eser YAŞİN, Gökmen TAYFUR, Gülpembe NEYİŞ ................................195

Akarsu Köprülerinde Gözle Muayene ve Güvenlik Değerlendirme ÇalışmalarıHüseyin AKAY, Müsteyde BADUNA KOÇYİĞİT ..................................................................... 205

Baraj Yıkılması Probleminin Düzleştirilmiş Tanecik Hidrodinamiği Yöntemi Kullanılarak Sayısal Olarak İncelenmesiAli Ersin DİNÇER, Zafer BOZKUŞ ...............................................................................................215

Karaelmalar Deresi Taşkın Koruma Yapısının Yapılma Amacının Coğrafi Bilgi Sistemleri Yardımıyla Ortaya Konulması Cengiz KOÇ, Yıldırım BAYAZIT, Recep BAKIŞ, Atilla YILDIZ .............................................225

İÇİNDEKİLER

İnsan Hayatının Değeri Ferhat TÜRKMAN, Ayşen TÜRKMAN .......................................................................................233

Coğrafi Bilgi Sistemleri Yardımıyla Anlık Birim Hidrografların Elde EdilmesiMustafa Utku YILMAZ, Evren ÖZGÜR, E. Beyhan YEĞEN ...................................................241

Çevresel Değişikliklerin Tasarım Taşkın Değerleri Üzerine Etkilerinin BelirlenmesiGülay ONUŞLUEL GÜL, Ali GÜL, Murat TÜRKEŞ ................................................................. 250

Coğrafi Bilgi Sistemleri Destekli Taşkın Hidrolik ModeliH. İbrahim BURGAN, Dorukhan KELLECİOĞLU, Hafzullah AKSOY, V. Ş. Özgür KIRCA ...................................................................................... 260

Su Yapılarında Balık Elekleri TasarımıNecati AĞIRALİOĞLU, Mustafa Nuri BALOV, Abdüsselam ALTUNKAYNAK, Mehmet ÖZGER ....................................................................268

Toprak Dolgu Barajlarda Hazne Seviyesindeki Ani Düşmenin Şev Stabilitesine Etkilerinin DeğerlendirilmesiMelih ÇALAMAK, Meriç SELAMOĞLU, A. Melih YANMAZ ..................................................278

SSB Barajlarda Birinci ve İkinci Seviye Termal Analizin Karşılaştırılmasına Yönelik Bir Sayısal Model ÇalışmasıMesut YAPMIŞ, Mustafa SELVİ, İhsan KAŞ ..............................................................................288

Beton Barajların Sismik Performans Tayini için Basitleştirilmiş Bir YaklaşımUğur AKPINAR, Barış BİNİCİ ......................................................................................................298

Küçük Hidroelektrik Santral Projelerinin Ön-fizibilite Çalışmasının RETScreen ile YapılmasıM. İshak YÜCE, Şimal YÜCE ....................................................................................................... 308

Dicle Havzası Ardışık Hidroelektrik Santralleri İçin İşletim ModeliEmrah YALÇIN, Şahnaz TİĞREK .................................................................................................316

Dünyada ve Türkiye’de Hidroelektrik Enerji, Gelişimi ve Genel DeğerlendirmeSüleyman BOZKURT, Rıfat TÜR .................................................................................................322

İklim Değişikliğinin Murat Nehri Su Gücü Potansiyeline EtkisiSadık ALASHAN, Z. Fuat TOPRAK, Zekai ŞEN .......................................................................331

İÇİNDEKİLER

Alternatif Bir Enerji Üretim Yöntemi Olarak Hidrokinetik Enerji TürbinleriAbdullah MURATOĞLU, M. İshak YÜCE ....................................................................................341

Su Yapılarında Fluent UygulamalarıŞahnaz TİĞREK, Ahmet Nazım ŞAHİN, Tuğçe YILDIRIM .....................................................351

Akarsu Yatağındaki Bitki Örtüsünün Akım Şartlarına Etkisinin Sayısal Yöntemle İncelenmesiSelcan SOVUKLUK, Önder KOÇYİĞİT, Bahadır ALYAVUZ ...................................................361

Açık Kanal Savak Akımlarında Debinin Farklı Yöntemler ile BelirlenmesiMehmet ARDIÇLIOĞLU, Mücella İLKENTAPAR .....................................................................371

Ilısu Barajı ve HES Projesi Dolusavak Havalandırıcısının Performans DeğerlendirmesiM. Cihan AYDIN, Cesur KAPLAN ................................................................................................381

Taşkın Yatağında Bulunan Bitki Örtüsünün Akıma Etkisinin Sayısal Yöntemler ile İncelenmesi Birol ATAY, Önder KOÇYİĞİT ..................................................................................................... 390

Akarçay Sinanpaşa Alt Havzası Akım Verilerinin Yağış Parametresine Bağımlılık HaritasıYılmaz İÇAĞA, Emin TAŞ ............................................................................................................400

Kızılırmak Havzası Yağış-Akış İlişkisinin BelirlenmesiMehmet İshak YÜCE, Burcu ERCAN ......................................................................................... 410

Büyük Menderes Havzası Yağışlarında Eğilim AnaliziÖzkan ÇAKMAK, Türkay BARAN............................................................................................... 419

HEC-RAS Paket Programı İle Manavgat İlçesi Ilıca Deresi Taşkın Bölgesinin ModellenmesiMurat ÜYÜKLÜOĞLU, Burhan ÜNAL, Burak TURAN ...........................................................428

Küresel İklim Değişikliğinin Keban Barajı’na Hidrolojik EtkisiM. Cihan AYDIN, Recep ÇELİK, Muhammed Mustafa YAYLAK .........................................439

Nehir Tipi Santraller ve Karadeniz Bölgesi’ndeki ÖrnekleriCemre Gizem SAĞLAM, Aslı ÜLKE .......................................................................................... 449

İÇİNDEKİLER

Sulama Amaçlı Rezervuarlarda İşletme Çalışması Yapılması ve Optimum Rezervuar Kapasitesinin BelirlenmesiTaha Emre ERDİN, A. Burcu ALTAN-SAKARYA .................................................................... 459

Hazne Hacminin Belirlenmesinde Farklı Yöntemlerin Değerlendirilmesi: Afyonkarahisar Sandıklı Kızılca Barajı ÖrneğiEmin TAŞ, Murat KİLİT ................................................................................................................. 469

Bütüncül Havza Yönetimi: Konya Kapalı Havzası Uygulamasıİsmail Kaan TUNÇOK, Okan Çağrı BOZKURT ........................................................................479

Eğirdir ve Burdur Gölleri Su Seviyelerinde Olası Azalma EğilimleriM. Erol KESKİN, E. Dilek TAYLAN, Tevfik ASLANBAŞ ........................................................ 489

Paleoklimatoloji ve Filyos Nehri Paleo Akımlarının TüretilmesiNermin ŞARLAK ............................................................................................................................500

Erzurum İli Kuraklıkların İki Değişkenli Frekans Analizi: Kopula Fonksiyonlarının KullanımıFatih TOSUNOĞLU, İbrahim CAN............................................................................................. 508

Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin Yapısal Elemanlarının Çevresel Etkileriİbrahim YURTSEVEN, Yusuf SERENGİL ...................................................................................519

Seyhan Havzasında Yer Alan Enerji Amaçlı Su Yapılarında Balık Geçidi DurumlarıBurak NAHARCI, Ekrem AKSOY, Mustafa ALKAYA ............................................................. 530

Tarihi Milas SuyollarıAhmet ALKAN ............................................................................................................................... 540

Keban Barajı İle Neler Kaybettik?Düzgün ÇAKIRCA ......................................................................................................................... 550

İÇİNDEKİLER

4. Su Yapıları SempozyumuX

SUNUŞ

Dünya nüfusundaki hızlı artışa bağlı olarak kentleşme hızla artmaktadır. Kentlerin büyümesiyle birlikte ihtiyaçları da büyümektedir. Bu ihtiyaçların başında su, iletişim ve enerji gelmektedir. Bu hızlı artış, su kaynakları üzerindeki baskıyı her geçen gün artırmakta ve kişi başına düşen su miktarı da giderek azalmaktadır. Buna karşı, yerküredeki su kaynaklarının miktarı, zaman ve mekandaki, dağılımı düzensiz olduğundan, bazı bölgelerde su azlığı yaşanırken, bazı bölgelerde fazla su sorun olmakta, başta enerji, taşkın koruma olmak üzere çeşitli problemler yaşanmaktadır. Su yapıları bu problemleri gidermek, çeşitli ihtiyaçları karşılamak için planlanır ve projelenirler. Ancak göç, yeniden iskan, iklim ve ekosistemdeki değişimler gibi bir dizi sosyal ve çevresel problemlere de neden olurlar. Bu nedenle bütüncül bir anlayışla, bir havza içindeki su, toprak, bitki ve insan ilişkilerinin, koruma ve kullanma dengesi ve verimliliği esas alan bir planlama yapılarak projelendirilmesi zorunlu hale gelmiştir. Bu yaklaşım aynı zamanda sürdürebilir kalkınmanın da temelidir.

Yaşamın devamlılığı, su kaynaklarının etkin şekilde korunması ve yönetilmesi, gerek yerel ölçekte gerekse küresel ölçekte kullanılabilir suyun varlığıyla mümkündür. İnsan yaşamını kolaylaştırmak ile tarihi kültürel ve doğal değerlerin korunması ve gelecek kuşaklara aktarılması arasında bir denge sağlamak gerekmektedir. Bu anlamda projelendirilen ve inşa edilen su yapılarında temel bakış açısının yaşamın sürdürebilirliği ana hedef olmalıdır.

İnşaat mühendisliği ve inşaat mühendisleri açısından “su yapıları”, su temininden enerji üretimine, sulamadan taşkın kontrolüne, çevresel düzenlemelerden rekreasyon alanlarının teşkiline kadar uzanan ve çoğu zaman birden fazla bileşeni ve amacı bulunan yapılar ile suyun kullanım şeklini belirleyen politikaları da kapsayan teorik ve uygulama boyutunda yapılan çalışmaları ifade etmektedir.

Su mühendisliği tarihinden modern teknik çözümlere, planlamadan havza yönetimine, su politikalarından çevresel/sosyal etkilere geniş bir alanda ele alınması planlanan sempozyumun, özellikle kamu/özel kesimden gelecek uygulama örneklerinin tartışılmasıyla, akademisyenlerin ve farklı disiplinlerin katkılarıyla zenginleşmesi, su kaynaklarının geliştirilmesinde kamusal farkındalık yaratacaktır. Sempozyumda, 31 farklı üniversiteden 97 Öğretim Elemanı, 5 ayrı kamu kurumundan 11 kişi ve 5 ayrı özel sektör firmasından 7 kişi hazırladıkları bildirilerle katılım sağlayacaklardır.

4. Su Yapıları Sempozyumu XI

SUNUŞ

Bu Sempozyum bir yandan, su yapılarının planlanmasını, projelendirilmesini, işletilmesini, denetim ve güvenliğini ayrıca çeşitli örneklerle tarihsel gelişimini irdelerken, diğer yandan su politikalarındaki farklı yaklaşımları, su yönetimini, sürdürülebilirliğini, enerji üretimindeki yerini, doğa ve çevre ilişkisini, konuyla ilgili mevzuat tartışmalarını, ulusal ve uluslararası örnekleri içerecek şekilde değerlendirecektir.

Sempozyumun gerçekleşmesinde büyük bir özveriyle çalışan Düzenleme, Danışma, Bilim Kurulunun sayın üyelerine, maddi ve manevi olarak desteklerini esirgemeyen tüm kurum, kuruluş ve kişilere, İMO Merkez Yönetim Kurulu üyelerine, bildiri sunan meslektaşlarımıza, uzmanlara, katılımcılara, büyük bir gayretle çalışan personelimize ve emeği geçen herkese teşekkür ederiz.

Yrd. Doç. Dr. Cem OĞUZİMO Antalya ŞubeYönetim Kurulu Başkanı

.

4. Su Yapıları SempozyumuXII

ÖNSÖZ

Nüfus artışı, sanayinin gelişimi, kırsal/kentsel yerleşimdeki hızlı değişimler, su kirliliği, iklim değişikliği gibi etkiler nedeniyle “temiz/kullanılabilir su”ya erişim giderek zorlaşmaktadır. Günümüzde gerçekleştirilen projelerde, kamusal ya da yerel yaklaşımların giderek yerini piyasacı yaklaşımlara bıraktığı görülmektedir. Son dönemlerde, su kullanımında paydaşların katılımının sağlan(a)maması, neo-liberal (piyasacı) yaklaşımlar, uygulanan özelleştirme politikaları gibi nedenler su projelerinin kamuoyunda sıklıkla tartışılmasına neden olmaktadır.

Türkiye, kısıtlı su kaynaklarını geliştirmek amacıyla önemli havza geliştirme planlarını gerçekleştirmiştir. Ancak, ülkenin mevcut su kaynakları potansiyelinin değerlendirilebilmesi için, çok sayıda yeni tesis/projenin de inşa edilmesi gerekmektedir. Temiz su, enerji ve gıda güvenliği kavramlarının sık tartışılmaya başlandığı yüzyılımızda, enerji/gıda üretimindeki temel girdi niteliğinde olan suyun önemi daha da artmaktadır.

İnşaat Mühendisleri, su kaynaklarının planlanmasından işletmesine her aşamada, tasarımcı- uygulamacı- denetimci- işletmeci- yönetici- karar verici olarak görev almaktadır. Dolayısıyla, su konusundaki tartışmaların sadece teknik konuları değil; ulusal/uluslararası su politikaları, yerel-merkezi yönetim etkileşimleri, havza yönetimi, çevresel/sosyal etkiler, su kaynakları kullanımında paydaşların sürece katılması konularını da içermesi kaçınılmazdır.

TMMOB tarafından, 2006 ve 2007 yıllarında “Su Politikaları Kongresi” başlığı altında gerçekleştirilen iki toplantının ardından, İnşaat Mühendisleri Odası tarafından “Su Yapıları Sempozyumu” düzenlenmeye başlanmıştır. İlk olarak, 2009 yılında İnşaat Mühendisleri Odası Samsun Şubesi tarafından düzenlenen sempozyumun ikincisi Diyarbakır, üçüncüsü ise Ankara’da gerçekleştirilmiştir. Bu yıl İMO Antalya Şubesi tarafından dördüncüsü gerçekleştirilen “4. Su Yapıları Sempozyumu”, üç günlük programa yayılan çok sayıda bildiri sunumu, çağrılı konuşmalar, paneller aracılığıyla akademisyenleri, kamu ve özel sektörde uygulamalar gerçekleştiren mühendisleri, konuya ilgi duyan katılımcıları bir araya getirmektedir. Toplam 56 bildirinin sunulduğu, iki çağrılı konuşmacı, altı panelistin yer aldığı üç günlük programda; Su politikaları, İklim değişikliği, Su mühendisliği tarihi, Su kuvveti tesisleri, Havza yönetimi, Taşkınlar, Kuraklık, Çevresel etkiler ile Su yapılarının Planlama, Tasarım, Modelleme, İşletme, Teknik çözüm önerilerinin ele alındığı 16 oturum gerçekleştirilecektir.

Sempozyumun düzenlenmesini sağlayan İnşaat Mühendisleri Odası ve İMO Antalya Şubesi Yönetim Kurulları’na; değerli katkılarını esirgemeyen Düzenleme, Danışma, Bilim Kurulu Üyelerine; katkı sağlayan tüm kurum ve kuruluşlara; çağrılı konuşmacılara, oturum başkanlarına, bildiri sunan ve katılan tüm meslektaşlarımıza, mühendis arkadaşlarımıza teşekkür eder, sempozyumda yapılacak tartışmaların yararlı olması dileğiyle saygılarımı sunarım.

Prof. Dr. Türkay BARAN4. Su Yapıları SempozyumuDüzenleme Kurulu adına

SEMPOZYUMBİLDİRİLERİ

OYMAPINAR BARAJI

4. Su Yapıları Sempozyumu2

Su Kuvveti ve Türkiye

Ünal Öziş Em.Prof.Dr., Dokuz Eylül Üniversitesi,

Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Tel: 0232. 231 18 96

E-posta (c/o): [email protected] ; [email protected]

Öz

Birincil enerji kaynakları kıt olan Türkiye, elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında, yenilenebilir ve temiz nitelikteki su kuvveti kaynaklarını öncelikle değerlendirmek zorundadır. Günümüzde ancak yarısından azını geliştirmiş olduğu, 150 TWh/y mertebesindeki, ekonomik olarak yararlanılabilir su kuvveti potansiyeli seviyesine erişmek için, daha yüzlerce önemli hidroelektrik santral (HES) inşa etmek gereklidir. Türkiye akarsularının akışları gerek mevsimler arası, gerekse yıllar arası çok büyük değişiklikler gösterdiğinden, bu değişken akışların barajlarla düzenlenmesi zorunlu olmaktadır. Baraj haznelerinden olacak ek buharlaşma miktarları gereksiz bir kayıp olmayıp, bir tür aynî işletme gideri niteliğindedir. Su kuvveti tesisleri, özellikle barajlı santrallar, zirve güç ihtiyacının karşılanmasında en kullanışlı santral türüdür. Baraj hazneleri dolaylı veya dolaysız olarak taşkınların sönümlenmesinde de etkin oldukları gibi, pek çok su kuvveti tesisinde, barajlar sulama sistemleri için gerekli suyun düzenlenmesine de büyük katkıda bulunmaktadır. Ancak, çevre duyarlığı bağlamında, barajların ve hidroelektrik santralların inşaatı sırasında doğaya gerektiğinden fazla müdahale edilmemesine, olabildiği ölçüde yöreye rahatsızlık verilmemesine, işletme sırasında akarsu yatağına bırakılması gereken suyun kısılmamasına çok büyük özen gösterilmelidir. Anahtar sözcükler: su kuvveti, hidroelektrik, enerji, güç, baraj, santral, HES.

1. Giriş Su kuvveti, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin üçte birinin hareket ettirdiği hidrolojik çevrim sayesinde her yıl "yenilenebilen", çevre kirliliğinin önlenmesi açısından "temiz" nitelikte, tesislerinin çoğu sulama, taşkın kontrolu gibi amaçlara da hizmet eden "çok maksatlı", Türkiye için bir "öz kaynak" olarak da elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında özel yeri bulunan bir birincil enerji kaynağıdır. Türkiye'nin su kuvveti potansiyeli, akarsuların genellikle orta kesimlerinde yeralan baraj etek santralları, yukarı kesimlerinde yeralan yüksek düşülü çevirme santralları ile değerlendirimektedir. Yüksek düşülü çevirme santrallarının bir bölümünün de suyu barajla derlediği dikkate alındığında, mevsimler, hatta yıllar arası düzenleme sağlayan baraj hazneleri, Türkiye'nin hidroelektrik enerji üretiminin belkemiğini oluşturmaktadır (Öziş, 1961, 1968a, 1977, 1991a; Öziş ve diğ. 1965, 1978, 1983, 2006d,g; Öziş ve Harmancıoğlu, 1982).

4. Su Yapıları Sempozyumu 3

Şekil 1 – Fırat üstünde Atatürk barajı ve 2400 MW gücünde etek santralı (Foto:Ü.Öziş). Baraj hazneleri, doğal duruma kıyasla oldukça büyük su yüzeyleri meydana getirdiklerinden, kaçınılmaz buharlaşma kayıplarına da yol açmaktadır. Bunu gereksiz su israfı olarak tanımlamak ve baraj yapmamak, su kaynağından etkin biçimde yararlanılmasından vazgeçme anlamını taşır. Bu ek buharlaşma kaybının bir tür "ayni" işletme gideri niteliğinde olduğu unutulmamalıdır (Şekil 1). Hidroelektrik santralların devreye girip, çıkmaları birkaç dakika mertebesinde olduğundan, özellikle biriktirme haznesi bulunan su kuvveti tesisleri güç talebi değişimine kolayca ve çok az enerji kaybıyla uyum sağlamaktadır. Türkiye'de su kuvveti tesislerinin kurulu güçteki payı üçte bir, enerji üretimindeki payı dörtte bir mertebesinde bulunmaktadır. Gelecekte, termik santralların yanısıra, su kuvvetinden başka diğer yenilenebilir enerji kaynaklarını değerlendiren santralların ve hatta nükleer santralların da enerji üretiminde yer alabilecekleri beklenmektedir. Zirve güç ihtiyacının karşılanmasında, biriktirmeli su kuvveti tesislerine kıyasla bütün bu tür santralların elverişsiz oldukları dikkate alınarak, baraj hazneli su kuvveti tesislerinin, özellikle yük merkezlerine daha yakın havzalarda yer alanların, küçük yük faktörüyle çalışacak, büyük güçte kurulmaları üzerinde önemle durulmalıdır.

2. Yenilenebilir Enerji ve Su Kuvveti Gökyüzü-yeryüzü sisteminde, itici gücü güneş enerjisi olan, buharlaşma – yağış – akış döngüsü niteliğindeki hidrolojik çevrim, su kuvvetinin birinci esas unsuru olan “akış”ları sağlamaktadır. Yeryüzü topografyasındaki yükselti farkları ise su kuvvetinin diğer esas unsuru olan “düşü”yü oluşturmaktadır. Su kuvvetinin ölçütü olan suyun “güç”ü birim zamandaki akış ile düşünün çarpımına eşittir. Bu bağlamda su kuvveti “yenilenebilir” bir enerji kaynağıdır (Öziş, 1961, 1991a, 2014a; Öziş ve diğ. 1977, 2006d). Bir birincil enerji kaynağı olan su kuvvetinden en yaygın biçimde yararlanmanın yolu, ikincil enerji kaynağı niteliğindeki elektrik enerjisine dönüştürmektir. Bu dönüşüm “hidroelektrik santral” (HES) olarak tanımlanan bir su kuvveti tesisinde sağlanmaktadır.


Gücün zaman içinde çalışmasıyla, güç ile sürenin çarpımına eşit olan “enerji” elde edilmektedir.

3. Birincil Enerji Kaynakları Elektrik enerjisini pek çok birincil enerji kaynağından elde etmek mümkündür. Ancak, Türkiye günümüzde enerji kaynakları kısıtlı, büyük ölçüde başka ülkelerden ithal eden bir konumdadır. Petrol, gaz, kömür gibi fosil yakıtlar, uranium, torium gibi çekirdek enerjisi kaynakları, tüketildiğinde yenilenemeyen, ayrıca doğa kirliliğine yolaçan niteliktedir. Güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, su kuvveti yenilenebilir ve doğayı pek kirletmeyen kaynaklardır. Türkiye yenilenebilir enerji kaynaklarına öncelik vermek zorundadır. Bu bağlamda, günümüz teknolojisiyle en kapsamlı ölçüde yararlanılabilecek enerji kaynağı su kuvvetidir (Öziş, 1961, 1968a, 1991a, ; Öziş ve diğ. 1965, 1977, 1999). Türkiye’de 2013 yılı itibarıyla, elektrik enerjisi üreten santralların toplam kurulu gücü 64 GW (bir GW = bin MW = bir milyon KW) civarındadır. Bu gücün yaklaşık % 60’ı çeşitli termik kaynakları yakıt olarak kullanan santrallara, % 35’i hidroelektrik santrallara, % 4’ü rüzgar enerjisi santrallarına, % 1’den azı jeotermal santrallara aittir. Hidroelektrik santrallar bağlamında barajlı santralların gücü 16 GW, bağlamalı akarsu santrallarının 6 GW mertebesindedir. Aynı yıl üretilen toplam elektrik enerjisi 240 TWh (bir TWh = bin GWh = bir milyar KWh) mertebesindedir. Bu enerjinin % 70’inden fazlası termik santrallarda üretilmiş olup, yerli yakıtla 36 TWh, ithal yakıtla 136 TWh üretilmiştir. Jeotermal üretim 1 TWh’ın, rüzgar santrallarının 3 TWh’ın altında olup, toplam üretimin % 4’ü kadardır. Hidroelektrik santralların üretimi 59 TWh, dolayısıyla toplam üretimin % 25’i civarındadır. Hidroelektrik santralların payının kurulu güçte % 35, üretimde % 25 olması, zirve güç ihtiyacının karşılanmasındaki önemli rollerini yansıtmaktadır.

4. Temiz Enerji ve HES (Hidroelektrik Santral) Su kuvvetinin mekanik enerjisinden birkaç bin yıldan beri su değirmenleri, su çarkları vasıtasıyla yararlanılagelinmiştir. Ondokuzuncu yüzyılın sonlarına doğru kullanılmağa başlanmış olan hidroelektrik santralların başlıca üç aksamı bulunmaktadır (Şekil 2 ila 3) (Keloğlu ve diğ. 2006; Öziş, 1983c, 1991a, 2014a; Öziş ve diğ. 2006a,d). ‘Türbin’ suyun enerjisini dönen bir milin mekanik enerjisine çeviren bir su makinasıdır. Genellikle alçak düşülerde ‘Kaplan’, orta düşülerde ‘Francis’, yüksek düşülerde ‘Pelton’ türü olarak anılan türbinler kullanılmaktadır. Pompaj biriktirmeli santrallarda, pompa-türbin olarak anılan, çift yönlü çalışabilen tek çark da kullanılabilmektedir. ‘Jeneratör’, milin döndürdüğü ‘rotor’ olarak anılan kısmıyla, ‘stator’ olarak anılan sabit sargılar arasındaki manyetik dönüşümle mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren


Şekil 2 – Atatürk barajı Şekil 3 - Atatürk barajı etek santralında etek santralı inşaatında jeneratör holünün görünüşü (Foto: Ü.Öziş). türbin ve jeneratör montajları (Foto: Ü.Öziş). makinadır. ‘Transformatör’ ise, orta gerilimde üretilen elektrik enerjisini uzun mesafelere iletebilmek için, iki farklı sargı düzeniyle gerilimi yükselten hareketsiz bir aksamdır. Görüldüğü üzere, türbine giren su ile çıkan su esas olarak aynı nitelikte, hatta daha duru olduğundan, çevre kirliliği meydana getirmemektedir. Bu bağlamda su kuvveti “temiz” bir enerji kaynağıdır.

5. Akışların Düzenlenmesi ve Barajlar Türkiye akarsularının akışları gerek mevsimler arası, gerekse yıllar arası çok büyük değişiklikler göstermektedir. Mevsimler arası değişkenlikte ‘periyodik’ unsur, yıllar arası değişkenlikte ‘stokastik’ unsur ağırlık taşımaktadır. Bu değişken akışların barajlarla düzenlenmesi gerekli olmaktadır (Efelerli ve Öziş, 1974; Fıstıkoğlu ve diğ. 2008; Harmancıoğlu ve Öziş, 1978, 1981, 1983; Özdemir ve diğ. 2013; Öziş ve diğ. 1965, 1990a,b, 1991a, 1992, 1994, 2003b,c, 2004, 2006a,c,d,f,g,i; 2010, 2013b,c; Öziş ve Bayraktar, 1974; Öziş ve Koçak, 1977; Öziş, 1982a,b,c, 1983a,b,c, 1986, 1992, 1994, 2014a; Öziş ve Yanar, 1984, 2011; Öziş ve Özel, 1989). Baraj haznelerinden olacak ek buharlaşma miktarları gereksiz bir kayıp olmayıp, bir tür aynî işletme gideri niteliğinde görülmelidir. Baraj hazneleri dolaylı veya dolaysız olarak taşkınların sönümlenmesinde de etkin oldukları gibi, pek çok su kuvveti tesisinde, barajlar sulama sistemleri için gerekli suyun düzenlenmesine de büyük katkıda bulunmaktadır. Türkiye’nin güneyinde, Dalaman’dan Dicle’ye uzanan bir kuşak boyunca, erime boşluklu kireç taşı formasyonlardan (karst) kaynayan önemli debili pınarların varlığı akışlardaki büyük değişikliği bir ölçüde sönümlemektedir (Şekil 4 ila 5) (Öziş ve Yanar, 1984, 2011; Öziş, 1989). Doğu Karadeniz bölgesinde ise, yağışların ülke ortalamasının birkaç katı olduğu kesimlerde de, belli bir sönümleme görülmektedir.


Şekil 4 – Manavgat havzasında, Şekil 5 – Manavgat üstünde, Oymapınar baraj gölünde kalan, temelden 185 m yüksekliğinde ortalama debisi 50 m3/s mertebesinde Oymapınar kemer barajı olan Dumanlı pınarı (Foto: Ü.Öziş). (Foto: Ü.Öziş). Bu özellik, söz konusu yörelerin önemli su kuvveti potansiyelinin, bazı barajlı santralların yanısıra, özellikle yüksek düşülü çevirme santrallarıyla değerlendirilmesine olanak tanımaktadır.

6. Su Kuvveti Tesislerinin Sınıflandırılması Hidroelektrik santrallar olarak da anılan su kuvveti tesisleri, bugüne kadar yapılmış yayınlarda farklı sınıflandırmalara da rastlanabilmekle birlikte, başlıca üç grupta ele alınmaktadır (Benzeden ve diğ. 2006; Öziş, 1973a, 1974a,b, 1983c, 1986, 1991a, 1998, 2011, 2014a; Öziş ve diğ. 1991, 2006d,g,i, 2012, 2013a): (a) alçak düşülü nehir içi santralları (Efelerli ve diğ. 2006); (b) baraj etek santralları (dolgu baraj eteğindeki santrallar ve beton baraj eteğindeki santrallar olarak iki altgruba ayrılır) (Öziş ve Koçak, 1977; Öziş ve Yanar, 1984, 2011; Öziş ve Özel, 1989; Öziş ve diğ. 1990a, 1992, 2003a,b, 2006b,c, 2010; Öziş, 1992); (c) yüksek düşülü çevirme santralları (serbest yüzeyli akışlı çevirme santralları ve basınçlı akışlı çevirme santralları olarak iki altgruba ayrılır) (Benzeden ve diğ. 1992; Öziş ve diğ. 2006e). Bu üç büyük su kuvveti tesisi türünün dışında, üç özel biçim de söz konusu olmaktadır: (d) pompaj biriktirmeli santrallar (Öziş ve diğ. 2006b); (e) met-cezir santralı olarak da anılan gel-git santralları; (f) depresyon santralları olarak da anılan çöküntü santralları.


Şekil 6 – Ceyhan üstünde, 3,6 MW gücünde, alçak düşülü Maraş nehir içi santralı (Foto: Ü.Öziş). Alçak düşülü nehir içi santralları, Türkiye açısından pek önem taşımamakla birlikte, genellikle akarsu yatağında yeralmakta, bazı durumlarda akarsuyun kısmen veya tamamen çevrildiği bir yan kanal üzerinde de kurulabilmektedir (Şekil. 6). Baraj etek santralları, öncelikle barajın dolgu veya beton baraj olmasına göre farklılık göstermekte; bu altgruplarda da başta dolusavak yeri ve türü olmak üzere, diğer etkenler dolayısıyla değişik biçimler alabilmektedir. Türkiye açısından özellikle baraj etek santralları büyük önem taşımaktadır (Şekil 7, 8). Yüksek düşülü çevirme santrallarının genel konumu ve unsurları, öncelikle suyun bağlamayla derlenip çevirme iletiminin serbest yüzeyli akışla veya barajla derlenip basınçlı akışla olmasına göre farklılık göstermektedir. Türkiye açısından yüksek düşülü çevirme santralları da belli bir önem taşımaktadır (Şekil 9, 10). Pompaj biriktirmeli santrallar, genellikle günlük biriktirmeli, ender olarak mevsimlik biriktirmeli biçimde inşa edilmektedir. Türkiye'de henüz bu türde bir santral yoksa da, zaman zaman gündeme gelmekte olup, koşulların gerektirdiği pek çok ülkede uygulama alanı bulmuş olan pompaj biriktirmeli santralların, zirve güç ihtiyacının karşılanmasında özellikle ülkenin kuzey-batı bölgesinde kurulmaları beklenebilir.

Şekil 7 – Fırat üsünde, Keban Barajı Şekil 8 – Fırat üstünde, Karakaya barajı ve 1330 MW gücünde etek santralı ve 1800 MW gücünde etek santralı (Foto: Ü.Öziş). (Foto: Ü.Öziş).


Şekil 9 – Gediz havzasında, Demirköprü Şekil 10 – Harşit havzasında, 183 m barajıyla derlenen suyu 2,4 km düşülü, cebri boru çapları 1,85 m olan uzunluğunda basınçlı bir tünelle çevrilen, Doğankent A santralı (Foto: Ü.Öziş). 107 m düşülü çevirme santralı (Foto: Ü.Öziş).

7. Zirve Gücün Karşılanması Elektrik enerjisi ihtiyacı, dolayısıyla sistemden çekilecek güç, mevsimlere göre değiştiği gibi, gün içinde de önemli değişiklikler göstermektedir (Şekil 11). Bu durumda, zirve güç ihtiyacının karşılanması için kurulmuş olan santrallardan bir bölümü, gün içinde belli saatlarda devre dışı kalmaktadır. Nükleer santralların sürekli çalışması gereği, termik santralların devreye giriş ve çıkışlarda saat mertebesinde süre ihtiyaçları ve ısı kayıpları dikkate alındığında, hidroelektrik santralların dakika mertebesindeki süre ihtiyaçları ve pek küçük su kayıpları, zirve güç ihtiyaçlarının karşılanmasında su kuvveti tesislerine özel bir konum getirmektedir. Türkiye’de henüz inşa edilmemiş olmakla birlikte, pompaj biriktirmeli hidroelektrik santrallar da zirve güç ihtiyacının karşılanmasında önemli rol oynayabilecek tesislerdir. Türkiye’nin elektrik enerjisi ihtiyacının ağırlık merkezi ülkenin batısında, su kuvveti potansiyelinin ağırlık merkezi ülkenin doğusundadır. Zirve güç ihtiyacının kolaylıkla karşılanabilmesi açısından barajlı santralların, özellikle büyük tüketim merkezlerine yakın havzalarda olanların, küçük yük faktörüyle, dolayısıyla büyük güçle kurulmaları önem taşımaktadır (Harmancıoğlu ve diğ. 1978; Öziş, 1961, 1983c, 1985, 1991a, ; Öziş ve diğ. 1965, 1991, 2006b,c,d).


Şekil 11 – Elektrik enerjisi tüketiminde günlük yük sürek eğrisi: (a) kış iş günü; (b) kış tatil günü; (c) yaz iş günü: (d) yaz tatil günü (Öziş, 1983c, 1991a; Öziş ve diğ. 2006a). Suyun bağlamayla çevrildiği, yüksek düşülü santrallarda, cebri boru başındaki yükleme havuzunun günlük düzenleme de sağlayacak büyüklükte yapılması, bazı durumlarda ekonomik olabilmektedir.

8. Su Kuvveti Potansiyeli Türkiye’nin su kuvveti brüt potansiyeli 440 TWh/y, bunun teknik olarak değerlendirilebilir kısmı 220 TWh/y mertebesindedir. Su kuvveti potansiyelinin ekonomik olarak yararlanabilir kısmı, uzun yıllar 125 TWh/y kabul edilmiş, son yıllarda 150 TWh/y mertebesinde olabileceği anlaşılmıştır. Hidroelektrik santrallarda net düşünün brüt düşüye oranı 0,5-0,9 seviyesinde olup, bu değer ortalama 0,7 mertebesindedir. Kullanılan debinin gelen debiye oranı 0,9 mertebesinde kabul edilebilir. Santralın dönüşüm verimi ortalama 0,8 olarak hesaba katıldığında, bu üç oranın çarpımıyla, net gücün brüt güce oranı 0,5 seviyesinde olmaktadır.Bu durumda, teknik olarak değerlendirilebilecek su kuvveti potansiyeli, brüt su kuvveti potansiyelinin yarısı mertebesinde bulunmaktadır. Türkiye’nin su kuvveti potansiyeli Avrupa ülkeleri ile kıyaslandığında, Rusya Federasyonunun Ural dağlarının batısında kalan kısmından sonra, Norveç’in potansiyeliyle aynı mertebededir. Su kuvveti tesisleri kapsamındaki barajların pek çoğunun, taşkın kontrolu, sulama gibi maksatlara da hizmet ettiği dikkate alındığında, hidroelektrik santrallar Türkiye’nin elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında öncelikle geliştirilmesi gereken tesislerdir (Baran ve diğ. 1987, 2006a; Öziş, 1961, 1968b, 1971, 1977, 1985, 1989, 1991a; Öziş ve diğ. 1965, 1973b, 1974c,d, 1978, 1983, 1997; Öziş ve Harmancıoğlu, 1982).


9. Su Kaynaklarının Sürdürülebilir Geliştirilmesi Türkiye’de ilk hidroelektrik santral 1902’de Tarsus’ta kurulmuş olup, 1935’te Elektrik İşleri Etüd İdaresinin kurulmasıyla akarsularda düzenli ölçümlere başlanmış, 1954’te Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğünün kurulmasıyla baraj ve hidroelektrik santral yapımı ivme kazanmıştır. Türkiye’de hidroelektrik santralların toplam kurulu gücü Tablo 1’de, toplam üretimi Tablo 2’de, 1955’ten itibaren beşer yıllık arayla verilmiştir. Su kuvveti tesislerinin 1 TWh/y üretim kapasitesine ulaştığı 1960 yılından 2010 yılına kadar geçen 50 yıllık süredeki gelişmesi özellikle incelemeğe değer niteliktedir.

Tablo 1 : Türkiye’de hidroelektrik santralların kurulu gücü.

Tablo 2 : Türkiye’de hidroelektrik enerji üretimi.

Yıl Kurulu Güç (GW)

Toplam kurulu güçteki

payı (%) Yıl

Yıllık üretim

(TWh/y)

Toplam elektrik enerjisi

üretimindeki payı (%)

1955 0,04 6 1955 0,1 6 1960 0,4 32 1960 1,0 35 1965 0,5 34 1965 2,2 44 1970 0,7 32 1970 3,0 35 1975 1,8 43 1975 5,9 37 1980 2,1 42 1980 11,3 46 1985 3,9 42 1985 12,0 33 1990 6,8 41 1990 23,1 41 1995 9,9 47 1995 35,5 42 2000 11,2 41 2000 30,9 25 2005 12,9 33 2005 39,6 24 2010 15,8 32 2010 51,8 25

2014* 23,6 34 2014* 40,4 16 (* geçici değer) (* geçici değer; 2013 üretimi

59,4 TWh/y ve payı % 25) Türkiye’de hidroelektrik enerji üretimi 1960 yılında 1 TWh/y iken, 2010 yılında çalışmakta olan su kuvveti tesislerinin üretim kapasitesi ortalama akışlılık koşullarında 52 TWh/y mertebesine, dolayısıyla elli yılda 50 katından fazlasına erişmiştir. Su kuvveti tesislerinin toplam kurulu gücü 1960 yılında 0,4 GW iken, 2010 yılında 15,8 GW mertebesine, elli yılda 40 katına yükselmiştir (GW = bin MW). En büyük hidroelektrik santralın kurulu gücü 1960 yılında 160 MW (Sarıyar) iken, 2010 yılında 2.400 MW (Atatürk) güce, 15 katına ulaşılmıştır. En güçlü ünite 1960 yılında 40 MW (Sarıyar) iken, 2010 yılında 300 MW (Atatürk, Karakaya), 7,5 katı olmuştur.


Türkiye’de, 2011 yılında kurulu gücü 20 MW’ın üzerinde olan, yüz kadar orta ve büyük güçte su kuvveti tesisleri incelendiğinde, üçte ikisi kadarının barajlı santral niteliğinde olduğu görülmektedir. Türkiye akarsularının gerek mevsimlik, gerekse yıldan yıla büyük akışlılık değişikliği gösterdiği dikkate alındığında, su kuvveti potansiyelinin değerlendirilmesinde barajlarla düzenleme temel unsur olmaktadır. Türkiye’de 50 MW’tan güçlü hidroelektrik santrallardan, dolgu baraj etek santralları Tablo 3’te, beton baraj etek santralları Tablo 4’te, barajlı çevirme santralları Tablo 5’te, bağlamalı çevirme santralları Tablo 6’da verilmiştir. Barajlı santralların 3/4, dolayısıyla tüm santralların % 50 kadarı baraj etek santralıdır. Bu santralların 4/5’i dolgu baraj eteğinde yeralmaktadır. Beton barajlarda ise, yüksek olanlarda kemer baraj, daha az yüksek olanlarda ağırlık barajı türleri dikkati çekmektedir. Silindirle sıkılanmış beton barajlar da inşa edilmeğe başlanmıştır (Benzeden ve diğ. 2006; Öziş, 1983c, 1986, 1991a; Öziş ve diğ. 2006c, 2012, 2013a). Barajlı santralların 1/4’ü, tüm santralların % 15 kadarı basınçlı akışlı çevirme santralıdır. Genellikle düşünün önemli kısmı barajla sağlansa da, topografya koşulları elverdiğinde daha büyük bir düşüden yararlanmak için, santral yeri eteğin oldukça mansabında belirlenebilmektedir (Benzeden ve diğ. 2006; Öziş, 1983c, 1986, 1991a; Öziş ve diğ. 2006e, 2012, 2013a). Orta ve büyük santralların üçte bir kadarı, suyun bağlamayla derlendiği, yüksek düşülü çevirme santralı niteliğindedir. Akışların bol ve nisbeten sürekli olduğu havzalarda veya karst yeraltı ortamından beslenen önemli pınarların kaynadığı havzalarda, bu tür santrallar tutarlı olabilmektedir. Çevirme iletimi genellikle serbest yüzeyli akışlı veya düşük basınçlı mecralarla sağlanmaktadır (Benzeden ve diğ.1999, 2006; Öziş, 1983, 1986, 1991a; Öziş ve diğ. 2006e, 2012, 2013a). Türkiye’de alçak düşülü nehir içi santrallar sayıca az oldukları gibi, güçleri de nisbeten düşük olduğundan bu değerlendirmede yeralmamaktadır. Filhakika, akarsuyun aşağı kesimlerinde, bu tür santralların önemli güçte kurulabilecekleri yerlerde, sular tarımsal alanların sulanması amacıyla çevrildiklerinden, alçak düşülü nehir içi santral kurulması tutarlı bulunmamaktadır. Su kuvveti potansiyelinin geliştirilmesinde, Türkiye’nin yukarı kıyıdaş olduğu Çoruh, Kura-Aras ve özellikle Fırat-Dicle havzalarında, sınır aşan sular nitelikleri dolayısıyla, sorunlar yaşanabilmektedir (Fıstıkoğlu ve diğ. 2008; Harmancıoğlu ve Öziş, 1978, 1981, 1983; Özdemir ve diğ. 2013; Öziş, 1982a,b,c, 1983a,b, 1991b, 1992, 1994; Öziş ve Özel, 1989; Öziş ve diğ. 1990a,b; 1992, 1994, 2002, 2004, 2013b,c; Öziş ve Özdemir, 2009). Günümüzde 65 TWh/y mertebesindeki ortalama üretim kapasitesiyle, ekonomik olarak yararlanılabilir su kuvveti potansiyelinin ancak % 40’ı biraz aşan kadarı geliştirilebilmiş durumdadır (Baran ve diğ. 2006b;. Harmancıoğlu ve diğ. 1978; Keloğlu ve diğ. 2006; Öziş, 1961, 1965, 1968a, 1973a, 1974a,b, 1977, 1986, 1989, 1991a, 1998, 2011, 2012, 2014b; Öziş ve diğ. 1965, 1978, 1983, 1991, 1999, 2003a, 2006c,d,e,f,g,h,i, 2012, 2013a; Öziş ve Koçak, 1977; Öziş ve Yanar, 1984, 2011; Öziş ve Özel, 1989).


Tablo 3 : Türkiye’deki başlıca dolgu baraj etek santralları. Baraj / Akarsu MW GWh/y Atatürk / Fırat 2400 8900 Keban / Fırat 1330 6000 Altınkaya / Kızılırmak 700 1630 Birecik / Fırat 672 2520 HasanUğurlu / Yeşilırmak 500 1220 Yedigöze / Seyhan 320 1000 Borçka / Çoruh 300 1040 Alkumru / Botan 266 1000 Obruk / Kızılırmak 212 475 Batman / Batman 198 480 Karkamış / Fırat 189 650 Özlüce / Peri 170 415 Çatalan / Seyhan 169 595 Alpaslan / Murat 160 490 Aslantaş / Ceyhan 138 570 Hirfanlı / Kızılırmak 128 400 Menzelet / Ceyhan 124 515 Kılıçkaya / Kelkit 120 330 Akköprü / Dalaman 116 340 Muratlı / Çoruh 115 445 Dicle / Dicle 110 300 Yamula / Kızılırmak 100 420 Kralkızı / Dicle 94 145 Kürtün / Harşit 85 200 Uzunçayır / Munzur 84 320 Kesikköprü / Kızılırmak 76 250 SuatUğurlu / Yeşilırmak 69 270 Adıgüzel / B.Menderes 62 280 Topçam / Melet 60 200 Derbent / Kızılırmak 56 255 Seyhan / Seyhan 54 350 Kapulukaya / Kızılırmak 54 190 Kılavuzlu / Ceyhan 54 100 Seyrantepe / Peri 53 220

Ekonomik olarak yararlanılabilir su kuvveti potansiyelinin olağan geliştirilme hızıyla (yaklaşık yıllık % 7) 1970’de 3 TWh/y değerinden 2023’te 122 TWh/y mertebesine ulaşılması beklenebilirdi (Öziş ve Harmancıoğlu, 1982). Ancak, 2015 yılında ortalama 65 TWh/y olan üretim kapasitesinden, Türkiye Cumhuriyeti’nin 100. kuruluş yıldönümü 2023 yılında, kalan 8 yıllık sürede, ekonomik olarak yararlanılabilir su kuvveti potansiyelinin tamamına yakın kısmını geliştirmiş duruma gelebilmek amacıyla, önceki hedef 125 TWh/y değerine ulaşmak için yıllık % 8,5 oranında, 150 TWh/y mertebesindeki hedef için yıllık % 11 oranında bir artış hızının sağlanması gerekmektedir (Şekil 12). Bu hedeflere ulaşmak çok güç görünse de, olanaksız değildir (Öziş ve diğ. 2008a,b).


Tablo 4 : Türkiye’deki başlıca beton baraj etek santralları. Baraj / Akarsu MW GWh/y 4.1. Beton ağırlık barajı eteğindeki santrallar Boyabat / Kızılırmak 513 1470 Torul / Harşit 106 320 4.2. Beton kemerli ağırlık barajı eteğindeki santrallar Karakaya / Fırat 1800 7350 4.3. Beton kemer baraj eteğindeki santrallar Deriner / Çoruh 670 2120 Oymapınar / Manavgat 540 1600 Berke / Ceyhan 510 1670 Gökçekaya / Sakarya 300 560 Sır / Ceyhan 273 725

Tablo 5 : Türkiye’deki başlıca barajlı çevirme santralları. Baraj / Akarsu MW GWh/y 5.1. Dolgu barajlı çevirme santralları Çınarcık / Orhaneli 110 425 Demirköprü / Gediz 69 190 Eşen I / Eşençay 60 190 5.2. Beton ağırlık barajlı çevirme santralları Akköy II / Harşit 230 890 Sarıyar / Sakarya 160 400 Akköy I / Harşit 103 260 Kadıncık I / Kadıncık 70 345 5.3. Beton kemer barajlı çevirme santralları Ermenek / Ermenek 302 1100 Gezende / Ermenek 150 525

Tablo 6 – Türkiye’deki başlıca bağlamalı çevirme santralları. Baraj / Akarsu MW GWh/y 6.1. Basınçlı akışlı çevirme iletimi Hacınınoğlu / Ceyhan 360 130 Köklüce / Kelkit 90 590 Kadıncık II / Kadıncık 56 320 6.2. Serbest yüzeyli akışlı çevirme iletimi Cevizlik / İyidere 90 395 Çamlıca I / Zamanti 84 430 Akocak / Karadere 81 255 Doğankent A&B / Harşit 73 335 Kovada II / Aksu 53 220 Şanlıurfa / Şanlıurfa kanalı 52 125


0

20

40

60

80

100

120

140

160

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030[Yıl]

E = 0,17 * t 1,65 + 3(b)

E = 0,00000854 * t 4.15 + 3(c)

E = 0,000000107 * t 5,30 + 3(d)

65 TWh/y

150 TWh/y

125 TWh/y

(a)

Şekil 12 – Türkiye’de hidroelektrik enerji üretiminin: (a) 1970-2014 süresinde değişimi; (b) 1970’te 3 TWh/y üretimden 2023’te 122 TWh/y mertebesine erişmek için olağan artış hızı (yıllık yaklaşık % 7); (c) 2015’te 65 TWh/y ortalama üretim kapasitesinden, 2023’te 125 TWh/y mertebesine erişebilmek için gerekli artış hızı (yıllık yaklaşık % 8.5); (d) 150 TWh/y mertebesine erişebilmek için gerekli artış hızı (yıllık yaklaşık % 11).

10. Su Kuvveti Tesislerinin Eleştirilen Yanları Hidroelektrik santrallar: (a) doğayı morfoloji, bitki örtüsü, vahşi yaşam açısından önemli değişikliğe uğrattıkları; (b) inşaat sürecinde yöredeki yaşamı rahatsız ettikleri; (c) baraj hazneleriyle insanların göç etmesine yolaçtıkları; (d) çevirme, biriktirme, buharlaşma sonucu yüzey sularını eksilttikleri; (e) yeraltı suyu seviyesini ve akışını değiştirdikleri; (f) suyun bedelinin artmasına yolaçtıkları açılarından eleştirilmektedir (Öziş 2014a).

11. Su Kuvveti Tesislerinin Olumlu Yanları Buna karşı, elektrik güç ve enerjisi ihtiyacının karşılanmasında: (a) hidrolojik çevrim sayesinde yinelenebilir niteliği; (b) çevre kirliliği açısından oldukça temiz sayılması; (c) diğer santrallara kıyasla genellikle ekonomik bulunması; (d) zirve güç ihtiyacının karşılanmasında özellikle kullanışlı olması; (e) ülkenin öz kaynağı niteliğinde olması; (f) baraj haznelerinin akışları düzenleyerek potansiyelden etkin biçimde yararlanma sağlaması;


(g) barajların çoğu kez taşkın kontrolu, sulama, içme suyu, balık üretimi gibi diğer amaçlara da hizmet edebilmesi; Türkiye ve benzeri koşullardaki ülkelerde hidroelektrik santralları öncelikli ve vazgeçilmez kılmaktadır (Öziş 2014a).

12. Sonuç Yenilenebilir ve temiz enerji niteliğindeki su kuvveti potansiyelini değerlendiren, hidroelektrik santral (HES) olarak tanımlanan su kuvveti tesisleri, Türkiye’nin elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında öncelikle geliştirilmesi gereken tesislerdir. Su kuvveti tesisleri, özellikle barajlı santrallar, zirve güç ihtiyacının karşılanmasında en kullanışlı santral türüdür. Türkiye akarsularının akışları gerek mevsimler arası, gerekse yıllar arası çok büyük değişiklikler gösterdiğinden, bu değişken akışların barajlarla düzenlenmesi zorunlu olmaktadır. Baraj haznelerinden olacak ek buharlaşma miktarları gereksiz bir kayıp olmayıp, bir tür aynî işletme gideri niteliğinde görülmelidir. Baraj hazneleri dolaylı veya dolaysız olarak taşkınların sönümlenmesinde de etkin oldukları gibi, pek çok su kuvveti tesisinde, barajlar sulama sistemleri için gerekli suyun düzenlenmesine de büyük katkıda bulunmaktadır. Ancak, hidroelektrik santralların inşaatı sırasında doğaya gerektiğinden fazla müdahale edilmemesine, olabildiği ölçüde yöreye rahatsızlık verilmemesine, inşaat ve işletme sırasında akarsu yatağına bırakılması gereken suyun kısılmamasına çok büyük özen gösterilmelidir. Unutulmamalıdır ki, su kaynaklarını geliştirmeyen bir millet açlığa ve karanlığa mahkûm demektir.

Teşekkür Yazar, su kuvveti ve tesisleri konusundaki çalışmalarında büyük destek gördüğü, başta Devlet Su İşleri olmak üzere, Elektrik İşleri Etüd İdaresi, Türkiye Elektrik Kurumu, Türkiye Elektrik Üretim A.Ş., Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu, Münih Teknik Üniversitesi, Ege Üniversitesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Ata İnşaat A.Ş., Çukurova Elektrik A.Ş., Kepez Elektrik A.Ş. gibi kuruluşlara ve mensuplarına şükranlarını sunar. Yazar, çoğunun adı ortak yazar olarak ilgili yayınlar listelerinde de geçen, bir bölümü eski öğrencisi de olan, yakın çalışma arkadaşlarına özellikle müteşekkirdir.

Kaynaklar (Bu metin, hidroelektrik enerjinin Türkiye’de geliştirilmesi konusunda,

yazarın 1957-1961 süresinde, Prof.Dr.-Ing. Fritz Hartung yönetimindeki doktora teziyle başlayan, yaklaşık altmış yıllık çalışmalarının

genel bir muhasebesi niteliğini de taşıdığından, “Kaynaklar” olarak sadece Ü. Öziş ve ortak yazarlarının

başlıca yayınları verilmiş olup; diğer kaynaklar için bu yazıların ilgili yayınlar listelerine bakılması önerilir).


BARAN, T.; DURNABAŞ, İ.; ÖZİŞ, Ü. (1987): Türkiye'nin su kuvveti potansiyeli. Ankara, İnşaat Mühendisleri Odası, "IX. Teknik Kongre Bildiriler Kitabı, C.II: Su Kaynakları Mühendisliği", s.49-63.

BARAN, T.; DALKILIÇ, Y.; ÖZDEMİR, Y.; ÖZİŞ, Ü. (2006a): Türkiye'nin su kuvveti potansiyelinin belirlenmesindeki aşamalar ve gelişmeler. İstanbul, Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi, "Türkiye 10. Enerji Kongresi", s.211-222.

BARAN, T.; TÜRKMAN, F.; ÖZİŞ, Ü.; DALKILIÇ, Y.; ÖZDEMİR, Y. (2006b): Su kaynakları ekonomisi. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.I, "Su kaynaklarının geliştirilmesi", (Ed.: Ü.Öziş; F.Türkman; T.Baran), B.5, s.5-1 > 5-18.

BENZEDEN, E.; BARAN, T.; ALKAN, A.; ARISOY, Y.; FISTIKOĞLU, O.; ÖZİŞ, Ü.; TUNCAY, S.; GÜL, A.; DALKILIÇ, Y.; ÖZDEMİR, Y. (1999): Mersin-Limonlu havzası Lamas hidroelektrik santralları. Ankara, İnşaat Mühendisleri Odası, "Türkiye İnşaat Mühendisliği 15. Teknik Kongresi, Bildiriler Kitabı", s.697-711 (Engl.abs.p.712).

BENZEDEN, E.; ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; ÇETİNKAYA, C.; ÖZDEMİR, Y. (2006): Su yapıları sistemleri. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.I, "Su kaynaklarının geliştirilmesi", (Ed.: Ü.Öziş; F.Türkman; T.Baran), B.2, s.2-1 > 2-36.

EFELERLİ, S.; ÖZİŞ, Ü. (1974): Özköy baraj santralında akımların ve enerji üretiminin stokastik analizi. İstanbul, İnşaat Mühendisleri Odası, "İnşaat Mühendisliği VI. Teknik Kongresi", R.3-2, 16 s.

EFELERLİ, S.; ALKAN, A.; ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; KISACIK, R. (2006): Alçak düşülü nehir içi santrallar. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.57, s.57-1 > 57-12.

FISTIKOĞLU, O.; ÖZDEMİR, Y.; ÖZİŞ, Ü. (2008): Fırat-Dicle havzasında akışların barajla düzenlenmesi. Artvin, Devlet Su İşleri XXVI.Bölge Müdürlüğü, "Su ve enerji konferansı, Bildiriler kitabı-II", s.33-42.

HARMANCIOĞLU, N.; ÖZİŞ, Ü. (1978): Enerji bedellerinin değişimine Aşağı Fırat planlamasının duyarlığı. Ankara, "DSI Teknik Bülteni", N.42, s.3-13.

HARMANCIOĞLU, N.; TURAN, T.; ÖZİŞ, Ü.: (1978): Türkiye'deki hidroelektrik enerji üretiminin ağırlık merkezi. Ankara, İnşaat Mühendisleri Odası, "İnşaat Mühendisliği VII. Teknik Kongresi", R.21, s.313-330.

HARMANCIOĞLU, N.; ÖZİŞ, Ü. (1981): Enerji buhranı ve Atatürk Barajı. “Ege Üniversitesi, İnşaat Fakültesi Dergisi", Atatürk'ün 100. doğum yılı özel sayısı, s.451-474.

HARMANCIOĞLU, N.; ÖZİŞ, Ü. (1983): Dynamics of water resources development: Lower Euphrates case in Turkey. İstanbul, NATO Workshop, "Application of System Analysis on Water Resources Development" (Ed.: M. Bayazıt), R.8, 12 p.

KELOĞLU, N.; ÖZİŞ, Ü.; EFELERLİ, S.; ALKAN, A.; ÖZDEMİR, Y. (2006): Kuvvet santralı. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.56, s.56-1 > 56-66.


ÖZDEMİR, Y.; ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T. (2013): Water resources development in the Euphrates-Tigris basin. İzmir, Dokuz Eylül University, Environmental Engineering Department & American Society of Civil Engineers, Environmental and Water Resources Institute, “International Perspective on Water Resources & the Environment, 2013”, R.000153, 10 p.

ÖZİŞ, Ü. (1961): "Die Hydroenergie in der Entwicklung der Türkei". München, Technische Hochschule, Lehrstuhl für Wasserbau, Dissertation, 120 S.

ÖZİŞ, Ü. (1965): Keban komisyonu raporu ve itirazı raporlar ile ilgili görüşlerim. Ankara, Elektrik Mühendisleri Odası, "Elektrik Mühendisliği", C.9, N.102, s.50-53.

ÖZİŞ, Ü.; KARGI, Y.; AKINCI, V. (1965): "DSİ Hidroelektrik yıllığı 1963". Ankara, Devlet Su İşleri, N.502-III-15-0/3, 174 s.

ÖZİŞ, Ü. (1968a): Türkiye'nin elektrik enerjisi üretimi politikası konusunda düşünceler. Ankara, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, "Türkiye II. Genel Enerji Kongresi", Ayrı baskı, 12 s.

ÖZİŞ, Ü. (1968b): Türkiye'nin su kuvveti potansiyeli. Ankara, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, "Türkiye II. Genel Enerji Kongresi", Ayrı baskı, 20 s.

ÖZİŞ, Ü. (1971): "Akışlılık katsayıları vasıtasıyla ortalama ve düşük akımların tayini, güvenilir su kuvveti potansiyelinin hesaplanması". İzmir, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu, MAG-206, 235 s.

ÖZİŞ, Ü. (1973a) : Hydroelectric schemes in Turkey. "Water Power", Y.25, N.9, p.325-329.

ÖZİŞ, Ü. (1973b): Flow variation and the effect of interconnection on firm water power. İstanbul, International Association for Hydraulic Research, "IAHR XV. Congress", V.4, R.D-13, p.105-110.

ÖZİŞ, Ü. (1974a): Der Ausbau der Wasserkräfte in der Türkei. "Die Wasserwirtschaft", J.64, H.4, S.102-106.

ÖZİŞ, Ü. (1974b): Considérations analytiques sur les aménagements hydroélectriques en Turquie. "Travaux", N.470, p.34-39.

ÖZİŞ, Ü. (1974c): Türkiye'nin su kuvveti potansiyeli ve enterkonnekte sisteme etkisi. Ankara, Elektrik Mühendisleri Odası, "Elektrik Enerjisi Teknik Kongresi 1973", s.36-45.

ÖZİŞ, Ü. (1974d): "Akışlılık katsayıları vasıtasıyla güvenilir su kuvveti potansiyelinin tayini". İzmir, Ege Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Fakültesi, N.1, 66 s.

ÖZİŞ, Ü.; BAYRAKTAR, N. (1974): Özköy baraj santralında azami enerji üretimini sağlayacak hazne boyutlarının saptanması. İstanbul, İnşaat Mühendisleri Odası, "İnşaat Mühendisliği VI. Teknik Kongresi", R.3-1, 10 s.

ÖZİŞ, Ü. (1977): Maximal development of water power resources. İstanbul, World Energy Council, "X. World Energy Conference", R.3.1-7, 23 p.


ÖZİŞ, Ü.; KOÇAK, Y. (1977): The first arch dam in Turkey. "Int. Water Power and Dam Construction", V.29, N.4, p.30-36.

ÖZİŞ, Ü.; USLU, O.; HARMANCIOĞLU, N. (1977): Solar energy storage and water power. İzmir, Ege Üniversitesi & University of Miami, "İzmir International Symposium I on Solar Energy Fundamentals and Applications", Preprint, 18 p.

ÖZİŞ, Ü.; HARMANCIOĞLU, N.; BENZEDEN, E.; ALPASLAN, N. (1978): Hidroelektrik enerji üretiminin gelişme olanakları. Ankara, Dünya Enerji Konferansı Türk Milli Komitesi, "Türkiye III. Genel Enerji Kongresi", C.1, s.280-291.

ÖZİŞ, Ü. (1982a): Aménagement de la basse Euphrate en Turquie. "Travaux", N.565, p.68-72.

ÖZİŞ, Ü. (1982b): Ausbau des unteren Euphrat-Beckens in der Türkei. "Die Wasserwirtschaft", J.72, H.5, S.207-210.

ÖZİŞ, Ü. (1982c): The development plan for the Lower Euphrates Basin in Turkey. "Natural Resources and Development", V.16, p.73-82.

ÖZİŞ, Ü.; HARMANCIOĞLU, N. (1982): Su kuvveti kaynaklarının geliştirilme süreci. Kuşadası, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu, Mühendislik Araştırma Grubu, "VII. Bilim Kongresi", MAG-65, s.245-264.

ÖZİŞ, Ü. (1983a): Ausbau des Westlichen Tigris Beckens in der Türkei. "Die Wasserwirtschaft", J.73, H.4, S.109-112.

ÖZİŞ, Ü. (1983b): Development plan of the Western Tigris Basin in Turkey. "International Journal of Water Resources Development", V.1, N.4, p.343-352.

ÖZİŞ, Ü. (1983c): "Su yapıları". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, N.54, 608 s.

ÖZİŞ, Ü.; BENZEDEN, E.; HARMANCIOĞLU, N.; TÜRKMAN, F. (1983): Opportunities in water power development. Washington, Hemisphere, "Alternative Energy Sources III" (Ed.: T.N. Veziroğlu), V.4, p.437-452.

ÖZİŞ, Ü.; YANAR, H. (1984): Turkish dam impounds world's largest karst spring. "Int. Water Power & Dam Construction", V.36, N.12, p.44-49.

ÖZİŞ, Ü. (1985): Türkiye'nin hidroelektrik potansiyeli ve enerji üretimi. Ankara, Elektrik İşleri Etüd İdaresi, "50. Kuruluş Yıldönümü, Hidroelektrik Enerji Sempozyumu Tebliğleri", s.1-30.

ÖZİŞ, Ü. (1986): Hydro-power development in Turkey. "Indian Journal of Power and River Valley Development", V.XXXVI, N.11/12, p.297-304.

ÖZİŞ, Ü.(1989): Su kuvveti potansiyelinin geliştirilmesinde karst ortamın etkileri. İstanbul, "Mühendislik Jeolojisi Türk Milli Komitesi Bülteni" (1988 Erguvanlı Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu Tebliğleri), Y.11, N.11, s.20-24.


ÖZİŞ, Ü.; ÖZEL, İ. (1989): Karakaya dam and power plant. "Int. Water Power and Dam Construction", V.41, N.7, p.20-24.

ÖZİŞ, Ü.; BASMACI, E.; HARMANCIOĞLU, N. (1990a): Atatürk nears completion. "Int. Water Power & Dam Construction", V.42, N.9, p.12-16.

ÖZİŞ, Ü.; YANAR, H.; ERDEM M. (1990b): Sır dam and powerplant. "Int. Water Power & Dam Construction", V.42, N.9, p.17-18 & 20-21.

ÖZİŞ, Ü. (1991a): "Su kuvveti tesislerinin planlama esasları". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, N.197, 317 s.

ÖZİŞ, Ü. (1991b): Mühendislik ekonomisi açısından Güneydoğu Anadolu Projesi. İstanbul, İnşaat Mühendisleri Odası, "İnşaat Mühendisliği XI. Teknik Kongresi", C.II, s.766-777.

ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; ALKAN, A. (1991; 6.b.: 2014): "Su kuvveti tesislerinde sayısal örnekler". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, N.212, 104 s.

ÖZİŞ, Ü. (1992): "G.A.P. I : Güneydoğu Anadolu Projesi gelişme planı - Karakaya barajı ve santralı - Atatürk barajı ve santralı". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, N.224, 64 s.

ÖZİŞ, Ü.; BASMACI, E.; HARMANCIOĞLU, N. (1992): Wasserkraftanlage Atatürk am Euphrat. Wien, Technische Universität, "7.Internationales Seminar - Wasserkraftanlagen", (Red.: A. Königsberger, H.-B. Matthıas, T. Varga), S.17-31. & (English version: p.15-29).

ÖZİŞ, Ü. (1994): La gestion des besoins et d'approvisionnements en eau dans le bassin Euphrate-Tigre. Cairo, International Water Resources Association, "IWRA VIII. World Congress on Water Resources", V.2, p.(T5-S2)1.1-1.13.

ÖZİŞ, Ü.; HARMANCIOĞLU, N. (1994): Mühendislik ekonomisi açısından Atatürk barajının planlanması. Ankara, Devlet Su İşleri, "DSİ 40'ıncı Kuruluş Yılı, Su ve Toprak Kaynaklarının Geliştirilmesi Konferansı Bildirileri", C.3, s.1269-1278.

ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T.; DURNABAŞ, İ.; ŞEKER, Ş.; ÖZDEMİR, Y. (1997): Türkiye akarsularının su ve su kuvveti potansiyeli. "Türkiye Mühendislik Haberleri", Y.42, N.391, s.17-26.

ÖZİŞ, Ü. (1998): Türkiye'de su kuvvetinin gelişimi. İstanbul, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, "Prof.Dr. Kazım ÇEÇEN Anısına - Türkiye'nin Hidroelektrik Potansiyelinin Geliştirilmesi Sempozyumu", s.47-64.

ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T.; HARMANCIOĞLU, N.; BENZEDEN, E.; TÜRKMAN, F.; DALKILIÇ, Y.; ŞEKER, Ş.; ÖZDEMİR, Y. (1999): Türkiye'de su kuvvetinden enerji üretimi. İzmir, Mühendislik ve Diğer Meslek Odaları İzmir Şubeleri, "İzmir Su Kongresi", s.425-441.

ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; BARAN, T.; ÖZDEMİR, Y.; DALKILIÇ, Y. (2002): Güneydoğu Anadolu Projesi ve su siyaseti. "Türkiye Mühendislik Haberleri", Y.47, N.420-421-422, s.35-45.


ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T.; DALKILIÇ, Y.; ZIRIH, F.; ŞEKER, Ş.; ÖZDEMİR, Y. (2003a): Türkiye açısından hidroelektrik enerjinin gelişimi. İstanbul, Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi, "Türkiye 9. Enerji Kongresi", C.II, s.79-88.

ÖZİŞ, Ü.; DALKILIÇ, Y.; ÖZDEMİR, Y.; ALSAN, M. (2003b): İtaipu - Dünyanın en güçlü su kuveti tesisi. "Yapı Dünyası", Y.7, N.82, s.9-16.

ÖZİŞ, Ü.; DALKILIÇ, Y.; ÖZDEMİR, Y.; ALSAN, M. (2003c): Big decisions - Sizing up the situation in Itaipu. "International Water Power & Dam Construction", May 2003, p.22-25.

ÖZİŞ, Ü.; ÖZDEMİR, Y.; DALKILIÇ, Y.; TÜRKMAN, F.; BARAN, T. (2004): Development of the Euphrates-Tigris basin. İzmir, European Water Resources Association & Dokuz Eylül University - SUMER, "EWRA Symposium on Water resources management", (Eds.: N.B. Harmancıoğlu; O. Fıstıkoğlu;. Y. Dalkılıç; A. Gül), V.I, p.85-95.

ÖZİŞ, Ü.; BENZEDEN, E.; HARMANCIOĞLU, N.; BARAN, T.; ÖZDEMİR, Y. (2006a): Enerji suyu ihtiyacı. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.54, s.54-1 > 54-28.

ÖZİŞ, Ü.; DALKILIÇ, Y.; BARAN, T.; EFELERLİ, S.; TÜRKMAN, F. (2006b): Pompaj biriktirmeli santrallar. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.60, s.60-1 > 60-22.

ÖZİŞ, Ü.; EFELERLİ, S.; KELOĞLU, N.; TÜRKMAN, F.; DALKILIÇ, Y.; AKSOY,A. (2006c): Baraj etek santralları. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.58, s.58-1 > 58-38.

ÖZİŞ, Ü.; KELOĞLU, N.; ALKAN, A. (Ed.) (2006d; 3.b.: 2014): "Su kuvveti". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER & Mühendislik Fakültesi, Su Yapıları, C.IX, 240 s.

ÖZİŞ, Ü.; KELOĞLU, N.; ALKAN, A.; TÜRKMAN, F.; ÖZDEMİR, Y. (2006e): Yüksek düşülü çevirme santralları. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.59, s.59-1 > 59-24.

ÖZİŞ, Ü.; KELOĞLU, N.; HARMANCIOĞLU, N.; ÖZDEMİR, Y. (2006f): Su kaynaklarını geliştirme planları. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.I, "Su kaynaklarının geliştirilmesi", (Ed.: Ü.Öziş; F.Türkman; T.Baran), B.4, s.4-1 > 4-16.

ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; BARAN, T. (Ed.) (2006g; 3.b.: 2014): "Su kaynaklarının geliştirilmesi". İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER & Mühendislik Fakültesi, Su Yapıları, C.I, 184 s.

ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; BARAN, T.; ÖZDEMİR, Y.; DALKILIÇ, Y. (2006h): Su hukuku. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.I, "Su kaynaklarının geliştirilmesi", (Ed.: Ü.Öziş; F.Türkman; T.Baran), B.3, s.3-1 > 3-36.

ÖZİŞ, Ü.; TÜRKMAN, F.; KELOĞLU, N.; DALKILIÇ, Y. (2006i): Su kuvveti sistemleri. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, SUMER, Su Yapıları, C.IX, "Su kuvveti" (Ed.: Ü.Öziş; N.Keloğlu; A.Alkan), B.55, s.55-1 > 55-26.


ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T.; DALKILIÇ, Y. (2008a): Hidroelektrik enerjinin geliştirilme hızı. İzmir, Jeoloji Mühendisleri Odası İzmir Şubesi, "Ülkemizdeki doğal kaynakların enerji üretimindeki önemi ve geleceği - Tebliğler" (Ed.: E. Nakoman), s.3-17.

ÖZİŞ, Ü.; BARAN, T.; DALKILIÇ, Y. (2008b): Hidroelektrik enerjiyi geliştirme hızları. Artvin, Devlet Su İşleri XXVI.Bölge Müdürlüğü, "Su ve enerji konferansı, Bildiriler kitabı", s.1-14.

ÖZİŞ, Ü.; ÖZDEMİR, Y. (2009): Turkey's transboundary watercourses and the Euphrates-Tigris basin. Gebze, Institute of Technology, Department of Environmental Engineering, "Transboundary waters and Turkey" (Eds.: M. Karpuzcu; M.D. Gürol; S. Bayar), p.21-57. & (Türkçe biçimi: s.23-59).

ÖZİŞ, Ü.; ALKAN, A.; ÖZDEMİR, Y.; ALSAN, M. (2010): Sanxia (Three Gorges) (Üç Boğaz) barajı, hidroelektrik santralı, gemi geçidi. “Türkiye Mühendislik Haberleri", Y.54, N.2009-06/458, s.41-50.

ÖZİŞ, Ü. (2011): "Ausbau der Wasserkräfte in der Türkei". München, Technische Universität, Lehrstuhl für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Sondervortrag, 16 S.

ÖZİŞ, Ü.; YANAR, H. (2011): "Oymapınar barajı ve hidroelektrik santralı". Antalya, İnşaat Mühendisleri Odası, Antalya Şubesi, Konferans & Su Yapıları Çalıştayı, 8 s. ÖZİŞ, Ü. (2012): Su kuvvetinin Türkiye'deki gelişimi. “İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi – Bülten”, Y.27, N.164, s.46-48.

ÖZİŞ, Ü.; ALKAN, A.; ÖZDEMİR, Y. (2012): Ausbau der Wasserkraft in der Türkei. "Wasserwirtschaft", H.7/8, S.53-58.

ÖZİŞ, Ü.; ALKAN, A.; ÖZDEMİR, Y. (2013a): Ausbau der Wasserkraft in der Türkei. Wiesbaden, Springer-Viehweg, “Wasserkraftprojekte – Ausgewählte Beiträge aus der Fachzeitschrift Wasserwirtschaft”, (Hrsg.: S. Heimerl), S.176-184.

ÖZİŞ, Ü.; ÖZDEMİR, Y.; BARAN, T. (2013b): Cooperative issues in the trans-boundary Euphrates-Tigris basin. İzmir, Dokuz Eylül University, Environmental Engineering Department & American Society of Civil Engineers, Environmental and Water Resources Institute, “International Perspective on Water Resources & the Environment, 2013”, R.000154, 10 p.

ÖZİŞ, Ü.; ÖZDEMİR, Y.; BARAN, T. (2013c): Das grenzüberschreitende Euphrat-Tigris Becken. “Wasserwirtschaft”, H.7/8, S.74-78.

ÖZİŞ, Ü. (2014a): “Hidroelektrik santralların özellikleri”. İzmir, TEMA Vakfı İzmir Temsilciliği, Dünya Çevre Günü Paneli, Konuşma özeti, 4 s.

ÖZİŞ, Ü. (2014b): Hidroelektrik enerjinin Türkiye’deki öncelikli önemi. “İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi – Bülten”, Y.28, N.176-177, s.42-44.


Oymapınar Barajı ve Hidroelektrik Santralı

Ünal Öziş Em.Prof.Dr., Dokuz Eylül Üniversitesi,

Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Tel: 0232. 231 18 96

E-posta (c/o): [email protected] ; [email protected]

Hikmet Yanar İnş.Y.Müh., D.S.İ. – Çukurova Elektrik A.Ş.

(Bu metin, yazarların

"International Water Power and Dam Construction" dergisinin, kapağında Oymapınar barajının resmi de bulunan, Aralık 1984 sayısında yayınlanmış olan (s.44-49),

'Turkish dam impounds world's largest karst spring” başlıklı makalesi esas alınarak,

İnşaat Mühendisleri Odası Antalya Şubesinde birinci yazarın 2011’de verdiği konferans için hazırlanmış,

sınırlı sayıda çoğaltılarak izleyicilere dağıtılmıştır. Birinci yazar, o tarihten önce hayattan ayrılmış olan ikinci yazarı rahmetle anar).

Öz Oymapınar barajı temelden 185 m, akarsu yatağından 155 m yüksekliğinde, 360 m kret uzunluğunda, çift eğrilikli bir beton kemer barajdır. Baraj yerine gelen ortalama akış 140 m3/s, azami hazne hacmi 310 milyon m3tür. Barajın ve haznesinin yeraldığı erime boşluklu karst ortamda yapılmış olan çalışmalar ve kazanılan deneyimler açısından fevkalade ilgi çekici bir su yapısıdır. İnşa süresindeki çevirme tünelinin kapasitesi 1100 m3/s, dipsavak kapasitesi 500 m3/s, radyal kapaklı dolu savak kapasitesi 3100 m3/s’dir. Eteğindeki dört üniteli yeraltı hidroelektrik santrala, su 5,2 m çaplı cebri kuyularla iletilmekte olup, toplam kurulu gücü 540 MW, ortalama üretim kapasitesi 1,6 TWh/yıl’dır. Anahtar sözcükler: kemer baraj, hidroelektrik santral, kireçtaşı, karst, su kuvveti.

Giriş Oymapınar barajı Manavgat çayı üstünde, Homa (günümüzde Oymapınar) beldesinin 4 km kadar kuzeyinde yeralmaktadır. Ortalama 50 m3/s debisiyle dünyanın tek gözeden kaynayan en büyük karst pınarı Dumanlı'yı su altında bırakan Oymapınar barajı, temelden 185 m yükseklikte, çift eğrilikli beton kemer baraj türündedir. Eteğindeki 540 MW gücünde yeraltı santralında ortalama 1,6 TWh/yıl elektrik enerjisi üretim kapasitesindedir.


Oymapınar beton kemer barajının, dipsavağının ve eteğindeki teskin havuzunun düşey kesidi. Oymapınar Barajı ve Hidroelektrik Santralının genel yerleşim planı.


Genel Planlama

Manavgat havzasında ilk çalışmalar Elektrik İşleri Etüd İdaresince (EİE) 1939'da Homa akış gözlem istasyonunun kurulmasıyla başlamıştır. EİE için 1967'de Energoprojekt (Yugoslavya) firmasınca Oymapınar'ın bir yapılabilirlik etüdü; 1969'da Coyne et Bellier (Fransa) firmasınca bir ön proje hazırlanmıştır. Devlet Su İşleri (DSİ) için 1975'te Coyne et Bellier (Fransa) ve Aknil (Türkiye) firmalarınca Oymapınar'ın kesin projesi hazırlanmış; aynı grup inşaat süresinde de DSİ'nin müşaviri olarak çalışmıştır. İnşaat işi 1977'de Bilfinger/Berger (B.Almanya) ortaklığına ihale edilmiş; grup başlangıçta Rella (Avusturya), Enka (Türkiye), Nurol (Türkiye) ile de işbirliği yapmıştır. Enjeksiyon çalışmaları Rodio-Consonda (İtalya) tarafından yapılmıştır.

Hidroloji Hidroloji çalışmalarına esas olan Homa akış gözlem istasyonunun yağış alanı 928 km2, ortalama akışı 150 m3/s (= 5100 mm/yıl) mertebesindedir. Bu alan üzerindeki ortalama yağış 1700 mm/yıl civarında olduğundan, doğrudan yüzeysel akış ancak 35-40 m3/s kadar olup, erime boşluklu kayaçların oluşturduğu karst ortamdan kaynayan pınar akışlarından 110-115 m3/s katılmaktadır. Oymapınar baraj yerinin görünen yağış alanı 715 km2 olup, baraj yeri ile Homa arasındaki alandan gelen yüzeysel akış 5 m3/s, baraj yeri ile Homa arasındaki pınarların katkısı da 5 m3/s civarında olduğundan, baraj yerinde Manavgat'ın ortalama akışı 140 m3/s mertebesindedir. Bu akışa Dumanlı pınarının katkısı 50 m3/s kadar olup 20-100 m3/s arasında değişmektedir. Barajın 3 km akışyukarısındaki Dumanlı'nın yükseltisi 64 m, hazne azami su seviyesi ise 184 m olduğundan, pınar 120 m'ye kadar suyun altında kalmaktadır. Homa'da 1941-1982 süresinde gözlenen azami akış 1290 m3/s olmuştur. Dolusavak kapasitesi 3100 m3/s, dipsavak kapasitesi 500 m3/s, dolayısıyla toplam savaklanma kapasitesi 3600 m3/s'dir.

Hazne Akışyukarısına 7 km'ye kadar uzanan baraj haznesinin toplam hacmi 310 milyon m3'tür. Faydalı hacmi ise 200 milyon m3 olup, gelen yıllık akışın ancak % 5'i mertebesindedir. Karst ortamın faydalı hazne hacmine katkısının ise önemli olabileceği düşünülmektedir. Hazne azami su seviyesinin yükseltisi 184 m, asgari su seviyesinin 131 m, su alma yapısı eşiğinin 114,5 m, dipsavağın 64 m (Dumanlı pınarının aynı)'dır. Baraj ve hazne alanının çok karmaşık jeolojik yapısının incelenmesi, sızmaları önleyecek enjeksiyon perdesinin gerçekleştirilmesi amacıyla, toplam 37 km'lik sondaj, 10 km'lik araştırma ve enjeksiyon galerisi, 400 km'lik jeo-elektrik sondaj, çeşitli izleyici boya deneyleri gerçekleştirilmiştir.


Fliş üstünde yeralan mesozoik kireçtaşından kaynayan büyük debili pınarlardan 64 m yükseltideki Dumanlı'nın bu karst ortamının dipsavağı, hazne azami seviyesi civarındaki yükseltilerden kaynayan Sevinç, Yarpuz gibi pınarların bu ortamın dolusavağı gibi davrandığı anlaşılmıştır. Düdenlerden yapılan boya deneyleri, üst yükseltilerdeki pınarlar ile baraj mansabındaki paleozoik (M1 ila M12) ve tersiyer (M13 ila M24) pınarlar arasında, fliş formasyonun engellemesi sayesinde bağlantı olmadığını göstermiştir. Sızma tehlikesine karşı, sol sahilde üç kademeli, toplam 65.000 m2 enjeksiyon perdesi oluşturulmuştur. Enjeksiyonun çimento:su oranı 1:4 ile başlayıp 1:1'e kadar değiştirilmiş; birçok yerde, % 2-3 bentonit katılarak, çimento:ince kumsal kumu:su oranı 1:(2-3):1 kullanılmış; su altında sertleşmeyi kolaylaştırmak amacıyla bir miktar silikat veya talaş da katılmıştır.

İnşa Süresinde Çevirme

Manavgat çayını inşa süresinde çevirmek için memba ve mansap batardoları ile 1.100 m3/s kapasiteli bir çevirme tüneli yapılmıştır. Batardolar, enjeksiyon perdesi temele kadar inen merkezi kil çekirdekli, kaya dolgu niteliğindedir. Kret yükseltisi 53 m olan memba batardosu 24 m, 37 m olan mansap batardosu 8 m yüksekliğindedir. 378 m uzunluğundaki, atnalı kesitli çevirme tüneli 10 m iç çaplı olup, kireçtaşında 0,3 m beton, şistte 1 m beton ve çelik levhayla kaplanmıştır.

Dipsavak Barajın yanyana iki adet kalıcı dipsavağı 64 m yükseltide, 3 m iç çaplı orifis niteliğinde, çelik kaplı boru olup; çıkışta herbiri Allis-Chalmers (A.B.D.) ürünü konik (Howell-Bunger) vanayla teçhiz edilmiştir. Toplam dipsavak kapasitesi 500 m3/sn’dir. Çevirme tünelinin kapatılması sırasında ise, 32 m yükseltide 2 m iç çaplı iki geçici dipsavak kullanılmıştır.

Dolusavak Sağ yamaçta yeralan iki dolusavak tüneli girişinin eşik yükseltisi 169 m olup, her giriş ikişer radyal kapakla donatılmıştır. Nöll (B.Almanya) ürünü radyal kapakların genişliği 6,7 m, yüksekliği 15 m'dir. Daire kesitli, 11,5 m iç çaplı tünellerin içteki 316 m, dıştaki 350 m uzunluğunda olup, 2 * 1.550 = 3.100 m3/s taşkın debisini savan sıçratma uçlu düşüm yatakları bulunmaktadır. Giriş yapıları ve düşüm yatakları için kullanılan beton miktarı 105.000 m3'tür.


Int. Water Power & Dam Construction dergisinin, inşa halindeki Oymapınar Barajının resmi olan Aralık 1984 sayısının kapağı (solda); Oymapınar kemer barajı (sağda) (Foto: Ü.Öziş).

Oymapınar yeraltı santralının iç görünüşü (solda) (Foto: Ü.Öziş); dolusavağının ilk çalışması (sağda) (Foto: H. Yanar).


Baraj Temeli Baraj yerinde temel kayacı dolomitik kireçtaşıdır. Akarsu yatağının yükseltisi 30 m'dir. Alüvyon ve altındaki formasyon deniz seviyesine inene kadar kazılmıştır; kazı hacmi 600.000 m3'tür. Açığa çıkan karst boşlukları betonla doldurulmuştur. Enjeksiyon perdesi temelde -30 m yükseltiye, yamaçlarda şiste inecek biçimde genişletilmiş olup, 155.000 m2 alanı kapşamaktadır. Ayrıca, sol sahilde zayıf bir vadi, düşey boşluklu payandalı beton baraj niteliğinde, 65 m yükseklikte ve 15.000 m3 beton hacminde yardımcı bir barajla kapatılmıştır. Yardımcı barajla esas baraj arasındaki kireçtaşı formasyonun hazne tarafındaki yüzeyi de toplam 80.000 m3 hacminde betonla kaplanmıştır.

Baraj Gövdesi Oymapınar barajı çift eğrilikli, değişken yarı çaplı, değişken merkez açılı, beton kemer baraj türündedir. Krette merkez açısı 90o'dir. Barajın yüksekliği temelden 185 m, akarsu yatağından 155 m'dir. Kret uzunluğu 360 m'dir. Azami kalınlık temelde 26 m olup, kret yakınında 5,5 m'ye kadar azalmaktadır. Kret genişliği 7,5 m'dir. Barajın toplam beton hacmi 575.000 m3'tür. Beton agregası olarak, temel ve yamaçlardan kaba patlatma ile sağlanan 1,5 milyon m3 dolomitik kireçtaşından, baraj yerinin 0,5 km mansabında sol sahilde kurulan, 200 m3/saat kapasiteli kırmataş tesislerinde elde edilen malzeme kullanılmıştır. Agrega 0-2,5; 2,5-5; 5-19; 19-38; 38-75; 75-150 mm aralığında sınıflara ayrılmış olup, pompa betonu durumunda % 10 oranında çok ince kumsal kumu eklenmiştir. İnşaatta, yaklaşık yarısı baraj için olmak üzere, Isparta fabrikasından sağlanan toplam 300.000 t ASTM Tip 2 çimento tüketilmiştir. Bu çimento % 10-18 oranında tras içeren özellikte olup, baraj betonunda 250 kg/m3 bağlayıcı malzeme kullanılmıştır. İnşaat suyu baraj mansabındaki, 13-16o sıcaklıktaki karst pınarlarından sağlanmıştır. Agrega sürekli bu su ile yıkanarak, başkaca bir soğutma işlemi yapılmadan, başlangıç sıcaklığı 20-25o olan karışım betonu elde edilmiştir. Baraj betonu, düşeyde 2 m, yatayda 1 m aralıkla döşenmiş, 1 inç (2,54 cm) çaplı ince çelik borulardan pınar suyu geçirilerek soğutulmuştur. Borular Mannesman-Sümerbank'ın İzmit fabrikasından sağlanmış; toplam 150.000 m uzunluğunda boru kullanılmıştır. Beton hazırlama tesisi sol sahilde, barajın hemen memba kesiminde 190 m yükseltide, 4 * 80 m3/saat kapasiteli olarak kurulmuştur. Ayrıca, sağ sahilde barajın eteğinde, 70 m3/saat kapasiteli bir tesis daha kurulmuştur. Betonun iletim ve dağıtımı, 9 m3 hacimli kovaları taşıyabilecek 26 t kaldırma kapasiteli, her iki sahilde kuleleri geçgiye dik yönde 100 m hareket edebilen, 700 m açıklıklı kablolu kreynle sağlanmıştır. Baraj betonunun dökülmesinde 15 m genişliğinde 24 blok esas alınmıştır. Beton 2 m kalınlığında tabakalar halinde dökülmüş; küçük dozerlerle yayılmış; yüksek frekanslı


paletli vibratörlerle sıkılanmıştır. Betonlamada çelik kalıplar kullanılmış; derzlerde düşey dişler için özel biçimler sağlanmıştır. Her tabakada dişler yatayda da sınırlandırılmıştır. Bütün derzler, memba yüzünde 350 mm kauçuk su tutucular, mansap yüzünde 220 mm p.v.c. su tutucularla donatılmıştır. Bunlar yatayda da, toplam 16 m yüksekliğindeki 8 tabaka ara ile, enjeksiyon bölmelerinin oluşturulmasında da kullanılmıştır. Baraja ters sarkaç, eğimölçer, ısıölçer, tekli ve üçgen gerilimölçer, derzölçer gibi yüz civarında gözlem aleti de yerleştirilmiştir.

Su Tutma Barajda 1 Haziran 1983 günü çevirme tüneli kapatılmış; ancak yüksek mansap su seviyeleri yüzünden, geçici dipsavakların tıkanmasında sorun çıktığından, fiili su tutma 10 Ağustos 1983'te ve hazne su seviyesinin 48 m yükseltiye çıkmış olduğunda başlayabilmiştir. Su seviyesi on günde 90 m yükseltiye çıkmış; günde 1 m artış hızıyla 130 m yükseltiye erişildikten sonra, ölçmeler için bir hafta aynı seviyede tutulmuştur. Daha sonra, günde 0,5 m artışla 170 m yükseltiye erişildiğinde, Kasım sonunda gelen beklenmedik bir taşkınla 177 m yükseltiye çıkılmış ve dolusavak ilk kez çalıştırılmıştır. Kontrol gözlemleri için su seviyesi 150 m yükseltiye indirildikten sonra, her 10 m'de bir hafta sabit tutarak, seviye tedricen yükseltilmiş; Mart 1984'te 184 m azami su seviyesine erişilmiştir.

Su Alma ve Cebri Kuyular Sağ sahil yamacında, dört su alma ağzı ile santrala suyu ileten dört cebri kuyu beslenmektedir. Su alma girişlerinde, Nöll (Avusturya) ürünü 13,5 m genişlik ve 16,8 m yükseklikte olan dikdörtgen ızgaralar; arkalarında ACEC (Belçika) ürünü 4.85 m genişlik ve 8,3 m yükseklikte olan tekerlekli düz kapaklar bulunmaktadır. Cebri kuyular 5,2 m iç çaplı olup, düşey şaft kesimleri 6,5 m çaplı olarak Alimak sistemiyle kazılmıştır. Cebri kuyu boyları 175 ila 225 m arasında olup, toplam 661 m uzunlukta St 37 tipi çelik levhalarla kaplı bulunmaktadır. Levha kalınlığı 20 ila 30 mm arasında değişmektedir. Cebri kuyular için toplam 2.500 t çelik ve 21.000 m3 beton kullanılmıştır.

Yeraltı Kuvvet Santralı Santralda herbiri 135 MW gücünde 4 ünite yeralmaktadır. 2 * 250 t kapasiteli gezer vinç Thyssen (B.Almanya), ray kirişleri Enka-Çimtaş (Türkiye) ürünüdür; raylar arasındaki açıklık 19,3 m'dir. Yeraltı santralının uzunluğu 105 m, yüksekliği 43,5 m, genişliği üst kesimde 29 m,


Oymapınar Barajının eteğindeki yeraltı santralına su ileten cebri kuyuların boy kesiti.

Oymapınar yeraltı santralının (solda) ve trafo mağarası ile boşaltım tünelinin (sağda) enkesidi.


tabanda 21 m'dir. Trafo mağarasının uzunluğu 84 m, altındaki boşaltım tüneliyle birlikte yüksekliği 41,5 m, genişliği 18 m'dir. Her iki yapının inşaatında 138.000 m3 kazı yapılmış, 48.000 m3 beton kullanılmıştır. Cebri kuyular 5,2 m'den 3,9 m çapa daralarak, Escher Wyss (İsviçre) ürünü 3,9 m çaplı kesici kelebek vanalardan sonra, Francis türbinlerin salyangozuna bağlanmaktadır. Emme boruları 230 m uzunluk, 12,5 m genişlik ve 18 m yüksekliği olan boşaltım tüneline ulaşmaktadır. Escher Wyss (İsviçre) ve ACEC (Belçika) ürünü Francis türbinleri, 143 m net düşü ve 112.5 m3/s debi ile 184.000 BG gücündedir; dönüş hızı 214 devir/dakika'dır. Türbin çarkının dış çapı 3,45 m, şaft çapı 0,95 m'dir. Dönen parçaların toplam ağırlıığı 58,8 t'dur. ACEC (Belçika) ürünü jeneratörler şemsiye tipi olup, 0,9 güç faktörüyle 150.000 kVA gücündedir. Jeneratör rotorunun ağırlığı 365 t, statorunun ağırlığı 160 t'dur. Çıkış gerilimi 14,4 kV'tur. Aynı kuruluş ürünü transformatörlerle bu gerilim 380 kV'a yükseltilmektedir. Transformatör mağarasında, biri yedek olmak üzere 7 adet, herbiri 100.000 kVA gücünde transformatör kurulu olup, iki jeneratör üç transformatörü beslemektedir. Bir trafonun ağırlığı yağsız 81 t, yağ ile 100 t'dur.

Şalt Sahası Transformatörler önce sağ sahilde 190 m yükseltideki ara şalt sahasına, oradan da 2,5 km mansaptaki esas şalt sahasına bağlanmaktadır. Bu şalt sahasının alanı 31.000 m2 olup, 475 t çelik kullanılmıştır. Elektrik donatımının çoğunluğu COGELEX ürünüdür. Ulusal enterkonekte iletim şebekesine üç adet 380 kV gerilimli hatla bağlı olan santralda üretilen enerjinin en büyük tüketicisi, 60 km kuzeyde Seydişehirdeki alüminyum sanayisidir. Ayrıca Manavgat bölgesine 154 kV, yakın çevreye 33 kV gerilimli bağlantılar da mevcuttur.

Sonuç Oymapınar barajı 185 m yüksekliği, eteğindeki yeraltı santralının 540 MW gücü ve 1,6 TWh/yıl üretim kapasitesi ile Akdenizin doğusundaki önemli su kuvveti tesislerinden biri olup, baraj ve haznenin yeraldığı erime boşluklu karst ortamda yapılmış olan çalışmalar ve kazanılan deneyimler açısından fevkalade ilgi çekici bir su yapısıdır.

Teşekkür Yazarlar, 1984’teki makaleye bazı fotograf ve çizimleri sağlayan, Devlet Su İşleri kurumuna müteşekkirdir. Birinci yazar, Oymapınar barajı ve santralı konusunda, 1985’te İzmir’de ve 2011’de Antalya’da İnşaat Mühendisleri Odası Şubelerinde, 1985’te Münih’te Rhein-Main-Donau AG’de, aynı yıl Bochum’da Ruhr Ünivirsitesinde, 2012’de İzmir’de Dokuz Eylül Üniversitesinde, konferans vermesini sağlayan ilgililere teşekkürlerini tekrar sunar.


Kaynaklar

(1984 makalesinin kaynakları)

Altuğ, S. (1976): Leakage study of the west side of Oymapınar Reservoir. Krefeld, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, N.14, p.147-152.

Altuğ, S. (1982): Leakage study of the east side of Oymapınar Reservoir. Paris, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, N.25, p.117-124.

Coyne et Bellier (1969): Oymapınar dam and hydroelectric project. Ankara, Elektrik İşleri Etüd İdaresi & (1975): Devlet Su İşleri.

Dündar, E.; Akçanbaş, N. (1979): Oymapınar dam and hydroelectric plant project, and related karstic problems. Oymapınar, Devlet Su İşleri. International Seminar on Karst Hydrogeology, Proceedings, (Ed.: G. Günay), p. 162-178.

Energoprojekt (1967): Oymapınar dam and reservoir, feasibility study. Ankara, Elektrik İşleri Etüd İdaresi.

Horn, K. (1982): Bau von Kavernen und Druckschächten für die Wasserkraftanlage Oymapınar in der Türkei. Aachen, Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V., Symposium über Felsmechanik in Verbindung mit Kavernen und Druckschächten.

Karanjac, J.; Altuğ, A. (1980): Karstic springs recession hydrograph and water temperature analysis. Journal of Hydrology, V.45, p.203-217.

Karanjac, J.; Günay, G. (1980): Dumanlı spring, Turkey – the largest karstic spring in the world. Journal of Hydrology, V.45, p.219-231.

Öziş, Ü.; Koçak, Y. (1977): The first arch dam in Turkey. "Int. Water Power and Dam Construction", V.29, N.4, p.30-36.

Öziş, Ü.; Ünal, E.; Harmancıoğlu, N.; Benzeden, E. (1981): Underground storage capacity of dams in karst regions, estimated through recession hydrographs. Aachen/Essen, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, N.24, p.75-79.

Thote, P.; Horn, H. (1983): Staudamm und Kavernenkraftwerk Oymapınar – Türkei. Tiefbau, N.8, S.538-557.

Yanar, H. (1983): Antalya Oymapınar barajı ve HES inşaatı; baraj gölünde su toplanmağa başladı. DSİ Bülteni, N.266, s.30-37.

Yevjevich, V. (1981): Karst waters of southern Turkey. Ankara, DSI-UNDP Project, TUR/77/015, Final Technical Report.

(1984 makalesi)

Öziş, Ü.; Yanar, H. (1984): Turkish dam impounds world's largest karst spring. "Int. Water Power & Dam Construction", V.36, N.12, p.44-49.


Yağmursuyu Cadde Ağızlığı Tasarımı

Prof. Dr. Ertuğrul BENZEDEN

DEÜ Mühendislik Fakültesi Em. Öğretim Üyesi

Öz

Türkiye’de diğer bazı altyapı sistemleri gibi, kentsel yağmursuyu drenaj sistemleri de teknik ve ekonomik nedenlerle ya hiç yapılmamakta ya da gelişigüzel veya hatalı yapılmaktadır. Bu yüzden, sağanak yağışlar sonucunda kentlerimizde hemen her yıl yinelenen sosyal, ekonomik ve psikolojik zararlar ortaya çıkmaktadır.

Yağmursuyu drenaj şebekelerinin ve bu şebekelerin en önemli unsurlarından biri olan cadde ağızlıklarının tasarımı, inşaatı ve etkin şekilde işletilmesi ülkemizdeki özel ve yerel kurumlarda çalışan pek çok teknik personelin yeterli bilgi sahibi olmadığı bir konudur. Üniversitelerimizde mühendis adaylarına yağmursuyu drenaj sistemlerinin tasarımı için gerekli altyapı Hidroloji, Hidrolik, Su Yapıları gibi dersler çerçevesinde kısmen verilmektedir. Ancak, cadde ağızlığı gibi özel yapıların tasarımı süre darlığı nedeniyle öğretilememektedir. Bu bildiride, cadde arkında akış hidroliği ile, tabandan ve yandan (bordür altından) alışlı cadde ağızlıklarının tasarımına ilişkin temel ilkeler küçük sayısal örnekler eşliğinde sunulmuştur.

Anahtar sözcükler: kentsel yağmursuyu drenajı, cadde arkında akış, cadde ağızlıkları.

GİRİŞ

Cadde, yaya kaldırımı, park, otopark gibi açık alanlara düşen kısa süreli sağanak yağışlar sonucunda bordür kenarındaki cadde arkında dikkate değer ölçüde yağmur suyu debileri oluşur. Yolun belli bir bölümündeki yağmursuları uygun aralıklarla yerleştirilmiş cadde ağızlıkları ile derlenip uzaklaştırılmaz ise, yoldaki debiler giderek artar. Yola yakın bölgede su baskınları yaşanır. Yaya ve taşıt trafiği aksar. Yol altyapısının yanı sıra, telekomünikasyon, elektrifikasyon vb. diğer altyapı sistemleri zarar görür. Sosyal ve ticari yaşam düzeni bozulur.

Karayolu standartlarına uygun bir yolda, yağışlı günlerde oluşan yağmur sularının taşıt ve yaya trafiğini aksatmaması için yola makul bir boyuna eğim (s) ve enine eğim (m) verilir. Belli bir cadde enkesitinde güvenle akıtılabilecek yağmursuyu debisi (Q0),yolun boyuna eğimine (s), yol kaplamasının pürüzlülüğüne (n) ve yol genişliği (B), enine eğim (m), bordür tarafında yapılan çukurlaştırma miktarı (a), çukurlaştırma genişliği (W), izin verilebilecek su yüzü genişliği (G0) gibi enkesit karakteristiklerine bağlıdır (Bkz. Şekil-3).

Cadde ağızlıkları, cadde arkında yol boyuna eğimi doğrultusunda giderek artan yağmursuyu debilerinin derlenip, yağmursuyu kanallarına veya yakındaki dere, akarsu, göl, deniz gibi doğal ortamlara boşaltılmasını sağlayan basit su yapılarıdır. Uygulamada sıkça kullanılan iki tür cadde ağızlığı vardır.

Tabandan alışlı ağızlıklar (ızgaralı yağmursuyu rögarları) cadde arkının bordür tarafında imal edilmiş beton bir rögar ile bunun üzerine monte edilmiş bir ızgaradan ibarettir (Şekil-1/a, Şekil-2). Bu tür ağızlıklar, cadde arkının bordür tarafında W genişliğindeki bölümünden gelen


Qw önsel debi bileşeninin tamamını veya büyük bir kısmını (Qsw) derleyebilirler. Yanal derleme verimleri düşük ise de, makul yol boyuna eğimlerinde (ızgara üzerinden mansaba sıçrama olmadıkça) toplam derleme verimleri yüksektir. Ancak, bu tür ağızlıkların yüzücü maddelerle tıkanması ve veriminin azalması olasılığı da yüksektir. Ayrıca, cadde yüzeyinde tertiplendikleri için, ızgara karakteristikleri ve ağızlık konumu uygun seçilmediğinde yaya ve bisiklet trafiğinde olumsuz etkiler doğurabilirler.

Yandan (bordür altından) alışlı ağızlıklar, bordürün belli uzunluktaki (LA) bir bölümünde bırakılan boşluğa yerleştirilmiş ve üzeri yaya kaldırımı seviyesinde kapatılmış, yan savak niteliğinde yapılardır (Şekil-1/b). Bu tür ağızlıklar genellikle yol boyuna eğiminin düşük (s<0.03) olduğu yerlerde veya yolun çukur (çanak) bölgelerinde daha verimli olurlar. Yandan alışlı ağızlıklar nadiren bir ızgara ile donatılırlar. Bu nedenle, cadde arkından yağmursuyu ile birlikte gelen rüsubat ve yüzücü maddelerle tıkanma riski düşüktür. Yaya kaldırımı altında tertiplendiklerinden yaya ve bisiklet trafiğini etkilemezler.

Yol boyuna eğiminin düşük olduğu yerlerde veya yolun çukur bölgelerinde derleme kapasitesini arttırmak için tabandan ve yandan alışlı ağızlıklar yan yana veya ardı ardına kombine edilerek de tertiplenebilirler (Şekil-1/c). Düşük boyuna eğimli yollarda tabandan alışlı ağızlığın menba tarafına yerleştirilen bir yandan alışlı ağızlık ile hem toplam derleme kapasitesi arttırılabilir, hem de tabandan alışlı ağızlığın tıkanma riski azaltılabilir.

Ülkemizde geçmişte, Karayolları Genel Müdürlüğü’nün (KGM) eğitim amaçlı birkaç yayını (Sonuç 1977 gibi) ile, Öziş (1983), Muslu (1993) ve Yayla (2013) hocalarımızın kitapları dışında kentsel bölgelerde yüzeysel suların drenajı ve özellikle de yağmursuyu cadde ağızlıklarının tasarımı konusunda başvurulabilecek yayın yok gibidir. Bu bildirinin temel amaçlarından biri, meslektaşlarımızca duyulan bu eksikliğin kısmen giderilmesidir. 2012 yılında iki lisans öğrencime (Bilici 2012, Harmandar 2012) bitirme projeleri kapsamında aktarılan bilgilerin özeti niteliğinde olan bu bildiride teorik ayrıntılara girilmemiştir. Bu bildirideki konularla ilgili ayrıntılı bilgilere Muslu (1993), Brown vd. (1996) ve Nicklow (Mays 2004, Chapter 5)’den erişilebilir.

Şekil-1: Cadde giriş ağızlığı türleri: (a) tabandan alışlı, (b) yandan alışlı, (c) karma.

(a) (b) (c)


Şekil-2: W= 60 cm, Ls= 40 cm boyutlarında TCK

Tipi tabandan alışlı cadde ağızlığı (Sonuç 1977).

CADDE ARKINDA AKIŞ HİDROLİĞİ

Şekil-3’de görülen kompozit cadde enkesitinde: B yol platformu genişliğini, W bordür sınırı boyunca yapılan çukurlaştırma genişliğini, a çukurlaştırma derinliğini, m yol enine eğimini, m2 = m + a/W çukurlaştırılan bölgedeki enine eğimi, G0 ıslak enkesitte su yüzü genişliğini, y0 = m G0 üniform enkesitte bordür dibi su derinliğini, P=G0-W yanal su yüzü genişliğini temsil etmektedir. Yol boyuna eğimi s, yol kaplamasının Manning-Strickler pürüzlülük katsayısı n olmak üzere, elemanter integrasyon (Izzard) yöntemine göre AFED ıslak alanından geçen önsel debi (Qw) ve DEB ıslak alanından geçen yanal debi (Qp) bileşenleri için aşağıdaki eşitlikler yazılabilir:

Şekil-3: Kompozit enkesitli cadde arkı karakteristikleri.

W P = G - W

oa

G = y / m

x

y = a+y -m x

dA= y.dx

y = y - mW y= y - mx

B / 2

A

C

Fy

Bx

BORD

ÜR

Yol

Eks

eni

2m

m

D

E

y

d

ow

o 2

o o

o

o


3/80

3/80

2

)()(83

mwyyamns

Qw (1)

3/83/50 8

3pm

ns

QQQ wp ; p ≤ B/2 - W (2)

P yerine G0 konarak, (2) eşitliği üniform enkesitli cadde arkında toplam debiyi (Q0) hesaplamak amacıyla da kullanılabilir.

Qw ve Qp debi bileşenlerinin ıslak enkesitten geçen toplam debiye (Q0=Qw+Qp) oranları (konveyans faktörleri)

1

3/8

0

2

2

111/

/

/1

WG

mm

mmCw (3)

wpp CQQC 1/ 0 (4)

olup, G0 su yüzü genişliğinde (veya y0 bordür dibi su derinliğinde) ıslak enkesitten geçen toplam debi (5) eşitliğinden hesaplanabilir.

)1/(0 wp CQQ (5)

(3) eşitliğindeki m2/m oranı, a ve W çukurlaştırma karakteristiklerine bağlıdır:

0

02 /

/11/

GW

ya

Wma

mm (6)

Enkesitte bordür boyunca çukurlaştırma yapılmaması halinde (a=0 veya m2=m, üniform enkesit durumu), Q0, Cw ve Qw değerleri aşağıdaki eşitliklerden hesaplanabilir:

3/80

3/53/800 8

383

Gmns

ymns

Q (7)

3/80 )/1(1 GWCw (8)

0QCQ ww (9)

Cadde arkındaki su yüzü genişliği G0<B/2 kısıtını sağladığı sürece yukarıdaki bağıntılar geçerlidir. Genellikle uygulamada G0 genişliği yol sınıfına bağlı olarak seçilir.

ÖRNEK-1: B=8m, m=0.022, s=0.014, n=0.015, a=0.05m, W=0.6m özelliklerine sahip, çukurlaştırılmış bir cadde enkesitinde G0=2.9m su yüzü genişliği ile akıtılabilecek debi bileşenleri, toplam debi ve arktaki suyun ortalama akış hızı aşağıda hesaplanmıştır.


y0 = m G0 = 0.022(2.9) =0.064 m

P = G0 – W = 2.9 – 0.6 = 2.3m için (2) eşitliğinden yanal debi:

3/83/5

83

Pmns

Qp = 0.0472m3/s

Arkın çukurlaştırılmış bölümünde enine eğim:

m2 = m + a/W = 0.022 + 0.05/0.6 = 0.105

m2/m = 0.105 / 0.022 = 4.788 ve G0 / W = 2.9 / 0.6 = 4.833 için (3) eşitliğinden Cw önsel debi oranı:

1

3/8

0

2

2

111/

/

/1

WG

mm

mmCw = 0.616

(5) eşitliğinden toplam debi:

)1/(0 wp CQQ = 0.0472 / (1 – 0.616) = 0.123 m3/s

Süreklilik ilkesinden önsel debi bileşeni:

pw QQQ 0 = 0.123 – 0.0472 = 0.0758 m3/s

bulunur. Kompozit cadde arkında toplam ıslak alan:

2/2/200 aWmGA = 0.022(2.9)2/2 + 0.05(0.6)/2 = 0.108m2

Suyun cadde arkında ortalama akış hızı:

V0 = Q0 / A0= 0.123 / 0.108 = 1.14 m/s.

ÖRNEK-2: B=4m, m=0.056, s=0.02, n=0.015 özelliklerine sahip üniform (a=0, m2=m) cadde enkesitinde G0=1.03m su yüzü genişliği ile akıtılabilecek toplam debi ve W=0.25m için debi bileşenleri aşağıda hesaplanmıştır.

(7) den veya (2) eşitliğinde P yerine G0=1.03m konarak arktan akıtılabilen toplam debi:

3/80

3/50 8

3Gm

ns

Q = 0.0314m3/s

W = 0.25m, G0= 1.03m için (8) den önsel debi oranı:

Cw = 1 – (1 – W/G0)8/3 = 1 – (1 – 0.25 / 1.03)8/3 = 0.524

Arktaki debi bileşenleri:


Qw = Cw Q0 = 0.524 (0.0314) = 0.0164m3/s

Qp = Q0 – Qw = 0.0314 – 0.0164 = 0.0150m3/s

CADDE AĞIZLIĞI TASARIMI

Tabandan Alışlı Cadde Ağızlığı Tasarımı

Tabandan alışlı ağızlıkların tasarımı esas olarak ağızlık memba kenarında V0 yatay atış hızı ile serbest düşme hareketi yapan yırtılmış su jeti yörüngesinin ağızlık mansabında rögar sınırını aşıp aşmadığını kontrol etme ilkesine dayanır. Konunun kuramsal ve bazı deneysel ayrıntıları (John Hopkins deneysel formülü gibi) Muslu (1993)’de mevcuttur. Burada sadece Colorado Eyalet Üniversitesi’ndeki deneysel çalışmalara dayanarak geliştirilmiş olan ve ABD Karayolu Teşkilatı (FHWA) tarafından kullanılan bağıntılar özetlenmiştir (Brown vd. 1996, Nicklow 2004).

Daha önce de değinildiği gibi, tabandan alışlı ağızlıklar tıkanma tehlikesi nedeniyle belli karakteristiklere sahip ızgaralarla donatılırlar. Şekil-4’te örnek olarak ABD’de kullanılan P-30 tipi ızgara detayları sunulmuştur. Eni W, uzunluğu Ls olan bir ızgara ile donatılmış tabandan alışlı ağızlık ile derlenebilen önsel debi (Qsw), arkın W genişliğindeki bölümünden gelen Qw önsel debi bileşenine ve arktaki ortalama akış hızı (V0) ile suyun akım yönünde ızgara üzerinden sıçramasına sebep olan kritik hız (Vk) arasındaki farka bağlıdır (Brown vd. 1996). Dolayısıyla, (W, Ls) boyutlarına sahip, tabandan alışlı bir ağızlığın önsel derleme verimi (Rw),

Rw = Qsw / Qw = 1 – 0.295 (V0 – Vk); V0Vk (10)

deneysel eşitliğinden hesaplanmaktadır. Eğer V0<Vk ise ağızlığın önsel verimi Rw=1 olmaktadır. Yani, ağızlık arktaki önsel debi bileşeninin tamamını derleyebilmektedir. Vk sıçrama hızı, ızgara tipine ve Ls ızgara uzunluğuna bağlı olarak Şekil-5’deki gibi deneysel olarak hazırlanmış abaklardan alınmaktadır (Brown vd. 1996).

Tabandan alışlı ağızlıkla arktaki yanal debi bileşeninin (Qp) genellikle çok az bir bölümü derlenebilir. Ağızlığın yanal derleme verimi (Rp), arktaki ortalama akış hızına, cadde enine eğimine ve ağızlık uzunluğuna bağlı olarak aşağıdaki deneysel eşitlikten hesaplanmaktadır (Brown vd. 1996, Nicklow 2004).

1

3.2

8.100828.0

1/

spspp Lm

VQQR (11)

Cadde arkındaki toplam debinin Qw ve Qp bileşenleri yukarıdaki verimlerle çarpılıp, toplanarak tabandan alışlı ağızlığın toplam derleme kapasitesi (Qs) hesaplanabilir:

Qs = Qsw + Qsp = RwQw + RpQp = [RwCw + (1 – Cw)Rp]Q0 (12)

Bu eşitlikte köşeli parantezler içindeki terime toplam ağızlık verimi denir. Arktaki debinin derlenemeyen kısmı (Q0 – Qs farkı) ağızlık mansabına geçer.


Şekil-4: P-30 Tipi ızgara detayları (Nicklow 2004).

ÖRNEK-3: Geometrik ve hidrolik özellikleri ÖRNEK-1’de sunulan cadde arkında P-30 tipi ızgara ile donatılmış, W=0.6m, Ls=0.6m boyutlarındaki bir tabandan alışlı ağızlığın derleme kapasitesi aşağıda hesaplanmıştır:

Ls=0.6m için Şekil-5’de P-30 tipi ızgaraya ait eğriden sıçrama hızı Vk=1.9m/s okunur. V0=1.14m/s < Vk olduğundan ağızlığın önsel derleme verimi Rw=1 olur. Ağızlığın yanal derleme verimi (Rp), (11) eşitliğinden:

Rp = Qsp / Qp = 061.0)6.0(022.0

)14.1(0828.01

1

3.2

8.1

Daha önce ÖRNEK-1’de hesaplanmış olan Cw=0.616 ve Q0=0.123m3/s değerleri (12) de kullanılarak tabandan alışlı ağızlığın toplam derleme kapasitesi,


Qs = [RwCw + (1 – Cw)Rp ]Q0 =[1.0(0.616) + (1 – 0.616)0.061] 0.123 = 0.079 m3/s

bulunur. Bu örnekten de görüldüğü gibi, öngörülen karakteristiklere sahip ağızlığın derleyebildiği yanal debi Qsp = (1-0.616)* 0.061*(0.123) = 0.003 m3/s olup, bu değer ağızlıkla derlenen Qsw=1.0*0.616*0.123 = 0.076 m3/s önsel debi yanında önemsizdir. Ağızlıkla derlenemeyen Q0–Qs=0.123–0.079=0.044m3/s debi ağızlık mansabına geçmektedir.

Şekil-5: ABD’de kullanılan bazı ızgara türleri için sıçrama hızı eğrileri (Brown vd.1996).

Yandan Alışlı (Bordür Altı) Ağızlık Tasarımı

Cadde arkının bordür tarafında LA uzunluğundaki boşlukta teşkil edilen ve bir yan savak niteliğinde olan bu tür ağızlıklar (Şekil-6) için geliştirilmiş çeşitli teorik ve deneysel bağıntılar mevcuttur. Üniform enkesitli arktaki Q0 debisinin tamamını derlemek için gerekli L0 ağızlık uzunluğunu veren bu bağıntılar (13) deki genel yapıdadır (Harmandar 2012).

16/9

16/700

1

s

nQ

KL

m

(13)

Izgara Boyu, Ls (m)

Sıçr

ama

Hız

ı, V

k (m

/s)


Bu eşitlikte Km cadde arkı hidrolik hesabında kullanılan bağıntı türüne ve yolun m enine eğimine bağlıdır. Örneğini Izzard (elemanter integrasyon) bağıntısı için Km=1.088 m9/16 dır.

Şekil-6: Çevresi çukurlaştırılmış yandan alışlı (bordür altı) ağızlık karakteristikleri.

ABD’de kullanılan ve ağızlık çevresinde yapılan çukurlaştırmanın (Şekil-1/b, Şekil-6) bordür altı ağızlığın derleme kapasitesine etkisini de dikkate alabilen CSU-FHWA formülü şöyledir:

6.03.042.000 )(/817.0 emnsQL (14)

Bu deneysel bağıntıda me ağızlık bölgesinde eşdeğer enine eğim olup (15) den hesaplanır.

we CWa

mm (15)

Ağızlık çevresinde yapılan çukurlaştırma sayesinde (me>m olduğundan) (14) eşitliğinden hesaplanan L0 boyu önemli ölçüde kısalır. Dolayısıyla, aynı LA açıklığındaki ağızlıkla derlenebilen debi de artmış olur.

L0 dan daha kısa (LA<L0) bir bordür altı ağızlıkla derlenebilen debi (QA), LA/L0 oranına bağlıdır. Bordür altı ağızlık verimi RA ve ağızlıkla derlenebilen debi QA aşağıdaki bağıntılardan hesaplanır (Fair vd. 1966, Muslu 1993, Brown vd. 1996).

8.100 )/1(1/ LLQQR AAA (16)

0QRQ AA (17)

Cadde arkındaki debinin öngörülen bir RA verimi ile QA kadarını derleyebilmek için gerekli ağızlık uzunluğu (18) den hesaplanır.

W

A A

ya

W P

Go

o

Bordür

QA

Bordür

Bordür

QA

WL

WA

PLAN

A-A KESİTİ

L =

L +

2WA

c


09/5 ])1(1[ LRL AA (18)

Bu uzunluğa sahip bir bordür altı ağızlık boğulma olmadıkça, QA değerine eşit ya da bundan küçük ark debilerinin tamamını derleyebilir.

ÖRNEK-4: Hidrolik özellikleri ÖRNEK-2’de hesaplanmış olan üniform enkesitli cadde arkında LA=2.00m uzunluğunda bir bordür altı ağızlıkla derlenebilecek yağmursuyu debisini hesaplayalım.

Q0 = 0.0314m3/s ark debisinin tamamını derlemek için gereken ağızlık boyu (14) den:

L0 = 0.817 (0.0314)0.42/ [0.015 (0.056)]0.6 = 4.12m

Ağızlık verimi ve derlenebilen debi (22) ve (23) eşitliklerinden:

RA = QA / Q0 = 1 – (1 – 2.00 / 4.12 )1.8 = 0.697

QA = RA Q0 = 0.697(0.0314) = 0.0217 m3/s

ÖRNEK-5: Hidrolik özellikleri ÖRNEK-2’de hesaplanmış olan üniform enkesitli cadde arkında tertiplenen, çevresi Şekil-6’daki gibi, W = 0.25m genişliğinde ve a = 0.05m derinliğinde çukurlaştırılmış LA = 2.00m uzunluğunda bordür altı ağızlıkla derlenebilen debiyi hesaplayalım:

Ağızlık önündeki çukurlaştırılmış bölgede eşdeğer enine eğim (15) den:

me = 0.02 + (0.05 / 0.25) 0.524 = 0.161

Q0 = 0.0314m3/s ark debisinin tamamını derlemek için gereken yeni ağızlık boyu (14) den:

L0 = 0.817 (0.0314)0.42/ [0.015 (0.161)]0.6 = 2.19m

Çevresi çukurlaştırılmış bordür altı ağızlığın verimi ve derleme kapasitesi:

RA = QA / Q0 = 1 – (1 – 2.00 / 2.19)1.8 = 0.988

QA = 0.988 (0.0314) = 0.0308 m3/s

olur. Bu örnekten de görüldüğü gibi, bordür altı ağızlık çevresinin çukurlaştırılması ağızlık verimini büyük ölçüde arttırmaktadır.

Kombine Ağızlık Tasarımı

Kombine ağızlık, LA uzunluğunda bir bordür altı ağızlık ile bunun mansabında tertiplenmiş bir tabandan alışlı ağızlıktan ibarettir. Aynı uzunlukta (LA=Ls) ve bitişik olarak tertiplenmiş kombine ağızlığın derleme kapasitesi tabandan alışlı ağızlığın derleme kapasitesinden fazla fark etmez. Ağızlık kombinasyonları genellikle düşük eğimli yollarda, tıkanma problemi olabilecek yerlerde ve yolun çanak bölgelerinde uygulanır. Bordür altı ağızlık arktaki


debinin büyük bir bölümünü derlediği gibi, rüsubatın önemli bir kısmını da çevirerek tabandan alışlı ağızlığın tıkanmasını önler.

Ağızlıklar Şekil-7’deki gibi girişimli yerleştirildiğinde, bordür altı ağızlığın etkili uzunluğu Ls kadar azalır. Bordür altı ağızlıkla sAAk LLL etkili uzunluğundan derlenen debi (QAk),

memba ucundaki yeni hidrolik koşullar altında çalışan tabandan alışlı ağızlıkla derlenen debiye (Qsk) eklenerek toplam derleme kapasitesi (Qkom) hesaplanır.

Şekil-7: Kombine Ağızlık Hesap Unsurları

Kombine ağızlık hesaplarında aşağıdaki adımlar izlenir (Brown vd. 1996, Nicklow 2004):

Adım-1: Arkta G0 su yüzü genişliğinde akmakta olan Q0 ark debisinin tamamını derlemek için gereken bordür altı ağızlık uzunluğu L0 (14) den, RAk ağızlık verimi (16) dan, bordür altı ağızlık ile derlenebilen debi (QA,k) ise (17) den hesaplanır.

Adım-2: Arkta, tabandan alışlı ağızlık memba ucunda kalan AkQQQ 0'0 debisine karşı

gelen G su yüzü genişliği üniform enkesit halinde (7) eşitliğinin ters çözümünden; kompozit enkesit halinde ise (2), (3) ve (5) eşitliklerinin iteratif çözümünden hesaplanır.

Adım-3: Arkta G genişliğe karşı gelen ıslak alan ( '0A ) ve ortalama akış hızı ( '

0V ) hesaplanır. Tabandan alışlı ağızlıkta kullanılan ızgara tipi ve Ls ağızlık boyuna bağlı olarak Şekil-5’den Vk sıçrama hızı alınarak '

0V hızı ile karşılaştırılır. '0V <Vk ise tabandan alışlı ağızlığın önsel

derleme verimi Rw =1 alınır; aksi halde (yani, '0V >Vk ise) önsel derleme verimi (10) dan

hesaplanır. Adım-4: Tabandan alışlı ağızlığın memba ucundaki yeni su yüzü genişliği (G) esas alınarak, ağızlık girişindeki önsel debi paylaşım oranı (Cw) kompozit enkesitte (3) den, üniform

G

G

LL

B/2

W

BordürBordür

Su yüzü yayılma sınırı

Yol ekseni

Qo

QA,k

Q - Q - QAk sko

o

A

sLAk


enkesitte (8) den hesaplanır. Tabandan alışlı ağızlığın Rp yanal derleme verimi (11) den, bu ağızlığın derleyebildiği toplam debi (Qsk) ise (12) den hesaplanır.

Adım-5: Bordür altı ağızlıkla derlenen AkQ debisine, tabandan alışlı ağızlıkla derlenen skQ

debisi ilave edilerek kombine ağızlık kapasitesi bulunur:

skAkkom QQQ (19)

Ls << LA olduğu sürece yukarıdaki hesaplamalarda bordür altı ağızlık kapasitesi hesaplanırken LAk = LA - Ls yerine LA uzunluğu da kullanılabilir. Çünkü bordür altı ağızlığın tabandan alışlı ağızlık ile çakışan Ls kadar bölümünden derlenebilen debi oldukça küçüktür.

ÖRNEK-6: İnişte Kombine Ağızlık Kapasitesi (Üniform Enkesitli Cadde Arkı)

B = 8.0m, m = 0.03, n = 0.016, s = 0.035 özelliklerine sahip, üniform enkesitli bir cadde arkında Q0= 0.150 m3/s debi akmaktadır. LA=3.5m uzunluğundaki bordür altı ağızlık mansabına W=Ls=0.6m boyutlarında P-50x100 tipi ızgara ile donatılmış tabandan alışlı bir ağızlık girişimli olarak yerleştirilmiş olsun. Bu kombinasyon ile arktan derlenebilen toplam debiyi hesaplayalım.

(14) den:

mL 2.13)]03.0(016.0[

)035.0()15.0(817.0

6.0

3.042.0

0

L0 =3.5m, LAk = L0 – W = 3.5 – 0.6 = 2.9m için (16) dan:

RA = 1 – (1 – 2.9/3.5)1.8 = 0.36

Bordür altı ağızlıkla derlenebilen debi (17) den:

QAk = 0.36 (0.150) = 0.054 m3/s

Cadde arkında tabandan alışlı ağızlığın memba ucunda kalan debi:

smQQQ Ak /096.0054.0150.0 30

'0

olup, cadde arkında bu debiye karşı gelen G su yüzü genişliği (7) eşitliğinin ters çözümünden:

mG 14.2

)03.0(016.0035.0

83

096.0

8/3

3/5

Islak alan ve ortalama akış hızı:

222'0 068.02/)14.2(03.02/ mmGA

smAQV /044.1068.0/096.0/ '0

'0

'0


bulunur. Ls = 0.6m, P-50x100 tipi ızgara için Şekil-5’den smVk /4.1 okunur. kVV '0

olduğundan, tabandan alışlı ağızlığın önsel derleme oranı Rw = 1 olur.

W=0.6m, G=2.14m, m2/m=1 için (8) den:

585.0)14.2/6.01(1)/1(1 3/83/8 GWCw

Tabandan alışlı ağızlığın yanal derleme oranı (11) den:

058.0)6.0(03.0)4.1(0828.0

11

3.2

8.1

pR

Tabandan alışlı ağızlıkla derlenebilen debi (12) den:

Qsk = [RwCw + (1 – Cw)Rp] '0Q = [1.00(0.585) + (1-0.585)0.058]0.096 = 0.059m3/s

Öngörülen ağızlık kombinasyonunun derleyebildiği toplam debi ise (19) dan:

Qkom = QAk + Qsk = 0.054 + 0.059 = 0.113m3/s

bulunur.

GÖRÜŞ VE ÖNERİLER

Ülkemizde yağmursuyu-drenaj sorunu ne yazık ki yıllardır ihmal edilmiştir. Hızlı ve çarpık kentleşme yüzünden bu sorun giderek büyümektedir. Yerel yönetimler, teknik, ekonomik ve sosyal maliyeti korkutucu boyutlara ulaşan bu sorunu köklü biçimde çözmeye cesaret edememektedirler. Bunun yerine, birçok kentimizde yağmursuları ya doğrudan ayrık sistemde inşa edilmiş atıksu şebekesine bağlanmakta, ya da yararları kadar çeşitli mahzurları da olan ızgaralı kanallar ile derlenip uzaklaştırılmaya çalışılmaktadır.

Cadde ağızlıkları temelde yol üst yapısının yüzeysel drenajını sağlayan yapılardır. Dolayısıyla, imar parsellerinden gelen yağmur sularının ağızlık rögarlarına değil, parsel içi rögarlar aracılığı ile doğrudan yağmursuyu mecralarına veya muayene bacalarına bağlanması gerekir. Pik yağmursuyu debileri atıksu debilerinin yüzlerce, hatta binlerce katıdır. Bu nedenle, kentsel bölgelerde yağmursularını, sadece atıksu debilerine göre inşa edilmiş atıksu kanallarına gelişigüzel bağlamak teknik açıdan son derece sakıncalıdır. Atıksu kanallarında biriken katı maddeleri temizleme dışında bu çözümün yararından çok zararı vardır. Bu günübirlik çözüm, atıksu mecralarının basınçlı çalışmasına, atık suların baca kapaklarından sokaklara yayılmasına, bodrum katlarda su baskınlarına, özellikle küçük çaplı mecraların kum, çakıl, yaprak, dal parçaları, kâğıt, naylon torba gibi malzemelerle tıkanmasına yol açmaktadır. Ayrıca, genellikle yerel yönetimlerce kent içi yollara yerleştirilen cadde ağızlıklarının konumlandırma, ızgara çubuklarının yönü, kapasite, bağlantı standartları vb açılardan da uygun olmadığı gözlemlenmektedir.

Öte yandan, yerel yönetimlerce birçok büyük kentimizde uygulanan ızgaralı yağmursuyu kanalları hidrolojik, hidrolik ve imalat teknikleri bakımından henüz belli standartlara oturtulamamış yapılardır. Bu tür kanalların kent içi ulaşım ağındaki konumları, hidrolik


kapasiteleri, derleme verimleri, yaya ve taşıt trafiği üzerindeki olumsuz etkileri sürekli tartışılmaktadır. Ayrıca, pek çok kent içi yolun geometrik özellikleri (boyuna ve enine eğimler, kavşak özellikleri, yaya kaldırımları vb gibi) yağmur sularının bu tür kanallarla derlenmesine elverişli değildir.

Yer ve zaman darlığı nedeniyle bu bildiride yağmursuyu-drenaj sistemlerinin ve cadde ağızlıklarının hidrolojik tasarımı konularına girilememiştir. Kentsel bölgelerdeki yağmursuyu-drenajı sorununun köklü biçimde çözülebilmesi için her şeyden önce, bölge için bir yağmursuyu-drenaj sistemi projelendirilip inşa edilmelidir. Basit hidrolojik ve hidrolik ilkelere dayanmakla birlikte, yağmursuyu-drenaj sistemlerinin tasarımı kentsel bölge ile ilgili pek çok bilginin derlenmesini ve tasarım sırasında dikkatle kullanılmasını gerektirir. Kentsel bölgenin imar durumu, topoğrafyası, ulaşım ve diğer altyapı tesisleri, boşaltım olanakları hakkında sağlıklı ve gerçekçi verilere dayanmayan yağmursuyu-drenaj sistemlerinden beklenen verim alınamaz. Bu sistemin doğru ve verimli çalışabilmesi için öncelikle kent içi yol, kavşak, yaya kaldırımı, bisiklet yolu, vb gibi ulaşım yapılarının standartlara uygun olması sağlanmalıdır.

Araç trafiğinin yoğun ve hızlı (V>50 km/saat) olduğu yollarda arktaki su yüzeyi genişliği (G0) mümkün olduğunca küçük tutulmalıdır. Düşük boyuna eğimli yollarda tabandan alışlı ağızlıklar çevresi çukurlaştırılmış biçimde yapılmalı; gerektiğinde memba tarafında bordür altı bir ağızlıklarla takviye edilmelidir. Tabandan alışlı ağızlıklarda ızgara takımı, çubuklar mutlaka bordüre paralel olacak şekilde kullanılmalıdır. Aksi halde, hem ağızlığın kapasitesi azalır, hem de sıkça tıkanır. Bisiklet, motosiklet ve yayalara zarar vermemesi için ızgara çubukları arasındaki boşluklar 2.5cm den fazla olamamalıdır. Ülkemizdeki birçok kente olduğu gibi, araç trafiğinin bordüre çok yakın olduğu (hatta araçların kenarına park ettiği) yollarda deflektörlü (saptırıcı metal plaklı) ağızlıklar kullanılmalı; mümkünse kombine (klasik + bordür altı) ağızlıklar tertiplenmelidir.

Çok düşük eğimli yollarda ve çanak bölgelerinde ağızlık çevresinde çukurlaştırma yapılarak yağmur suları ağızlığa doğru yönlendirilmeli; bordür altı veya kombine (birleşik) ağızlıklar kullanılmalıdır. Böyle yollarda tıkanma riski yüksek olduğundan, hesaplanan ağızlık kapasitelerinden %10 ila %30 mertebesinde indirim yapılmalıdır.

Yol ve kavşakların kritik noktalarına herhangi bir hesaba dayanmayan (konstrüktif) ağızlıklar yerleştirilmelidir. Cadde ağızlıkları mutlaka su toplama alanı, cadde arkı ve ağızlık özelliklerine bağlı olarak hesaplanan aralıklarla yerleştirilmelidir. Tabandan ve/veya bordür altından alışlı ağızlıklar, yoldaki akış yönüne bağlı olarak yaya geçidini su basmayacak şekilde (yaya geçidinin memba tarafında) tertiplenmelidir. Kavşaklarda köşe noktalarına asla tabandan alışlı ağızlık konmamalıdır. Cadde ağızlıklarından rögara alınan yağmur suları asgari 200mm çaplı, %1-%2 eğimli, beton veya PVC borularla muayene bacalarına bağlanmalıdır.


KAYNAKLAR Bilici, A. (2012): Kentsel Yağmursuyu-Drenaj Sistemlerinde Su Alma Ağızlığı (Izgaralı Rögar) Tasarımı. DEÜ Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Bölümü Bitirme Projesi (Yön: E. Benzeden), İzmir. Brown, S.A.; Stein, S.M.; Warner, J. C. (1996): Urban Design Manual, No:22, FHWA-96-078, Federal Highway Adm. , U.S. Dept. of Transportation, Washington DC. Fair, G.M.; Geyer, J.C.; Okun, D.A. (1966): Water and Wastewater Engineering, Vol.1: Water supply and Wastewater Removal, John Wiley and Sons, New York. Harmandar, İ. (2012): Türkiye’de Kullanılan Yağmursuyu Ağızlığı (Izgaralı Rögar) Türleri, Kapasite Tahkiki ve Etkin Tasarım İlkeleri. DEÜ Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Bölümü Bitirme Projesi (Yön: E. Benzeden), İzmir.

Mays, L.W. (2004): Stormwater Collection Systems Design Handbook. McGraw-Hill. Muslu, Y. (1993): Hidroloji ve Meskun Bölge Drenajı. İTÜ yayınları, İstanbul. Nicklow, J.W. (2004): Design of Stormwater Inlets. Chapter 5 in “Stormwater Collection Systems Design Handbook (Ed.: L.W. Mays)”, McGraw-Hill, NewYork. Öziş, Ü. (1983): Su Yapıları. DEU Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir. Sonuç, T. (1977): Karayolları Tekniği: Sanat Yapıları-Heyelanlar-Bakım ve İki Şeritli Yol Projesi, Cilt 3, Sermet Matbaası, İstanbul. Yayla, N. (2013): Karayolu Mühendisliği. Birsen Yayınevi, İstanbul.


Su Yapılarının Projelendirilmesinde Jeotekniğin Önemi ve Çarpıcı Örnekler

Dr. Erdal Şekercioğlu

Ensu Mühendislik ve Müşavirlik Ltd. Şti. Harbiye Mah. Şehit Alaattin Saraç Yakupoğlu Sok. No:53/6 Dikmen-Ankara

Tel: 0312 4797411 [email protected]

Öz

Su yapılarının projelendirilmesi ve inşaatında jeoteknik çalışmalar ve elde edilen verilerin değerlendirilmesi oldukça önemli olup bu durumun aksaması halinde önemli sorunlar yaşanmaktadır. Bu çalışmada yurdumuzda ve diğer ülkelerde su yapılarının inşaatı sırasında veya sonrasında yaşanan problemler, nedenleri ve uygulanan çözüm yöntemleri anlatılmaktadır. Dünyada bu konudaki olumsuz örneklerin başlıcalarını, Amerikadaki Teton Barajı ile İtalyadaki Vajont barajı oluşturmaktadır. Bu iki barajda da proje aşamasında elde edilen veriler yeterince dikkate alınmamış ve tüm dünyaca bilinen yıkılma olayları yaşanmıştır. Yurdumuzda ise yıkılan bir baraj yoktur. Ancak jeolojik nedenlere bağlı olarak gelişen büyük su kaçakları olmuştur. Keban Barajı ile May Barajı bu konudaki en önemli örnekleri oluşturmaktadır.

Anahtar Sözcükler: Geçirimlilik, Enjeksiyon perdesi, Karstlaşma, Borulanma, Heyelan,

Giriş

eoloji biliminin mühendislik işlerinde söz sahibi oluşu bütün dünyada yeni olmakla birlikte yurdumuzda çok daha kısa bir tarihe sahiptir.

Mühendislik jeolojisi, mühendislik biliminin ana bilim dallarından bir tanesini oluşturur. Bu bilim dalında özellikle son 50-60 yıl içinde büyük gelişmeler kaydedilmiştir. Artık kayaç tanımlamaları uluslararasında standartlaşmış parametreler ve simgelerle belirtilmektedir. Böylece bir proje üzerinde çalışan jeoloji mühendisi ile inşaat mühendisi birbirini daha iyi anlayabilmekte ve başarılı projeler geliştirmektedir.

Bu nedenle bir jeoloji mühendisinin herhangi bir su yapısının projelendirilmesinde ne tür araştırmalar yapacağını, inşaat mühendisinin de jeoloji mühendisinin elde ettiği bilgileri ne şekilde kullanacağını çok iyi bilmesi gerekir. Özet olarak ani konuda çalışan iki meslek üyesinin birbirlerinin dilini anlaması ve diğer meslek hakkında az da olsa temel bilgilere sahip olması gerekir.

Geçmişte jeolojik etütler daha çok başarısızlıkla sonuçlanan mühendislik yapılarının onarılması ve tartışılması amacı ile yapılırdı. Ancak zaman içinde yaşanan tecrübeler jeolojik etütlerin, projenin başlangıcında ilk adım olarak yapılması gereken bir iş olduğunu ortaya çıkarmıştır.


Barajcılığın tarihçesi incelendiğinde ortaya çıkan olumsuzlukların temelinde jeolojik etüt eksikliğinin veya belirlenen jeolojik özelliklerin gerektiği şekilde dikkate alınmadığının bulunduğu görülür. Bu konuda ne yazık ki dünyada olduğu gibi yurdumuzda da bazı kötü örnekler bulunmaktadır.

Sorunların Başlıca Nedenleri

Su yapısı inşaatlarında ortaya çıkan sorunlar incelendiğinde başlıca sebeplerin,

-Proje çalışmaları sırasında gerekli jeolojik ve jeoteknik çalışmaların gerektiği şekilde yapılmaması veya eksik yapılması, -Yapılan çalışmalardan elde edilen verilerin yeterince değerlendirilmemesi veya dikkate alınmaması, -İnşaat sırasında ortaya çıkan beklenmiyen jeolojik koşullara uygun önlemlerin alınmaması,

olduğu görülmektedir.

Yurt içinde ve yurt dışında bu konuya olumlu veya olumsuz yönleri ile örnek olabilecek çok sayıda proje bulunmaktadır. Yurdumuzda yıkılan bir baraj olmamıştır. Sadece yapım sırasında veya sonrasında, su kaçakları, şev sorunları, yeraltı kazılarında göçükler gibi olumsuzluklar yaşanmıştır. Ancak gölet olarak adlandırılan küçük barajlardan bir kaçının yıkıldığı da bilinmektedir.

Geçmişteki olayların iyi incelenmesi ve unutulmaması, günümüzde ve gelecekte benzer hataların tekrarlanmasını önler. Bu nedenle, ortaya çıkan sorunların saklanması yerine teknik düzeyde tartışılması son derece yararlıdır. Örneğin, Vajont ve Teton barajlarının sorunlarıyla ilgili olarak tüm dünyada geniş ve ayrıntılı yayınlar yapılmıştır.

Yurt Dışında Yaşanan Örnekler

Dünya literatürüne de geçmiş bu örnekler arasında çok güç jeoteknik koşullara rağmen başarı ile inşa edilen Aswan Barajı ile yapımından hemen sonra yıkılan Teton ve Vajont Barajları ön sıralarda yer almaktadır.

Aswan Barajı

Dünyanın büyük nehirleri arasında yer alan Nil Nehri üzerinde inşa edilmiştir. Talvegden 111m yüksekliğinde ve kaya dolgu tipindedir. (Foto-1.)

1960 yılında inşaatına başlanmış ve 1968 yılında tamamlanmıştır. İnşa edildiği yıllarda o güne kadar yapılan en büyük projeler arasında kabul edilen Aswan Barajı ile ilgili olarak geniş çapta jeoteknik araştırmalar yapılmıştır. Bu araştırmalar ile baraj yerini oluşturan kayaçların litolojik ve fiziksel yapıları incelenmiş, baraj yerinin geçirimlilik ve duraylılık özellikleri ortaya çıkarılmıştır.

İlk etütler sırasında nehir yatağında sığ bir alüvyondan sonra ana kayayı oluşturan granitlerin yeraldığı düşünülmüş, ancak sondaj çalışmaları sonrasında temel kaya olan granitlerin 225m aşağıda olduğu, bunun üzerinde kil, silt ve çakıl merceklerinden oluşan 125m kalınlığında alüvyon ile altında sert-yarı sert killerin ardalanmasından oluşan 100m kalınlığında sedimanterlerin bulunduğu ortaya çıkmıştır.

Temelinde bu kadar kalın ve geçirimli özellikte alüvyon bulunan Aswan barajında alttan olabilecek sızmaları ve içsel aşınmaları önlemek amacı ile tüm alüvyonu ve sedimanter


birimleri katederek alttaki nisbeten geçirimsiz ana kayaya kadar uzanan düşey bir enjeksiyon perdesi ile menbaya doğru uzanan yatay bir kil blanket yapılmasına karar verilmiştir.

Foto-1. Nil Nehri üzerinde inşa edilmiş olan Aswan Barajı

Enjeksiyon işlemlerine başlamadan önce baraj yerinde deneme enjeksiyonları yapılmıştır. Deneyler sonucunda enjeksiyondan önce iri kumlarda 2,5x10-2cm/sn olan geçirimlilik değerinin 2,3x10-4cm/sn, ince kumlarda ise 6,1x10-3cm/sn olan geçirimlilik değerinin 3,6x10-4cm/sn, ye ulaştığı belirlenmiştir.

1968 yılında tamamlanmış bulunan Aswan Barajının altındaki 255m derinliğindeki enjeksiyon perdesi o güne kadar projelendirilen en derin perde olarak bilinmektedir.

Enjeksiyon perdesi üstten (+55m) kotuna kadar 40m genişliğinde, (+55)-(+10m) kotları arasında 30m, (+10)-(-40m) kotları arasında 20m, (-40)-(-140m) kotları arasında ise 5m genişliğinde olmak üzere aşağıya doğru incelen teleskopik bir şekilde projelendirilmiştir. Enjeksiyon deliklerinin sıraları arasındaki uzaklık 5m olup en üst kısımda 8 sıra enjeksiyon deliği bulunmaktadır. (Kyn:5)

Aswan Barajının gövde dolgu hacmi 42,7 milyon m3 dür. Bu kadar büyük hacimli bir gövde çok kalın ve geçirimli bir alüvyon üzerine oturtulmuş ve projede gereken önlemler alınarak barajın geçirimsizliği ve duraylılığı sağlanmıştır. Baraj 1970 yılından beri sulama ve enerji sektöründe başarı ile hizmet vermektedir.

Teton Barajı

ABD’nin İdaho Eyaletinde Bureau of Reclamation tarafından projelendirilmiştir. Talvegden yüksekliği 93m, dolgu hacmi 7,65 milyon m3 olup toprak ve kaya dolgu tipindedir.

Teton baraj yerinde her iki yakayı riyolitler oluşturmaktadır. Etüt çalışmaları sırasında açılan sondajlarda ana kayada büyük su kayıpları ile karşılaşılmış, kayadaki çatlak ve boşluklar nedeni ile özellikle yüzeye yakın kısımların çok geçirimli olduğu belirlenmiştir.


Elde edilen bu verilere dayanarak barajın geçirimsizliğini sağlamak amacı ile talvegde yer alan 30m kalınlığındaki alüvyon kaldırılmış ve tüm aks boyunca bir enjeksiyon perdesi oluşturulmuştur. Enjeksiyon perdesinin derinliği dolusavak altında 94m, diğer yerlerde ise 78m dir. 3m aralıklı, 3 sıra halinde oluşturulmuştur. (Kyn:5)

Foto-2. Teton barajının yıkılışı

İnşaatın tamamlanmasından kısa bir süre sonra 5 Haziran 1976 tarihinde göl seviyesi dolusavak eşiğinden 1m aşağıda iken 2 saat gibi kısa bir süre içerisinde baraj yıkılmış ve gövde dolgusunun %40’ı rezervuardaki 310 milyon m3 su ile birlikte sürüklenmiştir. (Foto-2.)

Bu olay sonucunda 14 kişi hayatını kaybetmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda yapılan enjeksiyonların gereken geçirimsizliği sağlayamadığı, enjeksiyon perdesinin arasından sızan suyun gövde dolgusu içinde borulanmaya neden olduğu ve sızan su ile aşınan malzemenin taşınması sonucunda barajın yıkıldığı sonucuna varılmıştır.

Araştırmacılar hazırladıkları raporda, barajın projelendirilmesinde Bureau of Reclamation tarafından hazırlanmış olan projede baraj yerindeki güç jeolojik koşulların yeterince dikkate alınmadığını vurgulamışlardır.

Vajont Barajı

1960 yılında İtalyanın kuzeyinde Vajont şehri yakınlarında dar bir vadi içerisinde, elektrik üretim ve dağıtım hizmeti veren Adriyatik Enerji Anonim Şirketi tarafından inşa edilmiştir. Barajın temelden yüksekliği 262m olup, beton kemer baraj tipinde inşa edilmiştir. Gövde hacmi 360 000m3 dür.

Baraj yerinde ana kaya yer yer ince kil ara tabakalı kireçtaşlarından oluşmaktadır. Baraj inşaatı devam ederken göl alanında sol yamaçta büyük bir heyelan olmuş ve yaklaşık 0,7 milyon m3 malzeme göl alanına dolmuştur. (Foto-3.) Yapılan incelemeler sonucunda göl alanında heyelan potansiyelinin devam ettiği belirlenmiş ve işletme sırasında herhangi bir heyelan olması durumunda suyun emniyete alınması amacı ile baraj gövdesinin menbası ile mansabı arasında 2km uzunluğunda 4,5m çapında bir tünel inşa edilmiştir.

Barajın işletmeye açılmasında 3 sene sonra 9 Ekim 1963 tarihinde sol yamaçtan göl alanına birdenbire inen 250 milyon m3 hacimli heyelan, oluşturduğu tsunami dalgaları ile


baraj gölünün taşmasına neden olmuştur. 50 milyon m3 hacmindeki su 250 m yüksekliğinde dalgalar oluşturarak barajın üzerinden aşmıştır. Baraj yıkılmamış, ancak dalgalar, akış aşağıdaki 3 köyü su altında bırakmış ve 2600 kişinin ölümüne neden olmuştur. (Kyn:3)

Foto-3. Vajont Barajı göl alanında oluşan heyelan

Yurdumuzdan Örnekler

May Barajı

Konya İli sınırları içerisinde May Çayı üzerinde sulama ve taşkın koruma amacı ile 1957-1960 yılları arasında inşa edilmiştir. Toprak dolgu tipinde olup gövde dolgu hacmi 273 000m3 dür.

Foto-4. Hiçbir zaman su tutamayan May Barajı


May Barajının aks yeri ve rezervuarı karstik kireçtaşları üzerinde yer almaktadır. Barajın projelendirilmesi sırasında karstik kireçtaşları üzerindeki yaklaşık 20m kalınlığındaki yarı geçirimli sedimanterlerin geçirimsizliği sağlayabileceği düşünülmüş, ancak barajda su tutulmaya başlandığında rezervuarda düdenler oluşmuş ve su tutulamamıştır. Bu konuda yapılan iyileştirme çalışmaları başarılı olmamıştır. (Foto-4.)

Baraj halen taşkın zamanı gelen suları tutmakta ve sızan sular baraj mansabında yeraltı suyu seviyesinin yükselmesine yaramaktadır. Bu bölgede açılan çok sayıdaki su sondajı ile sulama yapılabilmektedir.

Keban Barajı

Elazığ İli Keban İlçesi yakınında Fırat Nehri üzerinde 1965-1974 tarihleri arasında inşa edilmiştir. Talvegden yüksekliği 210m olup 16 679 000m3 hacimli, beton ağırlık+kaya dolgu tipindedir. (Foto-5.)

Foto-5. Keban Barajı

Baraj yerinde anakaya kireçtaşlarından oluşmaktadır. İnşa edildiği yıllardaki teknik olanakların yetersizliği nedeniyle yeterince araştırma yapılamadan inşaatına başlanmış olan Keban Barajında temel ve derivasyon tüneli kazıları sırasında beklenenden daha büyük boyutlu mağaralarla karşılaşılmıştır. Bu durum, baraj tipi ve şeklinin değişmesine, maliyetin artmasına ve yapım süresinin uzamasına neden olmuştur. (Kyn:4)

Keban Barajı ile ilgili jeolojik araştırmalar 1954 yılında yapılmıştır. Bu tarihlerde bölgenin karstik olduğu ve kireçtaşları içerisinde değişik şekil ve boyutlarda mağaraların bulunduğu saptanmıştır. O günün teknik olanakları içinde yapılan bu araştırmalar yeteri kadar derinleştirilememiş ve ancak yüzeyden 80-100m derinliklerdeki karst şekilleri hakkında bilgi edinilebilmiştir.

Daha sonra 1967 yılından sonra inşaat başladığında, derivasyon tünellerinin açılışı ve vadi tabanında yapılan kazılarda karstlaşmanın daha derin ve büyük boyutlu olduğu tespit edilmiştir. Bunun üzerine projede değişiklik yapılmış ve gövde uzunluğunun 601m sinin kaya dolgu, 524 m sinin kırık eksenli beton ağırlık tipinde yapılması uygun görülmüştür.


4 Kasım 1973 yılında barajda su tutulmaya başlanmıştır. 11 Mayıs 1976 tarihinde göl seviyesi 841,61m seviyesine ulaştığında, baraj aksından 200 m membada, sol sahilde vorteks meydana gelmiştir. Vorteksten kaçan sular barajın sol yamacına 2 km uzaklıktan geçen Keban deresi içerisinde 23m3 debiye sahip kaynaklar ve şelaleler oluşturmuştur. (Foto-6.)

Foto-6. Keban Barajından kaçan suların Keban deresi içinden çıkış noktaları

Bunun üzerine dolusavak kapakları açılarak göl seviyesi düşürülmüş ve 836 m kotunda, derinlere inen bir mağara ağzı ile karşılaşılmıştır. İlk aşamada sondajlı araştırmalar yapılarak mağaranın boyutları ve yayılımı tespit edilmiş, daha sonra yüzeyden bir şaft açılarak mağara içine girilmiştir. Yapılan incelemelerde yüzeyden 48,50m derinde yaklaşık 600 000m3 hacminde yarıya kadar su ile dolu bir mağara tespit edilmiştir. (Kyn:1)

Mağara kum, çakıl ve kaya malzeme ile doldurulduktan sonra 1yıl beklenerek malzemenin sıkışması ve oturması sağlanmıştır. Daha sonra dolgunun üst seviyeleri enjeksiyon yapılarak sağlamlaştırılmış ve sol sahilde beton barajdan başlayarak 450 m menbaya doğru 825m ile 845m kotları arasındaki yamaç 17 000 m3’lük betonla kaplanmıştır.

Yapılan çalışmalar sonucunda Keban deresindeki 23m3 debiye sahip kaçaklar 11m3 e düşürülmüştür. Bu su, yapılan bir hidroelektrik santrali yardımı ile enerji üretiminde kullanılmaktadır.

Keban Barajında yaşanan bu olaylar ışığında, Atatürk ve Oymapınar Barajlarında daha titiz ve detaylı çalışılmış ve çok başarılı sonuçlar alınmıştır.

Oymapınar Barajı Antalya'da, Manavgat Nehri üzerinde, elektrik enerjisi üretimi amacı ile 1977-

1984 yılları arasında inşa edilmiştir. (Foto-7.) Beton kemer tipi olan barajın gövde hacmi 575 000 m3, talvegden yüksekliği 185 m, normal su kotunda göl hacmi 300,00 hm3, göl alanı 4,70 km2' dir.


Oymapınar projesinin oldukça karmaşık olan jeolojik ve jeoteknik sorunlarını belirlemek amacıyla 1963-1976 yılları arasında yerüstü ve yeraltı araştırmaları yapılmıştır.

Foto-7. Oymapınar Barajının inşa edildiği yerdeki kireçtaşları

Baraj yeri ve yakın çevresindeki karstik yapılı ve geçirimli kireçtaşları ile (Foto-7), bu birim içinden çıkan ve dünyada tek kaynaktan boşalan en büyük debiye sahip olan Dumanlı kaynağı ilk görünüşte proje açısından olumsuz görüntü yaratmıştır. (Foto-8.) Baraj tamamlandığında 90m su altında kalacak olan Dumanlı kaynağının barajda su tutulduğunda oluşacak basınç nedeni ile başka yollara kaçacağı ve barajın hidrolojisini olumsuz yönde etkileyeceği düşünülmüştür.

Foto-8. Oymapınar Barajında su tutulduktan sonra 90m su altında kalan Dumanlı Kaynağı


Oymapınar projesinin teknik yapılırlığı ile ilgili ilk rapor 1967 yılında Energoprojekt (Yugoslav) firması tarafından hazırlanmıştır. Daha sonra Oymapınar projesi yapılırlık ve kati proje İncelemesi 30.4.1968 tarihinde EİE tarafından Fransız Coyne et Bellier firmasına ihale edilmiş, yapılırlık ve kati proje çalışmaları 1968-1969 yıllarında bu firma tarafından yapılmıştır. (Kyn:6)

Firma, olasılıklı kaçak yollarını incelemiş ve göl alanı batı yakasından su kaçakları olacağını belirterek bu bölgede kısmen veya tamamen enjeksiyon perdesi yapılmasının uygun olacağını savunmuş, bunun yapım zamanı hakkındaki kararı DSİ Genel Müdürlüğüne bırakmıştır.

Coyne et Bellier Firması tarafından batı yakasında geçirimsizliği sağlamak amacı ile yapılması önerilen Tilkiler Perdesi, karstik kireçtaşları içerisinde açılacak 2km uzunluğundaki galeri içinden yapılacak ve 400 000m2 lik alanı kapsayacak 145m derinliğindeki enjeksiyon perdesinden oluşmaktadır. (Kyn:8)

24.4.1972 tarihinde DSİ ile EİE arasında «Manavgat-Oymapınar Projesi temel araştırmalarına ait sözleşme» aktedilmiştir. Bu tarihten itibaren araştırmaların verilmesinde DSİ son söz sahibi olmuştur. Göl alanı batı yakasındaki kaçak sorunu projenin diğer mühendislik jeolojisi sorunları içerisinde kuşkusuz en önemli olanıdır. Bu konu üzerinde çalışmaya başlayan Türk Jeoloji mühendisleri tarafından sorunun çözümü için toplam 450 000 metre uzunluğunda 495 adet jeoelektrik sondajı yapılmış, 11130 metre uzunluğunda 52 adet karotlu temel sondajı açılmış ile bölgesel boya deneyleri yapılmıştır. (Kyn:7)

Bütün bu bilimsel ve jeoteknik veriler, bent ve göl alanındaki mühendislik jeolojisi sorunlarına çözüm bulmada temel olarak kullanılmış ve yapılan değerlendirmeler sonucunda göl alanı batı yakasından bir kaçağın beklenemeyeceği kesinlikle ortaya çıkarılmış ve 23 Mart 1976 tarihinde DSİ Genel Müdürlüğü tarafından, Tilkiler Enjeksiyon perdesine gerek olmadığı karar altına alınmıştır. (Kyn:2)

Foto-9. 1984 yılından beri başarı ile işletilmekte Oymapınar Barajı


Bir mühendislik harikası olan Oymapınar Barajı inşaatının tamamlandığı 1984 yılından beri işletilmekte olup herhangi bir su kaçağı oluşmamıştır. (Foto-9)

Baraj 540 MW güç kapasiteli HES (hidroelektrik santral) ile yılda 1620 GWh elektrik enerjisi üretimi sağlamaktadır.

Yararlanılan Kaynaklar

1. AKLAN, T. Keban baraj yerinde su kaçakları ile ilgili çalışmalar, DSİ. 1976 2. ALTUĞ, S, Manavgat - Oymapınar Bendi Göl Alanı Batı Yakası Geçirimsizlik İncelemesi 3. BOZKURT, S. Vajont barajı trajedisi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, Antalya Bülten, sayı 68, 2013 4. ERGUVANLI, K. YÜZER, E. Keban Barajı Temellerinde ve Dolayındaki Karstlaşmanın Etkileri, İnşaat Mühendisleri Odası 6. Teknik Kongresi, 1976 5. ŞEKERCİOĞLU, E. Su Yapılarının Projelendirilmesinde Jeotekniğin Önemi, DSİ Bülteni,1990 6. Oymapınar Dam and Reservoir Feasibility Study Watertightness of the Reservoir. Energoprojekt Engineering Consulting-Co, Beograd - Yugoslavia Volume 1, EİE, 1967. 7. Manavgat- Oymapınar Baraj ve Hidroelektrik Santralı Projesi Etüd ve Temel Araştırmaları raporu, EİE, 1968. 8. Oymapınar dam. Second final report Coyne et Beliler, Paris, EİE, 1969,


Özelleştirme ile Hidroelektrik Santral (HES) Ölçütleri İlişkisi

Necat Özgür Uzman, Tabiat Varlıklarını Koruma Genel Müdürlüğü, Ankara

Tel: (312) 222 12 34 E-Posta: [email protected]

Öz

Türkiye’de hidroelektrik enerji üretimi, sürecin ekonomikleştirilmesi asıl gerekçe gösterilerek 2002 yılında özelleştirilmiştir. Çoğunluğunu, Özelleştirme öncesi Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ) yüklenicilerinin oluşturduğu girişimciler, yapım aşamasında bağımsız ya da kamusal kalite teminatı/kontrolü (QA/QC) sürecini de değiştirme doğrultusunda çaba göstermektedir. Maliyetleri düşürmeye dayalı bu anlayış, özelleştirilmiş hidroelektriğin hızla hazırlanmış ama son derecede zayıf kalan mevzuatına da yansımıştır. Bir yeni yasa yatırımcıya, kendi tutacağı bir danışmanlık kuruluşuna inşaat denetimini yaptırma yetkisi vermektedir. Yatırımcıları, denetim şirketleri de kurma konusunda esinlendiren bu kanun maddesi Anayasa Mahkemesi tarafından, Anayasanın öngörmüş olduğu kamusal denetim yetkisinin özel kişiler tarafından kullanılamayacağı gerekçesiyle iptal edilmiştir. Denetim konusunda yeni bir yasal altyapı çok kısa bir süre önce yeniden hazırlanmıştır. Esasen DSİ bu görevi, eskiden gelen yetkisiyle sürdürmekle görevlidir. Önceki dönemde teknik açıdan uzak durulan ve risk içeren unsurlar, Özelleştirme sonrası HES yapılabilirlik ve tasarım aşamalarında yatırımın sistematiğine dâhil edilmektedir. Tasarım-yapım kusurlarından kaynaklanabilecek olası tehditlere karşı ‘tüm-riskler sigortası’ yatırımcılar tarafından, güvenlikleri için yeterli bir araç olarak kabul edilir. Bu anlayışın olumsuz sonuçları ne yazık ki işletmede ortaya çıkmaktadır. Ne var ki, inşaat aşamasındaki çok sayıda HES hasarından sonra mahkemeler, gerekçeleri mühendislik kusurları olan sigorta tazminatlarının geri ödenmesi davalarıyla meşguldür. Sigorta şirketleri de artık poliçeleri yapmadan önce risk değerlendirme çalışmaları başlatmaktadır. Bildiride, işletme güvenliğine aykırı uygulamalara ilişkin örnekler irdelenmekte, bir enerji barajı faciası da ele alınmaktadır. Uygulama ve kalite teminatı kurallarının Yürütme Erki tarafından belirlenmesi, aslında özelleştirmenin esasları arasındadır. Dünya standardındaki tekniklerin uygulama ve yapım denetiminde kullanımının göz ardı edildiği bir özelleştirme, ülke ekonomisine çok daha büyük maliyetler getirecektir. Anahtar sözcükler: Özelleştirme, Baraj, Hidroelektrik Santral, Kalite teminatı/kontrolü.

Giriş

Özelleştirme Yasası ile birlikte HES sayısında önemli ölçüde artış gözlenmişse de, bunca yıllık uygulamanın sonrasında belirtilen amacın yerine getirilmiş olduğu


kuşkuludur. Üretim ve elektrik tarifelerinin önceki dönemle karşılaştırılmasının sonuçları Kamu için olumlu sonuçlar vermemektedir. (Oğuz, 2011) Poliçe sayılarını artırma şansı buldukları için yeni projelerin hayata geçirilmesinden mutlu olan sigortacılar, herhalde yeni yatırımcılar olan önceki dönemin yüklenicileri tarafından Kamusal denetim altında yapılmış bölgedeki 52 barajın 1999 büyük Marmara depreminde bir hasarla karşılaşmamış olmasına güvenerek, Özelleştirme döneminin denetimsiz HES yapım sürecine başlangıçta hiç itiraz yükseltmemişlerdir. Güvenilir yapıların gerçekleştirilmesi için teknik ölçütler, hedeflenen işlev doğrultusunda emniyet, ekonomi ve estetik sınır koşulları başlıklarının altında sıralanabilir. HES özelleştirme sürecinde, yapılabilirlik çalışması aşamasında bile, bu temel ilkenin küçük çıkarlar düşünülerek askıya alındığına tanıklık edilmiştir. Denetim konusu HES özelleştirmesinde önemsenmemiştir. Yapım ve denetimdeki küresel teknik ayrıntıları göz ardı eden bir hidroelektrik özelleştirmesi, ülke ekonomisi için devlet tarafından işletilen tesislere kıyasla daha da fazla maliyete yol açacaktır. Yapım ya da işletme aşamasında, denetim zafiyeti ile birçok özel HES fiyaskosu sonrasında mahkemeler şimdi sigorta tazminatlarının geri ödenmesi davaları ile meşguldür. (Özgür, 2012) Bu tür olayların çoğalması üzerine sigorta şirketleri artık poliçe vermeden önce risk değerlendirme çalışması yapmaktadır. DSİ yasayla Türkiye’deki HES yatırımlarının yapım uygulaması ve denetimine ilişkin kuralları koymakla görevlendirilmiştir. DSİ yasanın kendisine verdiği bu görev ve yetkiyi, çeşitli HES hasarları yaşandıktan sonra bir yönetmelikle, HES yapımını denetlemek amacıyla kurulacak özel şirketlere devretmiştir. Anayasa Mahkemesinin anayasal bir kamu denetimi yetkisinin özel kişilere kullandırılamayacağı gerekçesiyle bu yasal düzenlemeyi iptal etmesinden sonra denetim şirketlerinin işlemleri 12.05.2015 gün, 29353 sayılı Resmi Gazetede yeniden yayımlanan “Su Yapıları Denetim Hizmetleri Yönetmeliği” ile DSİ onayına bağlanmıştır. Yeni yöntemin tuhaf sonuçlara yol açması ise kaçınılmazdır. HES yatırımcıları hızla kendilerinin görünmediği ama yönetimine egemen oldukları HES Denetim şirketleri kurmaktadır. Yatırımcı ile yapımcının aynı tüzel yapının öğeleri olmasının yanında artık denetimci de bu yapının bir parçası olmaktadır. Özelleştirme Sonrası HES Teknik Ölçütlerindeki Önemli Değişiklikler Türkiye’de HES Yapımı 2002 yılında DSİ görevlerinden çıkarılarak Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu (EPDK) sorumluluğunda ve ilgili yasalar çerçevesinde özelleştirme kapsamına alınmıştır. Teknik ve yönetsel gerekler doğru bir biçimde ele alınmadan başlatılan HES özelleştirme süreci planlama, sözleşme, tasarım, yapım, işletme, kalite denetimi gibi tüm mühendislik aşamalarındaki hatalarla dikkat çekmektedir. Hatalar genellikle Kamu Yatırımı dönemindeki HES deneyiminin ve teknolojik kazanımını küçümsenmesinden kaynaklanmaktadır. Özelleştirilmiş HES yapımında DSİ döneminin temel tasarım ilkelerinin göz ardı edildiği gözlenmektedir. Tasarım ilkelerinin değiştirilmiş olmasının yapım maliyetini düşürücü etkisi söz konusu olsa da risklerin dikkate değer bir biçimde artmış olduğu kuşkusuzdur. İzleyen alt-başlıklarda, DSİ HES dönemi sonrasında hasara yol açan ana


tasarım noktalarına işaret edilmektedir. Tasarım ilkelerindeki tehlikeli değişiklikler burada anlatılanlarla da sınırlı değildir. (Özgür, 2012) Türbin ve Jeneratörler Türkiye’de pek çok HES, yerel su yükü ve işletme uygunluğu nedeniyle, gücünü Francis tipli türbinlerle sağlar. Akış aşağısı koşulları teknik olarak batık çalışmayı gerektirdiğinde, DSİ döneminde düşey eksenli türbinin tercih edildiği görülmektedir. Bu tercihin nedeni jeneratörün zorunlu olarak bir üst katta yerleştirilerek, kuyruk suyunun geri tepmesi olasılığına karşı korunarak güvenliğinin sağlanmış olmasıdır. (Şekil 1) Bu gerekçeyle bir ek kat ve türbinden geçen suyun vakumlanması için emme borusu yapılması gereği, düşey eksenli türbin seçeneğinde ek maliyet kalemleridir.

Şekil 1 Düşey eksenli Francis türbinli HES (türbin ve jeneratör farklı katlardadır).

(‘Google’ görselleri, 2014-2015) Diğer yandan, yatay eksenli Francis türbini jeneratör için ayrı bir kat yapımını gerektirmez. Böylece, ciddi bir yapım maliyeti kalemi ortadan kalkmış olur. Aşağıda şekil 2’de iki sistem arasındaki fark görülmektedir. Şekil 2a’da yatay eksenli türbin, jeneratörle aynı hizadadır. Şekil 2b’de şaftı görülen jeneratör ise üst kattadır.

Şekil 2a Yatay eksenli türbin. Şekil 2b Düşey eksenli türbin.

(‘Google’ görselleri, 2014-2015) Kuyruksuyu tasarım kotu, hidrolik ve hidrolojik koşulların gerektirmesi nedeniyle genellikle türbin eksen kotunun üstünde belirlenmektedir. Jeneratör ve türbinin aynı hizada ve aynı kotta olduğu bir tertip, uygun sızdırmazlık önlemlerinin eksikliğinde,


batık çalışan ünite bakıma alındığı zaman, kuyruksuyu basmasına karşı kaçınılmaz bir ortam yaratacaktır. Yatay eksenli türbin içeren HES tasarımlarının bu nedenle batık işletme durumuna göre düşünülmemesi gerekir. (Şekil 3) Şekilde yatay eksenli türbin jeneratörle aynı hizada, kuyruksuyu düzeyi türbin ekseni altındadır.

Şekil 3 Yatay eksenli HES. (‘Google’ görselleri, 2014-2015)

Özelleştirme sonrasında bazı yatırımcıların sadece ek kat ve emme borusu maliyetinden kurtulmak amacıyla kuyruksuyu kotundan daha düşük düzeyde yatay eksenli türbin seçerek HES güvenliğini tehlikeye attığı görülmektedir. (Şekil 4) Sonuç olarak kuyruksuyu geri tepmesinden kaynaklanan su baskınları ortaya çıkmaktadır.

Şekil 4 Su baskınına uğrayan Adacami HES. (Adacami HES Projesinden)


Tünele Karşı Kanal Suyu doğal yatağından başka bir noktaya çevirerek enerji yaratmak için kot kazandırmanın en iyi teknik çözümü bu yolu bir tünel aracılığıyla kısaltmaktır. Böylece, peyzaj da ekosistem de mümkün olduğunca korunmuş olacaktır. (Şekil 5)

Şekil 5 Çevre dostu HES planlaması. (‘Google’ görselleri, 2014-2015)

Özelleştirme dönemi yatırımcıları düşü yaratmak için tünel yerine, arazi konturlarını izleyen, nehirden daha düşük eğimli açık kanallarla suyu çevirmeyi tercih ederler. (Şekil 6) Bu açık bir doğa ve peyzaj düşmanlığıdır..

Şekil 6 Reşadiye HES Su İletim Kanalı (Yaklaşık 50km boyundadır).

(‘Google’ görselleri, 2014-2015) ‘Tünelden Kaçış’ yatırımcılar tarafından bir ekonomik zorunluluk olarak belirtilir. Bu gerçek değildir. Tünel inşaatı ciddi bir teknoloji içermektedir; kaytarmaya ve göz boyamaya uygun değildir. ‘Tünele karşı Kanal’ yaklaşımı sadece bir yatırımcı bakış açısıdır; doğa ve insan gereksinimlerini karşılamaya yönelik değildir. Tünelden birkaç kat uzun olan kilometrelerce kanal güzergâhı boyunca doğa ve peyzaj yok edilir; binlerce ağaç kesilir. Pasa nehir kıyılarına itilir. Bu aslında bu konudaki yönetmeliğe de aykırıdır ama ne yazık ki sorgulandığı pek görülmez. Çevresel maliyet ve kamulaştırma giderleri dikkate alındığında, sadece yatırımcı için bir kolaylık olan ‘Tünele karşı Kanal’ ülke için çok yüksek bir maliyet içermektedir. İnsanların elektrik faturalarına yansıyacak bu maliyete yatırımcı ortak olmaz.


Geoteknik Çalışmalar Zemin özelliklerini belirlemekte ana veri kaynağı olan jeolojik sondajın bazı HES projelerinde küçük tasarruflar sağlamak amacıyla hiç yapılmamış olduğu da gözlenmiştir. Su iletim kanal yapımı, tasarruf için zemin etütlerini ihmal edebilen bazı hidroelektrik enerji yatırımcılarının düşündüğü gibi basit bir iş değildir. Mühendisliğin küçümsenmesi sonucunda bu tür yapıların bir bölümünün çöktüğü de görülmüştür. (Özgür, 2012) Aralık 2010’da yaşanmış olan bir HES yıkımında yetersiz geoteknik çalışmalar sonucunda uygun olmayan zemine yerleştirilen kanalın yamaç kaymasından sonraki durumu aşağıdaki resimde görülmektedir. (Şekil 7) DSİ döneminde benzeri çökme ve yıkılmalara ilişkin herhangi bir olayın kaydı bulunmamaktadır.

Şekil 7 Karaman Damlapınar HES. (Arşiv, N. Özgür)

Olay İncelemesi: Köprü Barajı Genel Bilgi Adana Köprü Barajı, 145 MW kurulu gücüyle büyük bir özel enerji yatırımıdır. (Şekil 8) Medya tarafından da, yol açtığı can kayıpları ve hasar nedeniyle ciddi bir biçimde gündeme getirilmiş olan facia çeşitli mühendislik hatalarının bütünleşik bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. Olay şöyle özetlenebilir: 24 Şubat 2012 tarihinde, su tutma amacıyla yaklaşık iki hafta önce kapatılmış olan çevirme tüneli kapakları patlamış ve akış aşağısında çalışmakta olan 10 işçi sel sularına kapılarak ölmüştür.

Şekil 8 Köprü Barajı Yapım Aşaması. (‘Google’ görselleri, 2014-2015)


Tasarım ve İşletme Ölçütlerinin Karşılaştırılması Tünel ve Su Alma Yapısı Çevirme tüneli, baraj alanının yapım sırasında kurutulması amacıyla yapılan bir yapıdır. Baraj yapımı bittikten sonra, tesis işletmeye hazır duruma gelince, rezervuarı nehirden gelen suyla doldurabilmek için tünel girişi otomatik kapaklar ya da önceden hazırlanmış yuvalarına yukarıdan yerleştirilen kalaslarla kapatılır. Eğer tünel işletme sırasında akış aşağısı gereksinimleri için akış yukarısından su taşımayı sürdürmekte kullanılacaksa, su tutma işlemi sürerken mevcut tünele bir su alma şaftı bağlantısı yapılmalıdır. Bu durumda, çevirme tüneli kapağıyla su alma şaftı arasında bir tıkaç betonu yapılması, akış aşağısındaki çalışmaları tehdit edebilecek olası kapak arızalarına karşı DSİ standartları içinde yer alan bir güvenlik önlemidir. (Şekil 9)

Şekil 9 DSİ çevirme tüneli tıkaç betonu ile su alma şaftı standart tertibi.

(DSİ projelerinden, Arşiv, N. Özgür) Köprü Barajında, işletme sırasında sulama amacıyla kullanılması planlanmış olan çevirme tünelinin girişiyle su alma yapısı şaftı bağlantısı arasında bir tıkaç betonu tasarlanmadığı görülmektedir. (Şekil 10) Kapak arızası ya da hatası, tasarımda göz önüne alınması gerekli çok ciddi bir olasılıktır. Böyle bir olasılığa karşı bu Köprü Barajı projesinde bir çare düşünülmemiştir. Standart tasarımlarda bu olasılığa karşı ‘tıkaç betonu’ basit ama kesin bir önlemdir. Köprü Barajı yatırımcısı betondan ve kazıdan tasarruf etme uğruna çok ciddi bir kapak çökme riskini göze almıştır.

Şekil 10 Köprü Barajı Çevirme Tüneli Kapak ve Su alma Bölgesi.

(Köprü Barajı Projesinden)

Tünel Kapağı


Boyut Etkileri DSİ uygulamalarında aşırı açıklık içeren yapı elemanlarına hidrodinamik yük verilmesi uygun bulunmamaktadır. Bu elemanlar genellikle yapısal bir işlevi olmayan ikinci faz betonu ile bitirilmektedir. İkinci faz betonu mekanik aksama özellikle kapaklara yuva oluşturma amaçlıdır. İkinci faz betonunun aşırı yükleme sonucunda yükü paylaşması durumunda hidrodinamik etkiye direnebilmesi ancak donatıyla sağlanabilir. Hidrolojik koşullar büyük tünel çapı gerektiriyorsa, DSİ uygulamalarında tasarımcı bu boyut etkisine karşı önlem olarak orta duvar ya da çift tünel çözümlerine tereddütsüz geçer. (Şekil 11) Doğal olarak, bu uygulama ek maliyet getirir.

Şekil 11 DSİ standardı: Büyük Çaplı Çevirme Tüneli Girişi Orta Duvarı ve Kapaklar.

(DSİ projelerinden, Arşiv, N. Özgür) Rezervuarı doldurmak için tek kapakla kapatılması tasarlanmış olan Köprü Barajı Çevirme Tüneli dış çapı 10.80m’dir. (Şekil 12) Kapağın önündeki su yüksekliği 100m’den de fazladır. Bu yüksekliğin ikinci faz betonuna yerleştirilmiş kapağa verdiği yükün, geniş tünel açıklığı ile birleşince kapağın oturduğu yuvada taşıyamayacağı ölçüde gerilmeler yaratması kaçınılmazdır. Gerilme, yapısal bir eleman olarak düşünülmeyen, donatısız ikinci faz betonunun dayanma kapasitesinin üstündedir.

Şekil 12 Köprü Barajı Çevirme Tüneli Kesiti. (Köprü Barajı Projesinden)


Yüksek hidrostatik basınç, aşırı açıklıklar ve bu olasılıkları göz önüne almayan tasarım ölçütlerinin birleşik etkisi kapak kılavuzu ile ikinci faz betonu birleşimindeki betonların kırılmasına yol açmış; yükü aktaramayan kapak patlayarak akış aşağısını sel basmıştır. İşletme Karmaşası Su tutma ya da su çevirme gibi suya ilişkin işlemlerin suyun fazla olduğu mevsimlerde yapılması hiçbir zaman DSİ uygulamalarında yer almamıştır. Köprü barajında ise yatırımcı suyu kaçırmama kaygısıyla, en yağışlı dönem olan Şubat ayında su tutma kararı almış; koca bir rezervuar sadece 15 günde dolmuştur. Ne var ki Köprü HES’in, aşağıdaki nedenlerle kapak arızası olmasa bile hızlı su tutmayla herhangi bir ekonomik işletme sistemine kavuşması söz konusu değildir. Yüksek yağış ve akış döneminde yapılan su tutma işleminde tünel kapakları gerektiği gibi kontrol edilemez. Alt kapak kılavuzları suyun sürüklediği katı maddelerle dolar. Kapağın kapanması için bir engel oluşturan bu durum, işletme süresi boyunca tünelden su sızmasına yol açacaktır. Yüksek hidrostatik basınç altında kapakları yeniden yukarı kaldırarak temizlik yapmak da mümkün değildir. Sonuç olarak, rezervuar dolarken bir yandan da boşalmaktadır. Köprü Barajında bu olgunun hasar öncesinde aşırı ölçüde yaşandığı belirtilmektedir. Baraj yapım sürecinde ‘su tutma’ zamanı belirli etkinliklerin birbirine koşut olarak eş zamanlı yürütüleceği bir dönemdir. Bu zamanı kısaltmak, enerji üretimine erken başlama hedefindeki yatırımcıya her zaman yardımcı olamaz. Öncelikle, baraj yapım aşamasında çevirme tüneli çıkış suyunun geri tepmesini önlemek amaçlı yapılmış olan akış aşağısı batardosu (Şekil 13), rezervuarda en yüksek su kotuna erişilmeden önce yıkılmalıdır. Aksi takdirde, rezervuardaki suyun enerji üretmeden dolusavaktan atılması gerekir. Üretime başlanırsa, yıkılmayan batardo nedeniyle akışa geçemeyen kuyruksuyu geri teperek tesisi basar. Batardo yıkımıyla meşgul olan 10 işçi ne yazık ki kapak patlaması olayı hakkında bir bilgi edinemeden sel sularına kapılıp can vermişlerdir. Düşey su alma şaftının tünele montajı da zaman gerektiren bir iştir. Bu işler için gerekli olan zamandan önce rezervuarı dolduran su da dolusavaktan atılma zorundadır. Köprü Barajı faciasında tünel içi işlerin bitirilmesi için olay öncesinde hummalı bir çalışma olduğu da belirtilmektedir. Bu bölgedeki işçiler kaçacak zaman bulabildikleri için şanslıdır. Patlama öncesi artan sızıntılarla gerekli uyarıyı almışlardır.

Şekil 13. Köprü Barajı HES ve akış aşağısı batardosu. (Köprü Barajı Projesinden)


Sonuç Türkiye’de hidroelektrik enerjinin özelleştirilmesinin, kanununda başlangıçta hedeflendiği gibi üretiminin ekonomikleşmesinden ziyade, doğa ve çevrenin sömürülmesine yol açtığı görülmektedir. Kamunun erişimine açık olan EPDK kayıtlarından da görülebileceği gibi hedef yılı olan 2023’te bitmesi planlanan yaklaşık 2500 adet tesisin ülkenin elektrik üretimine katkısı sadece %5 düzeyinde kalacaktır. (Oğuz, 2011) Mühendislik sezgimizle diyebiliriz ki, uygun vadilerde 2500 yerine söz gelimi 300 tesis kurulsa ve elektrik üretimimize %5 yerine %3 katkıda bulunsa, doğal ve çevresel zararlar çok yüksek oranda giderilebilir. Özelleştirilmiş HES yapılarının Kamuya 49 yıl sonra iade edilecek olmasını da bir kamusal kazanç olarak belirtenler, hiçbir yatırımcının böyle bir enkazla uğraşmak istemeyeceğini belki de bilinçli olarak göz ardı etmektedir. Zararın boyutu, belirli yatırımcıların vahşi kazanç hırslarını karşılamak uğruna yüksek hasar riski içeren tasarım ve yapım yöntemleriyle daha da artmaktadır. Yatırımcı bu riskleri sigorta şirketlerine devretmekle belli bir rahatlama duygusu yaşamaktadır. Geçtiğimiz yıllarda karşılaşılan çok sayıdaki HES hasarı sonucunda, sigorta şirketleri de bu saf yaklaşımlarını değiştirme gereğini duymuşlardır. Şirketler artık gerçekçi risk değerlendirme çalışmaları yapmaktadır. Bazı şirketlerin bu sektörü envanterlerinden çıkarmış olduğu da belirtilmektedir. DSİ’nin kalite teminatı / kalite denetimi yöntemleriyle yürütülmüş geçmişteki kamusal HES yatırımlarının güven veren teknik kayıtları özel yatırımcının bu konudaki yaklaşımına öncülük etmelidir. DSİ denetim yöntemlerinin teknik olarak uygun ve abartısız olduğu kanıtlanmıştır. Ne yazıktır ki, bu dersi öğrenmek için, can ve mal kaybına yol açan pek çok HES hasarı yaşamamız gerekmiştir: Doğa koruma açısından değilse de, HES mühendisliğinin iyileşmesi açısından bir umudumuz sürmektedir. HES yıkımları yatırımcıya ve sigortacıya bilim ve teknolojiye inanmayı, meslektaşlarımıza da mühendislik mesleğinin ilkelerine sarılmayı öğretecektir. İnsanoğlunun tarihsel zayıflığı bu konuda da kendini göstermekte; çözümü önceden planlama yerine, sorunla karşı karşıya kaldığımızda düşünmekteyiz.

Kaynaklar Oğuz, S. (2011) Panel sunumu. DSI Uluslararası Su Forumu, İstanbul, Türkiye Özgür, N. (2012) Türkiye’de Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu (EPDK) Döneminde Hidroelektrik Santrallerde Güvenlik ve Peyzaj. Sempozyum Bildirisi, Su, İklim ve Enerji konusunda IWA Dünya Kongresi, Dublin, İrlanda


Hidroelektrik Santrallerin (HES) Çevresel ve Sosyal Etkileri:

Alakır Vadisi Örneği

Arş. Gör. Evren TURHAN, Doç. Dr. Hatice (ÖZMEN) ÇAĞATAY

Adana Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,

Çukurova Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,

Adana/Türkiye

Telefon: 0(530) 363 50 24, Faks: 0(322) 455 00 39, Tel: 0(542) 271 82 45

e-mail: [email protected], [email protected]

Elk. Müh. Abidin KEÇECİ

Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Çevresel Etki Değerlendirmesi

İzin ve Denetim Genel Müdürlüğü,

Altyapı Yatırımları Dairesi Başkanlığı, Enerji Yatırımları Şube Müdürlüğü

Ankara/Türkiye

Telefon: 0(530) 972 41 01, Faks: 0(312) 410 21 92,

e-mail: [email protected]

Öz

Ülkelerin sürdürülebilirlik açısından en temel gereksinimlerinden biri enerjidir. Son yıllarda enerji ihtiyacının hızlı bir artış göstermesi enerji türlerini çeşitlendirme mecburiyetini doğurmuştur. Enerjiyi güvenilir, temiz, ucuz ve süreklilik oluşturabilecek şekilde elde etmek gerekmektedir. Bu bağlamda yenilenebilir bir kaynak olan sudan elektrik enerjisi elde edilmesinden dolayı Hidroelektrik Santraller (HES) temiz bir enerji türü olarak ele alınmaktadır. Ancak HES’lerin inşaat ve işletme süreçlerinde doğaya ve insanlara yönelik çoğu zaman geri dönüşü mümkün olamayacak etkileri söz konusu olmaktadır. Dolayısı ile bu çalışmada, Antalya’nın Beydağları’ndan Kumluca ovasına açılan Alakır Vadisi’ndeki planlama, inşaat ve işletme aşamalarındaki HES’lerin öngörülen çevresel ve sosyal etkileri, alınacak önlemler incelenmiştir. Sonuç olarak tüm olumsuzluklarına rağmen HES’lerin yapımı kaçınılmaz olup; sürdürülebilir çevre politikasının uygulanabilmesi, alınacak


önlemlerin de çok iyi bir şekilde tespit edilmesi gerekmektedir. Ayrıca HES yatırımlarının çevresel ve sosyoekonomik etkilerinin boyutu, enerji üretimi faydasının üzerine çıkmamalıdır. Bu doğrultuda dengeli bir planlama yapılmalı; yenilenebilir, temiz ve ulusal kaynaklar çeşitlendirilmeli, ekolojik denge ve doğal çevre mutlaka gözetilmelidir.

Anahtar sözcükler: Enerji, Hidroelektrik Santraller (HES), Alakır Vadisi, Çevresel ve Sosyal Etki, Sürdürülebilir Çevre.

The Environmental and Social Impacts of Hydroelectric Power Plants (HEPPs) : A Case Study of Alakır Valley (Antalya)

Abstract

Energy is one of the most basic requirements of the countries in terms of sustainability. In recent years, due to rapid increasing demand in energy, diversity of the types of sources are required. The produced energy should be reliable, clean, cheap and uninterrupted. In this context, because of obtaining electrical energy from the water, which is a renewable resource, Hydroelectric Power Plants (HEPPs) are considered as a kind of clean energy. However, during construction and operation of HEPPs, a lot of permanent impacts which damage for nature and people are arisen. Therefore, in this study, the prescribed environmental and social impacts of HEPPs which are in the planning, construction and operation phases in Alakır Valley where is Beydağları Mountains in Antalya extending from Kumluca plain and also planning precautions are examined. Consequently, despite all the negativity, HEPPs investments are inevitable and implementing sustainable environment policy, planning to be very well detected precautions are required. In addition, the size of the environmental and socio-economic impacts of HEPPs investments should not exceed the benefits of energy production. Accordingly, a balanced planning should be done; the types of renewable, clean and national resources should be increased; ecological balance and environment should be conserved.

Keywords: Energy, Hydroelectric Power Plants (HEPPs), Alakır Valley, Environmental and Social Impacts, Sustainable Environment.


Giriş

Globalleşen dünyada hızlı nüfus artışının beraberinde getirdiği kentleşme ve sanayileşmenin bir sonucu olarak enerjiye olan ihtiyaç günden güne artmakta ve yeni enerji kaynaklarının ortaya çıkarılması çok büyük önem arz etmektedir. Dolayısı ile enerji ihtiyacının çözümü noktasında üzerinde durulan en önemli enerji kaynaklarından birisi de su gücünden elde edilen “Hidroelektrik Enerji”dir. Bu bağlamda son yıllarda HES’lerin kurulumuna yönelik yatırımlar daha fazla ön plana çıkmaya başlamıştır. 2011 yılı itibari ile elektrik enerjisi ihtiyacımızın %22.8’i hidrolik enerjiden karşılanmıştır. Ülkemiz açısından değerlendirildiğinde; yenilenebilir özellikte ve temiz olan hidroelektrik enerji bakımından zengin bir kaynağa sahip olduğumuz söylenebilir. Genel enerji tüketimimiz bakımından ele alındığında ise; en büyük pay geleneksel enerji kaynakları olarak bilinen fosil kaynakları (petrol, kömür ve gaz) olarak belirtilebilir (Ertürk ve diğ., 2006).

Enerjinin hayatımızdaki sayılamayacak kadar faydaları yanında üretim, çevrim, taşınım ve tüketim aşamalarında büyük oranlarda çevre kirliliğine yol açması gözden kaçırılmaması gereken bir ayrıntı durumundadır. Dolayısı ile enerji çeşitliliğinin artması her enerji elde etme türünün çevreye ve dolaylı olarak bölge halkına belli oranlarda negatif etkisinin söz konusu olması demektedir (Çukurçayır ve Sağır, 2008).

Hidroelektrik Santrallerin Çevresel ve Sosyal Etkileri

HES Projeleri; genellikle su alma yapısı diğer bir adıyla regülatör, su iletimi hatları, yükleme havuzu, cebri borular ve santral ünitelerini içermektedir. Bunun yanında bu tip projeler inşaat süresince beton santrali, taş kırma tesisi, şantiye alanı, deponi alanı gibi bölümleri de kapsamaktadır. Regülatör ve HES projelerinin ömürleri yaklaşık 50 yıl olarak düşünülmektedir. HES’lerin işletilmesi süresince tehlikeli atıkların oluşmaması, sera gazı salınımının (CO2) oldukça düşük seviyelerde olması nedenleriyle güneş, rüzgar gibi kaynaklarla birlikte yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde değerlendirilmektedir. Fakat HES’lerin çevreye verdikleri zararlar göz önüne alındığında aslında o kadar da temiz bir enerji yöntemi olarak değerlendirilmesi mümkün olamamaktadır.

HES’lerin inşaat dönemleri boyunca; saha durumuna göre, büyük oranlarda çevresel etkileri söz konusu olabilmektedir. Bu etkileri akarsuların morfolojik yapılarını ciddi derecede tahribata maruz bırakmak, akarsuyun doğal akış düzenini değiştirmek, gürültü, toz, trafik olarak belirtebiliriz. Fakat çoğu zaman inşaat aşamasında meydana gelen hafriyatın sahadan uzaklaştırılması ve nasıl taşınacağı problem olarak ortaya çıkabilmektedir. Özellikle dik eğimli yamaçlarda iletim hatlarının inşaatlarında oluşan hafriyatın dere yatağına dökülmesi ile arada kalan, gelişme dönemindeki bitkilerin zarar görmesi ve dere yatağının morfolojisinin bozulması çevresel etkiler olarak sayılabilmektedir.

Dik ve sarp yamaçlar; erozyon ve toprak kayması riski içeren alanlardır. Dolayısı ile inşaat sırasında yapılan ağaç kesimleri, erozyon oluşma riskini katbekat artırmaktadır. HES inşaatları aşamasında; yeni yollar açılmakta ve bu durum da yaban habitatını daraltmaktadır. Ayrıca yoğun ağaç kesilmelerine bağlı olarak orman alanlarında azalmalar yaşanmakta, su


miktarlarındaki değişimlere bağlı olarak yer altı ve taban suyu seviyelerinde ciddi derecede farklılıklar yaşanmakta, bu da hem orman alanlarını hem de hidrojeolojik yapıyı büyük oranlarda etkilemektedir (Ürker ve Çobanoğlu, 2012).

Çoğu zaman inşaat dönemi boyunca dinamit patlatmak; hava ve toprak kirliliğine yol açmakta, çıkan gürültü seviyesi ise canlı yaşamını ciddi derecede etkilemektedir. HES projelerinin Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED) raporları incelendiğinde; gürültünün, yaban hayatı üzerine etkisinin dikkate alınmadığı çoğu zaman gözlemlenebilmektedir. Ayrıca HES inşaatları sırasında oluşan tozlaşma nedeniyle, yaprakların üzeri tozla kaplanarak bitkilerin ışık geçirgenliğini azaltmakta, yaprakların fotosentez hızını ve dolayısıyla ağaçların büyüme düzeyini olumsuz etkilemektedir.

HES’lerin işletme aşamasında oluşabilecek etkileri ise; üzerinde bulunan dere yatağında suyun kullanılması sonrasında HES ve regülatörler arasında kalan kısımlarda suyun ciddi derecede azalması olarak belirtebiliriz. HES’ler nehirlerdeki suyun büyük bir bölümünü kullandığından suyun akış miktarı, akış hızı, nehrin derinliği ve taban yapısı büyük ölçüde değişmektedir. Bunun yanında sulama problemlerine bağlı olarak tarımsal üretim konularında gerilemeler yaşanmakta ve suyun tutulmasına bağlı olarak bölgede mikroklima etkisi hüküm sürmektedir. HES’lerin işletimi aşamasında çoğu zaman nehrin akış hızı azaldığından; suyun havalanması ve sudaki çözünmüş oksijen miktarı azalmaktadır. Oksijenin belirli bir değerin altına düşmesi; toplu balık ölümlerine neden olabilmekte, aynı zamanda suyun sıcaklığında önemli ölçüde değişiklikler yaratabilmektedir. Bu durum, suyun belli sıcaklığına hassas olan türlerin yaşamını olumsuz açıdan etkilemektedir.

HES’lerin işletimi sebebiyle yer altı suyu miktarı önemli ölçüde azalmakta, dolayısı ile nehir civarındaki bitki örtüsü ve buna bağlı olan canlı yaşamı ciddi bir şekilde tehdit altına girmektedir. Aslında nehir çevresindeki bitki örtüsünün bir başka fonksiyonu taşkın ve sel kontrolünü sağlamaktır. HES’lerin işletilmeleri dolayısı ile bu durum sel baskını risklerini arttırmaktadır. Ayrıca birçok balık ve canlı türü içgüdüsel olarak, yaşamlarının belirli dönemlerinde nehir boyunca uzun ya da kısa mesafeli yer değiştirimi, göçler gerçekleştirmektedir. Nehirlerdeki göçlerin en çok rastlanılanı balıkların yumurtlama amacı ile yaptıkları göçlerdir. HES’ler dolayısı ile inşa edilen regülatörler, sudaki canlıların nehir boyunca hareketini sekteye uğratmakta; üreme tamamen durursa, bu durum balık türünün o nehir habitatından tamamen yok olması ile sonuçlanabilmektedir. HES’lerin işletilmesi dönemlerinde; nehirlerden denizlere taşınan sediment miktarı azaldığından alt havzalardaki habitat ve biyolojik çeşitlilik buna bağlı olarak etkilenmekte, delta yapılarına yeterince sediment ulaşamamasından dolayı kıyı erozyonu riski artmaktadır (WWF-TR, 2013).

HES’lerin çevresel etkileri ve çevresel etkilerine dolaylı olarak bağlı olan sosyal ve ekonomik etkilerini değerlendirdiğimizde çoğu zaman karşımıza Enerji Sektörü’nün HES yatırımları ile birlikte istihdamı arttırdığını, ticari hayatı zenginleştirdiğini, ormancılık-turizm gibi sektörlerde yaşanan son gelişmeler ve tarımsal faaliyetlerdeki iyiye yönelimle birlikte özellikle yerel ekonomiye önemli ölçüde katkılar sağlandığını ifade ettikleri çıkmaktadır. Ancak unutulan en önemli noktalardan biri de HES projelerinde arazinin kullanımı, inşaat ve işletme aşamalarında belirli sayıda personel çalışmakta ve bu personellerin de çoğunlukla kalifiye özelliklere sahip olduğundan sektör dışından geldiği görülmektedir. Bunun yanında sel ve toprak kaymaları, doğal hayat, ekosistem ve karbon döngüleri değerlendirildiğinde dolaylı etkilerin ise azımsanmayacak derecede fazla olduğu aşikardır (Ürker ve Çobanoğlu, 2012).

Yukarıda bahsettiğimiz çevresel ve sosyal etkiler göz önüne alındığında; HES’lerin yapılacağı yerlerdeki bölge halkı ve çevre hakkı savunucuları su-enerji şirketleri ile mücadele etmek


zorunda kalmaktadırlar. Bölge halkı; su-enerji şirketlerine karşı hukuk mücadelesi vermekte ve dolayısı ile birçok HES yapımı yargıya taşınmaktadır.

Alakır Vadisi HES’leri ve Çevresel-Sosyal Etkileri

Batıda Beydağları ve devamınca uzanan Sirgen ve Tocak dağları ile doğuda Kıyı sıradağları arasında ve ortası boyunca Kumluca ovasına doğru uzanan Alakır Vadisi; engebesiyle, köy gruplarıyla, arazi şekilleriyle çok değişik bir coğrafi yapıya sahiptir.

Alakır Vadisi; Alakır Nehrini de barındıracak şekilde 70 km uzunluğa sahip, sayısız flora-fauna çeşitliliği ve kültürel zenginlikler içermektedir. Son yıllarda yapılan araştırmalarda, bölgenin birçok endemik türe ev sahipliği yaptığı da tespit edilmiştir. Şekil 1’de görüldüğü üzere “Alakır Alası (Salmo Kottelati)” olarak isimlendirilen balık dünyada sadece Alakır Nehri’nde yaşamaktadır (Turan ve diğ., 2014).

Şekil 1 Dünyada sadece Alakır Nehri’nde yaşayan Alakır Alası (Salmo Kottelati) (Turan ve diğ., 2014).

Alakır Nehri; Antalya’nın Kumluca ilçesine bağlı Söğütcuması Köyü sınırları içerisinde bulunan Beydağları’ndan çıkıp Akdeniz’e dökülmekte ve vadinin can damarını oluşturmaktadır. Dolayısı ile vadide doğal bir yaşam alanı oluşturan Alakır Nehri, son zamanlarda üzerine inşa edilen HES’ler nedeniyle kuruma tehlikesi ile karşı karşıya kalmıştır.

Alakır Vadisi’nde faaliyette ve proje aşamasında olan sekiz adet HES projesi bulunmaktadır. Bunlardan faaliyette olanlar Alakır HES, Tocak HES, Kozdere HES ve Kürce HES olup, Çayağzı HES ve Dereköy HES inşaat aşamasında, dava süreçleri de devam etmektedir. Alakır 1 ve Alakır 2 HES ise proje geliştirme dönemi, inceleme ve değerlendirme süreçleri tamamlanmış, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’nda Bakanlık olurunda beklemektedir. Şekil 2’de Alakır Nehri üzerine kurulan ve kurulması planlanan tüm HES’ler bir arada görülmektedir.

Bu HES’lerden 1980’li yıllarda taşkın önleme ve sulama amaçlı yapılmış olan rezervuarlı Alakır Barajı’na ve sulama kanalına birleştirilen Tocak HES ve Alakır HES projeleri mevcut olan baraj ve kanal sistemlerine bağlandıkları için çevresel açıdan herhangi bir sıkıntı oluşturmamaktadır. Fakat Bakanlığın Çayağzı HES için verdiği “ÇED Gerekli Değildir” kararına istinaden açılan davada Mahkeme yürütmeyi durdurma kararı vermiş, fiili olarak inşaat süreci durmuştur. Ayrıca Çayağzı HES’in 16/03/2006 tarihli ve EÜ/686-2/625 numaralı EPDK üretim lisansı 25/06/2015 tarihli ve 5653-24 sayılı Kurul Kararı ile sona erdirilmiştir. Kozdere HES’e karşı açılan dava ise “zaman aşımı” gerekçesi ile reddedilmiştir. Dereköy HES, Kürce HES, Alakır 1 ve Alakır 2 HES’e verilen “ÇED Gerekli Değildir” kararına karşı


açılan davada Mahkeme, projelerin uygulanması durumunda oluşabilecek telafisi imkansız zararları gerekçe göstererek yürütmeyi durdurma kararları vermiştir.

Dereköy HES projesinin “ÇED Gerekli Değildir” kararına karşı açılan davada Mahkeme yürütmeyi durdurma kararı vermiş, sonrasında Bakanlık tarafından yeni bir “ÇED Olumlu Raporu” çıkarılmış olup, dava süreci devam etmektedir. Kürce HES için de benzer bir süreç yaşanmış, yürütmeyi durdurma kararı ve “ÇED Olumlu Raporu” süreci sonucunda inşaatı tamamlanarak faaliyete geçmiştir.

Şekil 2 Alakır Vadisi HES’lerinin durumu (http://www.alakirinsesi.org/1-vadi-1-avm-icin-yok-ediliyor/).

Dava süreci; 2010 yılında Alakır Vadisi'nin “1. Dereceden Doğal SİT Alanı” kapsamına alınması ile ilgili olarak yapılan başvurulara Antalya Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Kurulu'nca red cevabı verilmesi ile başlamıştır. Red cevabına müteakiben Antalya 3’üncü İdare Mahkemesi’nde dava açılmıştır. ÇED raporu alınmadığı gerekçesiyle açılan dava kapsamında, Antalya Bölge İdare Mahkemesince keşif yapılmıştır.

Söz konusu keşif sonucunda Bilirkişi raporunda “Alakır Nehri üzerinde balıkların tek üreme bölgesi olan bu alanda herhangi bir faaliyetin yapılmamasının balık nesillerinin korunması açısından önerildiği ve projenin iptalinin değerlendirilmesi gerektiği, Alakır Nehri üzerinde birden fazla HES çalışması olduğu, derenin özelliklerini korumak adına bazı yerlerin korunması gerektiği, Alakır 2 HES'in bu amaç için en uygun bölge olduğu, aynı yerde bölge halkının ve turistlerin faydalandığı doğal yapıların (şelale vb.) ve mesire alanlarının olmasının, bu alanın korunması ile elde edilecek faydaları arttırmakta olduğu, bu özellikleri ile kamu yararı olduğu, bu yörenin Doğal SİT özelliklerinin araştırılması gerektiği” yönünde görüş belirtilmiştir. Danıştay tarafından da “1. Dereceden Doğal SİT Alanı” olması yönündeki karar onanmış, fakat Antalya Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Kurulu tarafından mevzuata uygun olmadığı kararı ile tescillenmemiştir.

Bölge halkı ve çevre hakkı savunucuları projeye izin verilmesi durumunda yargı yollarına başvuracaklarını, HES projelerini istemediklerini dile getirmektedirler. Şekil 3’te Bölge


halkı ve çevre hakkı savunucularının tepkilerini gösteren fotoğraflar görülmektedir. Özellikle Büyükalan Köylüleri, HES istemediklerini ve HES yapılması durumunda köylerinin susuz kalacağını ifade etmektedirler. Alakır Vadisi’nin üst bölümünde yer alan Büyükalan Köyü’nde yaklaşık 370 nüfus yaşamakta ve Köylüler hayvancılık ve tarımla geçimlerini sağlamaktadırlar. Köyde 5-10 bin arasında Toros’lara özgü keçi, 2000-3000 civarında koyun ve 200-300 civarında da büyük baş hayvan bulunmaktadır. Arpa, buğday, elma, kiraz ve de özellikle fasulye yetiştirilen köyde; hem hayvancılık, hem de tarım suya bağlı olmaktadır.

Şekil 3 Bölge Halkı ve Çevre Hakkı Savunucularının Tepkileri (http://www.kuzeyormanlari.org/2015/07/12/alakirin-sesine-kulak-ver/).

Bölgede insan yaşamı dışında yabani hayvanlardan; yaban keçisi, domuz, tavşan, keklik, geyik, sansar, tilki, kertenkele, kaplumbağa, yılan vb. gibi canlılar da Alakır Nehri’nden su içmekte ve Alakır Nehri içinde de kırmızı benekli alabalıklar yaşamaktadır. Köylüler HES’lerin yapılması durumunda yer altı sularının, derelerin, ağaçların kuruyacağını ifade etmektedirler.

Ayrıca Uzmanlar tarafından yapılan incelemeler sonucunda; HES’lerin yapımı esnasında 3500 yıllık Likya köprüsü kalıntılarının yok edildiğini ve Alakır Nehri'nde yaşayan nesli tehdit altında olan kırmızı benekli alabalığın vadideki yaşam alanının kısıtlandığını belirtmişlerdir. Projeye izin verilmesi halinde kültür ve tabiat varlıklarının önlenemez şekilde zarar göreceğini, Kumluca gibi tarım ve turizmin önemli merkezlerinden birinin iklim koşullarını belirleyen Alakır Vadisi’nin kurumasına ve geri dönüşü mümkün olamayacak zararlara yol açacağını ifade etmektedirler. Bunun yanı sıra kırmızı benekli alabalıkların nesillerinin tükenebileceği, bununla birlikte ender görülen bitkilerin ve vadinin ikliminin değişmesiyle dünyanın en yaşlı sedir ağaçlarından 2350 yaşındaki sedir ağacının tehlikede olacağını vurgulamaktadırlar.

2013 yılında Alakır Nehri üzerindeki HES’lerin akarsuyu iletim yapılarına geçirmesi nedeniyle etrafındaki doğal yapı da etkilenmeye başlamıştır. Vadide nehir etrafındaki bitki örtüsü ve ağaçların yanı sıra doğadaki canlı yaşamı da ciddi tehlike altına girmiş, HES’ler nedeniyle kesilen asırlık çınarların yanında, ağaçlar da kurumaya başlamıştır.

2014 yılında Danıştay tarafından onanan Alakır Vadisi'nin “1. Dereceden Doğal SİT Alanı" olarak koruma altına alınması kararı, Antalya Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Kurulu tarafından halen uygulamaya konulmamış olup; Alakır 1 ve Alakır 2 HES projeleri ÇED sürecinin sonlandırılması aşamasında Bakanlık olurunda halen beklemektedir. Bölge halkı ve çevre hakkı savunucularının Alakır Nehri üzerinde planlanan HES projeleri ile ilgili dava süreçleri devam etmektedir. HES'ten önce Alakır Vadisi, çınar ve çam ağaçları ile kaplı iken;


HES'ten sonra pek çok çam ağacı iş makinelerince kesilmiş olup, bu durum Şekil 4’teki fotoğrafta da görülmektedir.

Alakır Nehri etrafındaki bitki örtüsü ve ağaçların ciddi derecede etkilenmelerinin yanı sıra doğadaki yaban hayvanlarının ölüm oranlarında da artışlar yaşanmaya başlamıştır. Şekil 5’te HES’ler sonrası Alakır Nehri’ndeki yaban hayvanlarının ölümleri ile ilgili fotoğraflar görülmektedir.

Şekil 4 Alakır Vadisi’nin solda HES’ten önceki ve sağda HES’ten sonraki durumu görülmektedir (http://www.bilim.org/kus-seslerinden-kepce-seslerine-alakirda-hidroelektrik-

santraller/).

Şekil 5 Alakır Vadisi HES inşaatları sonrası yaban hayatı ciddi tehlike altında bulunmaktadır (http://www.bizimantalya.com/haber-34141-

Alakir39_da_yaban_hayati_oluyor#.VbJ1RWZrPmI)

Hukuki mücadelelerin yanı sıra 2009 yılında oluşumu başlayan Alakır Nehri Kardeşliği (ANK) platformunda HES'lere karşı girişimler yürütülmekte, çeşitli etkinlikler düzenlenmektedir. Ayrıca on yıl önce İstanbul'dan Alakır Vadisi'ne giderek kendilerine doğal bir yaşam alanı oluşturan kişiler dahi bulunmaktadır. Alakır Vadisi'ndeki canlıların yaşamını korumak adına yürütülen girişimlerde gönüllü sanatçılar tarafından oluşturulan albümler de çıkarılmaktadır. Alakır Nehri üzerindeki HES projeleri ve bunlara karşı köylülerin yürüttüğü mücadele, İsveç’te bilimsel bir çalışmaya konu olmuştur (http://www.aktifhaber.com/alakirda-hese-karsi-bariscil-mucadele-kampi-1193585h.htm).


Sonuç ve Öneriler

Ülkelerin kalkınmalarının ölçülerini sadece sanayileşme, kentleşme ve beraberinde getirdiği enerji ihtiyaçlarının hızlı karşılanması şeklinde değerlendirmek doğru bir yaklaşım olmayacaktır. Gelişim ve kalkınma; ülkelerin coğrafi yapıları, barındırdığı doğa ve canlı yaşamı ile ayrılmaz bir bütünlük oluşturmaktadır. HES’ler her ne kadar yenilenebilir-yeşil enerji kaynakları içerisinde yer alsalar dahi çoğu zaman doğa yaşamına geri döndürülemeyecek tahribatlar yaratması ve canlıları göçe zorlaması nedenleriyle doğayı ciddi bir tehlike ile karşı karşıya bırakmaktadır. Özellikle kırsal alanlarda tarım ve hayvancılık ile uğraşıp ekmeğini kazanan insanlar; göçe maruz bırakılmış, göç sonucu köyden kentlere daha doğrusu bilmedikleri bir kültür ve yaşam tarzı ile karşılaşmaları nedeniyle kültür çatışmaları içerisine kendilerini bulmuşlardır.

Ülkemiz gelişmekte olan ülkelerden biri olup, günümüzde enerji bakımından dışa bağımlılığımız ve enerji ihtiyacının artışı göz ardı edilmemesi gereken bir gerçek durumundadır. Bu nedenlerle son zamanlarda HES yatırımları büyük ölçüde artmış, fakat doğa yaşamını hiçe sayan, doğanın tümünü kaynak olarak tanımlayarak ticari metaya dönüştürüp, kontrolsüz bir şekilde ilerleyen ekonomik anlayış söz konusu olmaya başlamıştır. Sektörlerin ve konu ile ilgili tüm paydaşların bir araya geldiği, tehlike oluşturacak durumların uzun vadeli raporlarla değerlendirildiği, bölge ve alan içerisindeki yerlere yapılacak düzenlemelerin olumlu ve olumsuz etkilerinin en doğru şekilde ortaya konulduğu ve de izlendiği stratejik ve bütüncül havza planlamalarının yapılması çok büyük önem taşımaktadır. Dolayısı ile her HES projesi için ÇED süreci zorunlu olmalı; noktasal bazda ve proje düzeyindeki etkilerin ötesinde tüm plan, program ve politikaların yapım süreçlerine çevresel değerlerin de dahil edilmesini sağlayan bir yaklaşım olan Stratejik Çevresel Değerlendirme (SÇD) sürecine geçiş hızlandırılmalıdır. Suyun kullanımına yönelik tüm projeler üstün kamu yararı çerçevesinde yapılmalıdır.

Doğal hayatın devamlılığının sağlanması için dere yatağına bırakılması gereken “can suyu” canlı yaşamı için gerekli olan miktarda dere yatağına bırakılmalı, ekosistemin gerektirdiği ihtiyaçlar da düşünülerek yeterli olup olmayacağı sorgulanmalıdır. Kamu kurumlarınca gerekli izinler verilmeden mutlaka konu ile ilgili yerel paydaşlara bilgi verilmeli ve ilgili kurumlardan görüşleri sorulmalıdır. Üretim lisansı ve ÇED sürecinde her bir proje kendi bölgesi içerisinde doğal hayat ile entegre bir şekilde düşünülerek değerlendirilmelidir. İzin ve ÇED süreçleri tamamlanıp, sonuç raporları bölge halkı ve konu ile ilgili paydaşlar tarafından da onaylanmadan HES ile ilgili hiçbir lisans veya inşaat çalışmasına başlanmaması gerekmektedir. Özellikle aynı dere üzerinde çok sayıda ardışık HES’lerin inşa edilmesi sadece enerji bakımından değil, enerjiyi sağlayan ekosistemin sürdürülebilirliği açısından da olumsuz etkiler oluşturacak uygulamalar olarak değerlendirilmektedir.

Sonuç olarak HES’lerin yapımı kaçınılmaz olup; hidroelektrik enerji gerekli bir enerji türüdür ancak yenilenebilir enerji kaynakları her zaman sürdürülebilir özellikte olamamaktadır. Özellikle, HES’lerin inşaat ve işletme aşamalarında doğaya ve canlı yaşamına yönelik çok büyük ölçüde ve geri dönüşü mümkün olamayacak etkileri olduğundan; HES yatırımlarının çevresel ve sosyal etkilerinin oluşturduğu yıkımlarının boyutu, enerji üretimi faydasının üzerine çıkmaması gereklidir. Özetle HES yatırımları su kaynaklarının ekolojik özelliklerini gözeten, koruyan ve sürdürülebilir olmasını sağlayacak bir biçimde planlanmalı ve uygulamaya konulmalıdır.


Kaynaklar

Ertürk, F., Akkoyunlu, A., Kamil, B.V., (2006), “Enerji Üretimi ve Çevresel Etkileri”, TASAM Yayınları, Stratejik Rapor No:14, İstanbul.

Çukurçayır, M. A., Sağır, H., (2008) ”Enerji Sorunu, Çevre ve Alternatif Enerji Kaynakları”, Selçuk Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, Sayı: 20: 257-278.

Ürker, O., Çobanoğlu, N., (2012) “Türkiye’de Hidroelektrik Santraller’in Durumu (HES’ler) ve Çevre Politikaları Bağlamında Değerlendirilmesi”, Ankara Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, Cilt:3(2).

WWF, 2013, 10 Soruda Hidroelektrik Santraller, WWF Türkiye yayını, (www.wwf.org.tr).

Turan, D., Kottelat, M., Engin, S., (2014), “Two new species of trouts from the Euphrates drainage”, Turkey, (Teleostei: Salmonidae), Ichthyological Exploration of Freshwaters, ZooKeys 462: No.24, pp:135-151.

ANK, Alakır Nehri Kardeşliği, Alakır’ın Sesi, (http://www.alakirinsesi.org/1-vadi-1-avm-icin-yok-ediliyor/).

Kuzey Ormanları Savunması, (http://www.kuzeyormanlari.org/2015/07/12/alakirin-sesine-kulak-ver/).

(http://www.aktifhaber.com/alakirda-hese-karsi-bariscil-mucadele-kampi-1193585h.htm).

(http://www.bilim.org/kus-seslerinden-kepce-seslerine-alakirda-hidroelektrik-santraller/).

(http://www.bizimantalya.com/haber-34141- Alakir39_da_yaban_hayati_oluyor#.VbJ1RWZ-r PmI).


Türkiye’de Su Yapıları Planlanması ve Yatırımlarında

Nerede Hata Yaptık

Hasan Akyar

Ufuk Sitesi F3/14, Bilkent-III, Üniversiteler Mah., Ankara

0533 – 341 47 14

[email protected]

Öz

Yeryüzünde birbirine tıpatıp benzeyen herhangi bir su yapısı yoktur; yer aldığı topografya, arazinin ve zeminin özelliği, su yapısının boyutları, aştığı uzaklık, su yapısından beklenen işlev ve fayda birbirinden farklıdır. Bu her farklı su yapısının da bir tasarlayanı ve yapanı vardır. Sadece su yapılarında değil, tüm yatırımların planlanmasında, projelendirilmesinde ve uygulanmasında mühendislerin imzası ve sorumlulukları vardır.

‘Büyük su yapıları’ kamu kurum ve kuruluşlarınca yapılır ya da yaptırılır. Bu yatırımlarda kamu kaynakları kullanılır. Halkın birikimleri ve vergi gelirlerinden oluşan devlet bütçesinden yatırımlara ayrılan ödenekler harcanır. Dolayısıyla kamu yararının gözetilmesi gerektir.

İster seçilmiş, ister atanmış olsun, su yapılarını yapan ve yaptıran kamu yöneticisi halkın parasını kullanır. Su yapılarının planlanmasında, önceliklerin verilmesinde, projelendirilmesinde ve yatırımların gerçekleştirilmesinde karar vericilerin halka ve temsilcilerine hesap verme zorunluluğu vardır.

Karar verici ve yöneticinin başarısı hizmete alınan büyük su yapılarının sayısıyla, görkemiyle, albenisiyle değil; yerinde ve zamanında halkın gerçek ihtiyacını karşılaması, ülke ölçeğinde adaletli dağılımı, mühendislik, teknik ve ekonomik ölçütlerin ödünsüz uygulanmasıyla, kıt kaynakların etkin, verimli ve doğaya saygılı, çevreye duyarlı bir biçimde kullanılmasıyla ölçülür.

Hizmete alınan su yapısının en ekonomik çözümü getirmesi, doğru zamanda işletmeye alınması, amacına hizmet etmesi, işlevini yerine getirmesi ve gereken faydayı sağlaması beklenir. Su yapılarının gerçekleştirilmesinde seçilmiş ya da atanmış yöneticinin cebinden bir kuruş çıkmaz bunları yaparken, yönetirken. Dolayısı ile hizmete alınan su yapıları onların halka bahşettiği bir lütuf, bir hediye değildir!

İşbu bildiride, yukarıda kısaca değinilen ilke ve bakış açısından ülkemizde gerçekleştirilen birkaç önemli ve görkemli su yapısı proje ve uygulamasından örnekler verilerek değerlendirilecek ve konu tartışmaya açılacaktır.

Anahtar sözcükler: Büyük su yapıları, kıt kaynaklar, yanlış yatırım, planlama


Giriş

‘Büyük su yapıları’ kamu kurum ve kuruluşlarınca yapılır. Bu sadece bizim ülkemizde değil, tüm dünyada böyledir. Kamu yatırımlarında ulusun, milletin, yani halkın birikimleri, vergi gelirleri kullanılır. Dolayısıyla, konumuz olan su yapılarının gerçekleştirilmesinde de devlet bütçesinden yatırımlara ayrılan kamu kaynakları harcanır. Olması gereken ve doğal olan da kamu kaynakları harcanırken, kamu yararının gözetilmesidir.

Son on beş yılda devlet yatırım bütçesinin neredeyse üçte biri su işleri kapsamındaki yatırımlarda kullanılmıştır. Geçmişte, özellikle 1980’lerde, su yapıları yatırım harcamalarının toplam yatırım ödenekleri içindeki payı %50’yi aşmıştır. Dolayısıyla ülkemizdeki su yapıları yatırımlarının titizlikle ele alınması, önceliklerin belirlenmesi, alternatifler arasında teknik ve ekonomik yapılabilirliklerinin ciddi bir biçimde değerlendirilmesi, en uygun mühendislik çözümlerinin getirilmesi; seçilen alternatifin ülke ekonomisine katkısı, katma değer yaratması ve kademeli bir biçimde hedeflenen faydayı sağlayacak bir program içinde hizmete alınması yönünde planlanması özel önem taşımaktadır. Doğru planlama ve uygulamanın halkın refah düzeyine ‘reel olarak’ katkı sağlayacağı, ülke kalkınmasına ivme katacağı ve böylece kıt kaynaklarımızın etkin ve verimli bir biçimde kullanılabileceği dikkate alınmalıdır.

Ne yazık ki, 1950’lerden bu yana ülke ölçeğinde gerçekleştirilen su yapılarımızın tümü için genelde olumlu bir değerlendirmede bulunamamaktayız. Övündüğümüz büyük su yapıları kadar savunamadıklarımız da yer almakta…

Konumuzla ilgili gerek ulusal gerekse uluslararası konferans, kongre ve sempozyumlarda ‘Başarı Öyküleri’ (Success Stories) ya da ‘En İyi Uygulamalar’ (Best Practices) başlıkları altında çeşitli bildiriler, anlatımlar ve sunumlar yer almış ve yer almaktadır. Oysa başarısız örnekler, yanlış proje ve uygulamaları neredeyse hiç paylaşılmamıştır. Hiçbir kurum, şirket ya da tüzel kişi hatalı projesini, yanlış uygulamasını, atıl yatırımını gündeme getirmemiş ve özeleştiride bulunmamıştır. İyi uygulamalar çoğu kez sunumlarda dile getirilmiş ve sadece kâğıt üzerinde kalmış, örnek alınıp daha iyisinin gerçekleştirilmesi yönünde yeterince çaba gösterilmemiştir. Hatalar, yanlışlar, savurganlıklar, dar çıkarlara dayalı alınan kararlar yinelenmiştir.

Burada, tam tersi bir yaklaşımla, bizce ‘kötü örnekler’ üzerinden gidilerek hatalarımızdan ders alınmasına ve aynı hataları yinelememek için bir takım çıkarımlarda bulunulmasına çalışılacaktır.

Nerede Hata Yaptık?

‘Nerede hata yapmadık ki’ şeklinde kolaycılığa kaçmadan, kestirip atmadan iyi, olumlu ve ülke kalkınmasında kilit işlev gören; hizmetler (içme, kullanma ve endüstri suyu, kanalizasyon, içmesuyu ve pissu arıtımı vb.), enerji (hidroelektrik santral), tarım (sulama ve dreanj), bayındırlık (köprü, akedük, kıyı-liman, taşkın koruma vb.) ve çevre sektörleri kapsamında gerçekleştirilen su yapıları yurdun dört bir köşesinde işletilmekte olduğunun altının çizilmesi gerektir. Ancak geçmişten günümüze öyle örnekler vardır ki, ülke kıt kaynaklarını israf eden, fırsat maliyetlerini dikkate almayan, katma değer yaratmayan, atıl kapasite oluşturan, yanlış planlanan, öngörüsüz, önceliksiz ve çoğu siyasi yaklaşımla karar verilerek gerçekleştirilen su yapılarının dökümünü yapmak bile ciddi araştırmayı ve irdelemeyi gerektirecek uzun soluklu bir çalışmadır.


1950’lerden günümüze toplam su işleri yatırımlarının yarıdan fazlasını tarım sektörü, bir başka deyişle sulama yatırımları almıştır. Oysa genel bir değerlendirme yapıldığında, söz konusu işletmeye alınan projelerden hedeflenen faydaya ulaşılamamış, toplamda sulama oranları %20’nin biraz üstünde, sulama verimlilikleri de %20’nin altında bulunmaktadır. Geçmişteki sulama yatırımlarının azımsanamayacak bir bölümü şeker pancarı üretimi için gerçekleştirilmiş, oysa günümüzde pancar ekili alanlar büyük ölçüde terk edilmiştir. Büyük barajların iklim değişikliğine olan etkileri, küçük hidroelektrik santrallerin çevreye, doğaya ve ekosistem üzerinde oluşturduğu olumsuzluklar gözlenmekte ve tartışılmaktadır.

Örnek! Su Yapıları

Aşağıda aktarılan seçilmiş örnek su yapılarının her biri, ayrı birer bildiri konusu olabilecek niteliktedir. Burada sadece kısaca tanıtılacak ve sunum sırasında yansıtılacak görseller eşliğinde değerlendirilerek dersler çıkartılacaktır.

Kızılırmak’tan Ankara’ya Su Getirme Projesi

Şekil-1 Ankara Su Temin Sistemi ve Kesikköprü – İvedik İsale Hattı.


Projenin Ana Bileşenleri;

İletim Hattı: Paralel döşenen 3 hat, her biri 128 290 metre, toplam uzunluk 384 870 metre.

Döşenen Boru Hatların Cins ve Boyları: Ø 1400 mm Çelik Boru 43 200 metre, Ø 1600 mm Çelik Boru 139 280 metre, Ø 1600 mm CTP Boru 186 750 metre (16 ATU), Ø 1600 mm CTP Boru 15 560 metre (25 ATU).

Pompa İstasyonları: İsale hattı üzerinde 5 pompa istasyonu, yedekleri ile birlikte toplam 66 pompa grubu. Toplam brüt pompa yüksekliği yaklaşık 700 metre.

Depolar: İletim hattı üzerinde (5 x 30 000, 2 x 15 000 ve 3 x 7 500’er metreküplük) 10 adet depo. Depoların toplam hacmi 202 500 m3

2008 yılında işletmeye alındığından buyana aralıklarla yaklaşık toplam 300 gün süreyle Kesikköprü Barajından Ankara İvedik Arıtma Tesisine Kızılırmak hamsuyu iletilmiştir. Hattın işletmede olduğu günlerde dahi, 500 000 m3 / gün olan isale hattı kapasitesinin üçte birine bile ulaşılamamıştır. Sık sık boru hatlarında patlamalar, gerek depolarda gerekse pompa istasyonlarında oturmalar yaşanmıştır.

Çoruh Havzası Projeleri

Şekil-2 Çoruh Nehri üzerindeki barajların boykesiti.


Su kaynaklarının geliştirilmesinde havza temelinde ‘master plan’ ve planlama yaparak işe başlamak esastır. Ülkemizin 25 havzasından biri olan Çoruh Nehri havzasında da geçmişte bu yapılmıştır. Havzada öngörülen örneğin enerji amaçlı su yapılarından sadece bir tanesinin faydasını ençoklamak (maksimize etmek) değil, havza bütününde enerji potansiyelini ençoklayacak biçimde bunları tasarlamak esastır. Bir de, uygulama programını söz konusu su yapılarından ekonomik ömürleri boyunca istenilen verimi alabilecek biçimde geliştirilmesi gerekmektedir.

Ne yazık ki, Çoruh Nehri ana kol üzerinde planlanan su yapıları inşaatları akışyukarısındaki (memba tarafı) barajlardan başlamamış, tam tersi akışaşağısındakiler (mansaptan) tamamlanarak hizmete alınmıştır. Ülkemizdeki nehirler içerisinde en çok sürüntü malzemenin (sediman, rüsubat) bulunduğu Çoruh Nehri üzerinde öncelikle Laleli Barajının yapımından başlanması gerekirken Muratlı, Borçka ve Deriner baraj ve hidroelektrik santrallerinin inşaatı tamamlanarak işletmeye alınmıştır. Örneğin, Deriner Barajı su tutmaya başladığından bu yana geçen kısa süre içinde ölü hacminin hızla dolmakta olduğu ve ekonomik ömrü boyunca planlanan uzun dönemli faydayı sağlayamayacağı öngörülerinde bulunulmaktadır.

Manavgat Su Temin Projesi

Proje bileşenleri şunlardır: Manavgat Barajı mansabında yer alan 500.000 m3/gün kapasiteli su alma yapısı ve pompa binası. Pompa binası ve arıtma tesisi arasında yer alan yaklaşık 900 m uzunluğunda 2xDN1200 cebri boru hattı. 250.000 m3/gün kapasiteli su arıtma tesisi. Arıtma tesisi ve kıyı arasında yer alan yaklaşık 10.000 m uzunluğunda 2xDN1600 boru hattı. Kıyıda vana odası. DN1200 mm, toplam 12.000 m uzunluğunda denizaltı boru hatları ve 60.000-250.000 DWT’luk gemilere su yükleme yapılması için 80 m su derinliğinde kurulu 2 adet SPM ünitesi. Sistemin enerji ihtiyacını sağlamak için 154 kW trafo yapımı.

Şekil-3 Tankerlere dolum yapacak yükleme tesisi (SPM ünitesi).


Ortadoğu ülkelerinin su ihtiyacını karşılamak ve Ortadoğu'daki barış sürecine katkı yapmak amacıyla isim babalığını merhum Cumhurbaşkanı Turgut Özal'ın yaptığı ve kamuoyunda “Manavgat Barış Suyu Projesi” olarak bilinen 'Manavgat Çayı Su Temini Projesi, 3 Eylül 1991 yılında ihale edildi. İnşaatına 10 Nisan 1992'de başlanan proje 129 milyon dolara mal oldu. Tesisler 18 Aralık 1998'de dönemin başbakanı ve başbakan yardımcısı tarafından törenle açıldı. 250 bin metreküp arıtılmış, 250 bin metreküp ham su olmak üzere günde toplam 500 bin metreküp suyun pazarlanması öngörülen projenin törenle açılışın ardından geçen 17 yılda bir litresi dahi satılamadı, tesisler atıl durumda çürümeye terk edildi.

Kıbrıs Su Temin Projesi

1970’lerin sonlarından buyana tankerlerle balonlarla su taşınmasına, yüzlerce kuyu açılmasına ve 29 adet baraj/gölet yapılmasına karşın halen yerleşik nüfusu 300 bini geçmeyen KKTC’nin su sorunu çözülebilmiş değildir. Sorunu köklü bir biçimde ortadan kaldırmak, KKTC’nin 50 yıllık içme, kullanma ve sulama suyu ihtiyacını karşılamak yönünde yaklaşık çeyrek asırdır üzerinde çalışılan Türkiye’den bir boru hattı ile adaya su iletilmesi projesi halen devam etmektedir.

“Asrın Projesi” olarak adlandırılan KKTC Su Temin Projesi; Dragon Çayı üzerindeki Alaköprü barajından Türkiye tarafı 23 km, deniz geçişi 80 km ve KKTC tarafı 3 km olmak üzere toplam 106 km uzunluğunda boru hattı ile yılda 75 hm3 (37,76’sı içme ve kullanma, 37,24’ü sulama) suyun Güzelyurt – Girne arasındaki Geçitköy barajına iletilmesini amaçlamaktadır. Proje kapsamında anılan iki barajın yapımı/yenilenmesi, isale hatları, arıtma tesisleri, terfi hatları ve dengeleme depoları yer almaktadır. Projenin en kritik bileşeni olan 80 km’lik deniz geçişinin 66 km’si 1 600 mm anma çapında yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) boru hattı ile askıda aşılacak kısım olup Temmuz 2015 ayı sonu itibariyle 54 km’lik bölümü tamamlanmış bulunmaktadır.

Şekil-4 KKTC’ye Su Temin Projesinin şematik boykesiti.


Şekil-5 HDPE boruların denize indirilme çalışmalarından bir görüntü.

Şekil-6 HDPE boruların denize döşenmesinin şematik gösterimi.

Taşınacak sulama suyunun maliyetini üretilecek ve piyasaya sunulacak hiçbir tarımsal ürünün karşılayamayacağı, Geçitköy barajı kapasitesinin yeterli olmayacağı, deniz geçişindeki askıdaki isale hattının planlanan miktardaki suyu iletemeyebileceği yönlerinden tartışmaya açık olarak değerlendirilmektedir.

Kürtün Barajı

Kürtün Barajı (temelden yüksekliği 133 m), Harşit Çayı üzerinde enerji amaçlı (85 MW kurulu gücünde) olup 2003 yılında işletmeye alınmıştır. Çeşitli nedenlerle inşaatı yirmi yıla yakın sürede ve yaklaşık yüzde 4 000 mertebesinde keşif artışıyla tamamlanabilmiştir. Baraj maliyetine yakın bir mertebede yol relokasyonları için yatırım yapılmıştır.


Atasu Barajı

Atasu Barajı Trabzon ilinde Galyan Deresi üzerinde temelden 118, talvegden 116 metre yüksekliğinde kaya dolgu bir barajdır. Yılda 91 hm3 içmesuyu sağlayacak baraj inşaatı 2011 yılında baraj inşaatı tamamlanmış ancak 45 MW gücündeki hidroelektrik santralinin yapımına henüz başlanamamıştır.

Şekil-7 Atasu Barajı 2010.

1990’ların ortalarında Trabzon kentinin uzun dönemli içmesuyu ihtiyacını karşılamak amacıyla (aynı tarihlerde İller Bankası tarafından yeni içmesuyu kaynaklarının hizmete alınmasına, kent merkezini göç alan değil göç veren niteliği bilinmesine ve nüfusunun önemli ölçüde artmamasına rağmen, ‘Trabzon’un hiç barajı yok!’ gerekçesiyle planlama ve fizibilite çalışmaları yapılmadan sadece baraj inşaatı olarak) hizmetler sektörü bütçesinden yatırım programına alınmıştır. Kaynak sularının bol ve temiz olduğu Doğu Karadeniz yöresinde yüksekliği 100 metreyi aşan içmesuyu amaçlı bir barajın sadece ülkemizde değil tüm dünyada başkaca bir örneğini bulmak zordur! Daha sonra baraj faydaları arasına enerji de eklenmiştir.

Yılanlıdere Göleti

Samsun’da Mert Irmağı’nın kollarından bir olan Yılanlıdere üzerinde yapımı tamamlanarak görkemli bir törenle hizmete alınan yaklaşık 50 metre yüksekliğindeki ‘sel kapanı’! (daha doğrusu baraj) 4 Temmuz 2012 Çarşamba günü saat 05:50’de kısmen yıkıldı! Aynı gün yetkililer tarafından olay mahallinde düzenlenen basın toplantısı sırasında yapılan açıklamada: “Vadiden gelen çöp yığınlarının şehre inmesini engellemek için Yılanlıdere’ye 50 metrelik sel kapanı yaptık. Ancak beklenmedik şekilde 2 saatte 46,8 mm yağış aldı. Normalin 2,5 katı debi oluştu. Sel kapanı vazifesini yaptı, aksi halde büyük sıkıntı yaşanırdı” denildi…


Şekil-8 Yılanlıdere Sel Kapanı’nın da yer aldığı hava fotoğrafı.

Yapımının ardından henüz 5 yıl geçmeden büyük hasar gören ‘sel kapanı’nın bulunduğu yörede “yüzyılın en büyük yağışı” olduğu iddia edildi. Oysa son 50 yıl içinde bölgeye düşen en yüksek yağışlar arasında söz konusu değer yer almamakta! Şöyle ki, 2007 yılında 24 saat içinde metrekareye 113 kg yağış düşmüşken, 2012 yılının 4-5 Temmuz günlerindeki 68 kg’lık yağış için yüzyılın en yüksek miktarı denilemez. Dahası, 1967 yılında aynı bölgede aynı süre içinde metrekareye düşen 245 kg büyüklükteki yağış da meteorolojik kayıtlarda yer almaktadır. (http://dsi.gov.tr/)

Şekil-9 Taşkın sonrası Yılanlıdere Sel Kapanı.


Şekil-10 Taşkın sonrası Mert Irmağı ve çevresi.

Mert Irmağı taşkın alanında yer alan birçok yapı ve alışveriş merkezi büyük hasar görmüş, özellikle TOKİ konutları su baskınına uğramış ve üç can kaybı yaşanmıştır.

Son Sözler

Su ile uğraşmak ciddi iştir. Su yapıları yatırımlarının gerçekleştirilmesinde mühendislik bilgi birikiminin, bilimsel verilerin, son teknik ve teknolojik donanımların kullanılmasının yanı sıra geçmişte yapılan hatalardan ders alınarak edinilen deneyimlerden de yararlanılmasını gerektirir. Gerçekleştirilen tüm yatırımlarda olduğu gibi su yapılarında da bir mühendisin, bir mimarın imzası vardır. Dolayısı ile mühendis ve mimarlar topluma, kamuya ve çevreye karşı sorumludurlar.

Suyun hafızası vardır. Kendisine yapılan kötülükleri unutmaz! Gün gelir, mülkünü işgal edeni tahliye eder, öcünü alır. Enkazı da ortalıkta bırakır… Su yapılarının planlanması, projelendirilmesi ve gerçekleştirilmesi ‘işin ehli’ tarafından yerine getirilmelidir.

Kaynaklar

Akyar, H. (2013) Nerede Hata Yaptık. İMO 3. Su Yapıları Sempozyumu, Ankara

Akyar, H. (2011) Kızılırmak Suyu Unutuldu mu. İMO Ankara Şube Bülteni, Sayı:2011/06

Akyar, H. (1997) KKTC’de Su Sorunu. Rapor, Başbakanlık Kıbrıs İşleri Müşavirliği, s. 3-39

Akyar, H. (1995-2003) Manavgat Su Temin Projesi. Kişisel Arşiv (Özel notlar, Toplantı tutanakları, Yazışmalar, Hakedişler, Raporlar).


Köprü Yan Ayaklarının Oluşturduğu Daralmanın Atnalı Vorteks Sistemi ve Oyulmaya Etkisinin DES Modellemesi ile

İncelenmesi

Mete Köken ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidromekanik Laboratuvarı


Öz

Bu çalışmada, düz bir kanalın karşılıklı iki duvarına yerleştirilen dökme tip köprü yan ayakları etrafında oluşan atnalı vorteks sisteminin ve zemindeki kayma gerilmelerinin değişimi iki farklı daralma oranı için incelenmiştir. Benzetimler, 45000’lik Reynolds sayısında ayrışan döngü benzetimi (DES) kullanılarak yapılmıştır. Kanal girişinde zamanla değişen hız çalkantılarını içeren bir sınır koşulu uygulanmıştır. Benzetimler oyulmanın başlangıcını temsil eden düz zemin koşullarında yapılmıştır. Köprü yan ayakları etrafında oluşan atnalı vorteks sistemi ayak etrafında oluşan oyulmadaki ana mekanizmadır ve ayaklar sebebiyle kanalda oluşan daralma miktarı arttıkça atnalı vorteks sisteminin yapısında önemli değişiklikler meydana gelmektedir. Bunun dışında artan daralma miktarı ile kanal merkezinde akım yönünde uzanan bir çift güçlü vorteks oluşmaktadır. Tüm bu farklılıklar, değişik daralma oranlarında zeminde birbirinden oldukça farklı kayma gerilmesi ve basınç çalkantısı dağılımlarının oluşmasına sebep olmaktadır. Bu yüzden, oyulmanın başlangıç safhasında daralma oranı değiştikçe köprü yan ayakları etrafındaki sediment sürüklenmesi ve oyulma mekanizmasının çok farklılaştığı düşünülmektedir. Anahtar sözcükler: Atnalı vorteksi, Daralma, DES, Köprü yan ayağı, Sayısal modelleme, Taban oyulması, Türbülanslı akım.

Giriş Köprü yan ayağı etrafında oluşan oyulmanın büyüklüğü ve biçiminin tespiti köprünün ekonomik ve güvenli dizayn edilebilmesi açısından hayati önem taşımaktadır. Özellikle dar nehirlerde, nehrin iki yakasındaki köprü yan ayakları nehir kesitini daha da daraltarak oyulmanın şekli ve büyüklüğünü etkilemektedir. Nehirlerde köprü yan ayaklarının oluşturduğu daralma akım içerisinde önemli değişikliklere yol açmakta ve nihayetinde ayaklar etrafında büyük ölçekli ve enerjik geçici düzenli akım yapıları oluşmaktadır. Bu yapılar tabana yakın bir bölgede ilerlediğinde ya da oluştuğunda zemindeki kayma gerilmesi ve basınç çalkantısı değerleri artmakta ve tabandaki sediment parçacıkları hareketli hale geçmektedir. Bunun sonucunda da ayaklar etrafında bir oyulma çukuru oluşmaya başlamaktadır. Ayakların oluşturduğu daralma sebebiyle ortaya çıkan karmaşık akım fiziği ve oyulma mekanizmasını anlayabilmek yeni oyulma tedbirlerinin geliştirilebilmesi ve köprülerin güvenli inşası açısından çok önemlidir. Köprü yan ayakları birbirlerine yaklaştıkça; bu yapıların etrafında oluşan atnalı vorteks sistemleri ve ayrışmış kesme tabakası içerisinde akım yönünde ilerleyen vorteks tüpleri


de birbirleriyle etkileşebilmektedir. Bu noktada literatürde tekil bir köprü yan ayağı için elde edilmiş olan bilgiler yetersiz kalmaktadır. Literatürde konu ile ilgili yapılan çok sayıdaki çalışmada değişik hidrolik koşullar ve farklı yan ayak tipleri için, ayak etrafında oluşan maksimum oyulma derinliği ve oyulma çukurunun şekli incelenmiştir (Melville, 1997). Fakat literatürdeki sınırlı sayıdaki araştırmada, tekil bir köprü yan ayağı/mahmuz etrafında oyulmaya yol açan akımın fiziği incelenmiştir (Baker, 1980; Dargahi, 1989; Koken ve Constantinescu, 2008, 2009, Koken, 2011; Koken ve Gogus, 2015). Bu açıdan bakıldığında yüksek daralma oranlarında köprü yan ayakları etrafında oluşan karmaşık akım fiziği ve bölgedeki türbülans yapılarını inceleyen bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışma, düz bir kanalın karşılıklı iki yanına yerleştirilen köprü yan ayakları etrafında oluşan geçici düzenli akım yapılarının farklı daralma oranları için farklı oyulma safhalarında sayısal olarak incelenmesini içermektedir. Çalışma kapsamında ayrışan döngü benzetimi (Detached Eddy Simulation, DES) kullanılarak düz bir kanal içerisinde farklı daralma oranlarında köprü yan ayakları etrafında oluşan akım incelenmiştir. Köprü yan ayakları birbirine yaklaştıkça her iki ayak etrafında oluşan atnalı vorteks sisteminin yapısında önemli değişiklikler meydana gelmektedir. Ayrıca kanal içerisinde akım doğrultusunda uzayan daralma vorteksleri oluşmaktadır. Bu değişiklikler ayak etrafındaki zemin gerilmesi ve basınç çalkantısı değerlerini arttırarak oyulmayı etkilemektedir.

Sayısal Model Benzetimlerde kullanılan program üç boyutlu sıkıştırılamaz Navier Stokes denklemlerini bütünleştirmek için eğri çizgisel koordinatlarda bölünmüş adım metodunu kullanmaktadır. Momentum denklemindeki konvektif terimler beşinci derece doğruluktaki yanlı rüzgar yönü şeması ile ikinci derece doğruluktaki merkezi farkların bir karışımı kullanılarak ayrıklaştırılmıştır. Momentum ve basınç-Poisson denklemlerindeki tüm diğer terimlerde ikinci derece doğruluktaki merkezi farklar kullanılmıştır. Türbülans modeli olarak Spalart-Almaras tabanlı DES modeli kullanılmıştır. Mevcut çalışmada iki farklı köprü yan ayağı uzunluğu ve dolayısıyla iki farklı daralma oranı kullanılmıştır. Benzetimlerde kullanılan tüm değişkenler akım derinliği (D=0.135 m) ve ortalama akım hızı (U=0.335 m/s) kullanılarak boyutsuzlaştırılmıştır. Kullanılan hesap ağı ve sayısal modelin boyutları kısa köprü yan ayağı için Şekil-1’de verilmiştir. Her iki benzetimde de kanal genişliği, W, 11.11D olarak alınmıştır. Yarı akım derinliğindeki köprü yan ayağının uzunluğu, L, kısa köprü yan ayağı için 0.66D uzun köprü yan ayağı için ise 2.51D kadardır. Bu uzunluklarla kanaldaki daralma oranı kısa ve uzun ayaklar için sırasıyla 2L/W=0.12 ve 2L/W=0.45’tir. Her iki benzetimde de hesap ağı büyüklüğü yaklaşık olarak 3 milyondur. Modeldeki tüm katı yüzeylerde kaymayan duvar sınır koşulu; su serbest yüzeyinde ise simetri sınır koşulu uygulanmıştır. Modeldeki katı yüzeylerin yakınındaki ilk hesap ağı noktası her zaman laminer alt tabakanın içerisinde olacak şekilde konumlandırılmıştır. Serbest yüzeyde simetri sınır koşulunun uygulanması, akımdaki Froude sayısının 0.3 mertebesinde olması ve yüzey deformasyonlarının ihmal edilebilir büyüklükte olması sebebiyle uygundur. Modelin çıkış yüzeyinde vortekslerin model sahasını rahatça terk edebilmesi ve fiziksel olmayan titreşimlere yol açmaması açısından konvektif bir sınır koşulu uygulanmıştır. Modelin giriş yüzeyinde ise zamanla değişen ve türbülans titreşimlerini içeren bir hız profili uygulanmıştır. Benzetimler 24 çekirdeğin kullanıldığı bir küme


bilgisayarda 0.03 D/U zaman adımı kullanılarak koşulmuştur. Benzetimler akım istatistiksel olarak düzenli hale gelinceye kadar koşulmuş ve sonrasında ise 50 D/U zaman boyunca depolanan verinin ortalaması alınarak ortalama akım bilgileri elde edilmiştir.

Şekil 1 Küçük daralma oranı için sayısal model ve hesap ağının görünümü.

Değerlendirme Köprü Yan Ayağı Etrafındaki Geçici Düzenli Akım Yapıları Ayak etrafında oluşan geçici düzenli akım yapıları Şekil-2’de ortalama akım için Q kriteri kullanılarak görselleştirilmiştir. Küçük daralma oranında kanal tabanında ayağı çevreleyen iki adet atnalı vorteksi oluşmaktadır (Şekil 2a). Bunlar birincil ve ikincil atnalı vorteksleri AV1 ve AV2dir. Bunların dışında ayağın memba tarafında oluşan resirkülasyon bölgesinde su serbest yüzeyinden başlayarak düşey yönde uzanan bir köşe vorteksi KV bulunmaktadır. Bu vorteks düşey yönde ilerleyerek zemine yaklaşınca bükülmekte ve birincil atnalı vorteksi AV1 ile birleşmekte ve onu beslemektedir. Şekil 2’de, ayağın memba köşesinden başlayarak akım yönünde ilerleyen ve kanalda oluşan hızlı akım ile ayağın arkasında oluşan resirkülasyon bölgesindeki yavaş akımı birbirinden ayıran, ayrışmış kesme tabakası (AKT) da görülmektedir. Küçük daralma


oranında her iki ayağın etrafında oluşan geçici düzenli akım yapıları birbirleri ile etkileşmemektedir. Büyük daralma oranında ayaklar etrafında oluşan geçici düzenli akım yapıları küçük daralma oranındakinden çok farklıdır. En önemli fark, kanal merkezinde tabana yakın mesafede, ekseni akım yönünde uzanan ve birbirine ters istikamette dönen iki adet daralma vorteksinin (DV) oluşumudur. Bu vorteksler ayak ekseninin memba tarafında yaklaşık olarak 4.5D mesafesinde oluşmakta ve ayak eksenin mansap tarafında yaklaşık olarak 20D kadarlık bir mesafe boyunca etkisini korumaktadır. Bu vortekslerin tabandaki kayma gerilmesine olan etkisi ileriki bölümde incelenecektir fakat bunların oyulmanın ilk safhalarında etkin rol alacağı kaçınılmazdır. İki daralma oranında oluşan diğer bir önemli fark birincil atnalı vorteksi AV1 ile ilgilidir. Küçük daralma oranından farklı olarak, büyük daralma oranında atnalı vorteksi, HV1, ortalama akımda sadece kanalın daralan kesitinde ve ayağın mansap kısmında gözlenebilmektedir. Anlık akım verileri incelendiğinde, HV1’in sınırlı sayıdaki zaman adımlarında ayağın memba tarafında da oluştuğu görülmektedir; fakat HV1 bu bölgede çok kararsız olduğu için ortalama akımda kaybolmaktadır. İki daralma oranı arasındaki bir diğer önemli farklılık ise büyük daralama oranında ayağın membasında köşe vorteksinin artık oluşmamasıdır. Bu kısımda artık bir resirkülasyon bölgesi de gözlemlenmemektedir. Bunun yerine yarım akım derinliği seviyesinde ekseni ayak eksenine paralel olan bir vorteks (YV) oluşmaktadır. Bu vorteks çok güçlü olmayıp ayağın uç bölgesine ulaşamadan akım içerisinde dağılmaktadır.

Şekil 2 Ortalama akımda ayaklar etrafında oluşan geçici düzenli akım yapılarının Q kriteri kullanılarak görselleştirilmesi: a) Küçük daralma oranında, b) Büyük daralma oranında. Tabandaki Kayma Gerilmesi ve Basınç Çalkantısı Değerleri Ayak etrafındaki oyulmaya etki eden en önemli faktör zemindeki kayma gerilmesidir. Her iki daralma oranı için ortalama akım koşullarında zeminde oluşan boyutsuz kayma gerilmesi değerleri, w/U2, Şekil 3’te verilmiştir. Her iki daralma oranında da kayma gerilmesi değerleri AKT boyunca ve AV1’in ekseni boyunca artmaktadır. Küçük daralma oranında kanal merkezinde ve ayaklar arasındaki bölgedeki kayma gerilmesi değerleri biraz artmaktadır fakat bu değerler hiçbir zaman Shields Diyagramından ortalama dane çapı d50 = 1.5 mm olan zemin malzemesi için elde edilen boyutsuz kritik kayma gerilmesi değerinden (wc/U2=0.007) daha büyük değildir. Şekil 3a’da ayak civarında bu kritik değerin aşıldığı ufak bölge beyaz çizgi ile çevrilmiştir. Bu bölge


daralan kesitte oyulmanın başladığı bölgedir ve tekil köprü yan ayakları için yapılan çalışmalardaki gözlemlerle uyumludur. Büyük daralma oranında, oluşan güçlü akım ivmelenmesi ve DV’lerin mevcudiyeti sebebiyle kanal merkezinde oldukça büyük bir bölgede yüksek kayma gerilmesi değerleri gözlemlenmektedir. Kritik kayma gerilmesinden daha büyük değerlerin gözlendiği bu bölge akım yönünde ayak ekseninden yaklaşık 15D mesafeye kadar uzanmaktadır (Şekil 3b’de beyaz çizgi ile çevrelenmiş kısım). Buradan ortaya çıkan sonuç büyük daralma oranında oyulma, daralan kesitin tamamında ve hatta merkezde akım yönünde oldukça uzun bir mesafeyi kapsayacak bir bölgede başlamaktadır. Küçük ve büyük daralma oranlarında sırasıyla zeminde elde edilen en büyük boyutsuz kayma gerilmesi değerleri 0.028 ve 0.037’dir. Her iki durumda da en büyük kayma gerilmesi değerleri ayakların ucunda memba tarafında oluşmaktadır.

Şekil 3 Ortalama akım için zeminde elde edilen boyutsuz kayma gerilmesi değerleri: a) Küçük daralma oranı için; b) Büyük daralma oranı için. Zeminde türbülanslı akım sebebiyle oluşan basınç çalkantıları sediment hareketi ve oyulmada oldukça önemli bir parametredir. Her iki daralma oranı için ayaklar etrafında oluşan boyutsuz ortalama basınç çalkantısı, 24U/'p'p , değerleri Şekil 4’te verilmiştir. Küçük daralma oranında boyutsuz ortalama basınç çalkantısı değerleri, özellikle ayakların mansabında ve AV1’in ekseni boyunca artış göstermektedir. Ayakların mansabında görülen artış AKT içerisinde ilerleyen düşey eksenli vorteks tüplerinin bu bölgeye ilerlemesiyle oluşmaktadır. Köprü yan ayağının akıma paralel olan duvarının memba tarafında da bir artış görülmektedir (Şekil 4a). Bu artış bu bölgede akım ayrışmasından dolayı oluşan kararlı bir vorteksin sonucudur. Büyük daralma oranında gözlemlenen maksimum boyutsuz ortalama basınç çalkantısı değeri küçük daralma oranındakinin yaklaşık olarak 350 katıdır. Küçük daralma oranında gözlendiği gibi büyük daralma oranında da ayakların mansap kısmında yüksek basınç çalkantılarının oluştuğu bir bölge mevcuttur. Daha önce açıklandığı gibi bu bölgenin oluşumuna AKT


içerisinde ilerleyen vorteks tüpleri yol açmaktadır. Küçük daralma oranındakinden farklı olarak ayakların memba tarafında kanal yan duvarına yakın bölgede de yüksek basınç çalkantısı değerleri görülmektedir. Bunun sebebi bu bölgede oldukça yoğun bir döngüsel faaliyetin bulunmasıdır. Her iki daralma oranında zemindeki basınç çalkantısı değerlerinde gözlemlenen farklılıklar hiç şüphesiz bu iki farklı koşulda ayaklar etrafında oluşacak olan oyulmanın şekli ve büyüklüğünü etkileyecektir.

Şekil 4 Ortalama akım için zeminde elde edilen boyutsuz basınç çalkantısı değerleri: a) Küçük daralma oranı için; b) Büyük daralma oranı için.

Sonuçlar Bu çalışmada DES modeli kullanılarak, bir kanalın her iki yanına yerleştirilen iki özdeş köprü yan ayağının oluşturduğu iki farklı daralma oranında, ayaklar etrafındaki geçici düzenli akım yapılarının değişimi incelenmiştir. Bu yapılarda, daralma oranı ile yoğun değişiklikler olduğu gözlemlenmiştir. Küçük daralma oranında, köprü yan ayakları etrafında oluşan yapılar tekil ayaklar etrafında oluşan yapılar ile aynıdır. Büyük daralma oranında ise kanal merkezinde akım yönünde zemine yakın bir pozisyonda uzanan bir çift daralma vorteksi oluşmaktadır. Bu vorteksler eksenleri boyunca tabanda yüksek kayma gerilmesi değerlerinin oluşmasına sebep olmaktadır. Bunun dışında normalde köprü yan ayağını bir yay şeklinde sarmalayan birincil atnalı vorteksi büyük daralma oranında bütünlüğünü yitirmektedir. Bu vorteksin sadece ayağın mansabına doğru uzanan kısmı etkinliğini koruyabilmektedir. Küçük daralma oranından farklı olarak büyük daralma oranında kanalın daralan kesitinin tamamında kayma gerilmesi ve basınç çalkantısı değerleri ciddi bir biçimde artmaktadır. Hiç şüphesiz her iki daralma oranında görülen tüm bu farklılıklar oyulmanın ilk safhalarındaki aşınma ve birikim bölgelerini etkileyecektir. Teşekkür Bu çalışma TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir (Proje no: 111M377). Bu çalışma kapsamında yapılan yüksek başarımlı hesaplamalar TÜBİTAK ULAKBİM TR-Grid ve ODTÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümü NAR HPC küme bilgisayarları altyapılarında gerçekleştirilmiştir. Bu vesile ile TÜBİTAK, ULAKBİM ve ODTÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümüne teşekkürlerimi sunarım.

Kaynaklar


Baker, C.J. (1980). The turbulent horseshoe vortex. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 6 (1-2) , 9-23. Dargahi, B. (1989). The turbulent flow field around a circular cylinder. Experiments in Fluids, 8 (1-2), 1-12. Koken M., Constantinescu G., 2008a, An investigation of the flow and scour mechanisms around isolated spur dikes in a shallow open channel. Part I. Conditions corresponding to the initiation of the erosion and deposition process. Water Resources Research, 44, W08406, DOI: 10.1029/2007WR006489 Koken M., Constantinescu G., 2009, An investigation of the dynamics of the coherent structures in a turbulent channel flow with a vertical sidewall obstruction. Physics of Fluids, 21(8), 085104, DOI: 10.1063/1.3207859 Koken M., 2011, Coherent structures around isolated spur dikes at various approach flow angles. Journal of Hydraulic Research, 49(6), 736-743, DOI: 10.1080/00221686.2011.616316 Koken M., Gogus, M. 2015, Effect of spur dike length on the horseshoe vortex system and the bed shear stress distribution. Journal of Hydraulic Research, 53(2), 196-206, DOI: 10.1080/00221686.2014.967819 Melville B., 1997, Pier and Abutment Scour: Integrated Approach. Journal of Hydraulic Engineering, 1997(123), 125-136.


Yukarı Kaleköy Barajı ve HES Dolusavak Hidrolik Model Deneyleri

Mustafa Göğüş, A. Burcu-Altan Sakarya, Mete Köken, Ali Ersin Dinçer, Cüneyt Yavuz, Emre Haspolat

ODTÜ İnşaat Müh. Böl. Hidromekanik Lab. Tel: (312) 210 54 99

E-Posta: [email protected]

Öz Murat nehri üzerinde yapılmakta olan Yukarı Kaleköy Barajı ve HES’in dolusavak yapısına ait hidrolik model çalışmaları ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidromekanik Laboratuvarında yapılmıştır. Dolusavak yapısı girişinde ve üzerindeki akım şartlarının incelenmesi amacı ile yapılmış olan bu model çalışması iki aşamada gerçekleştirilmiştir. 1/70 ölçekli imal edilen orijinal model, ortak ayırma duvarına sahip fakat boykesitleri farklılık gösteren bitişik iki dolusavak deşarj kanalından oluşmaktadır. Bu model üzerinde gerekli olan çalışmalar tamamlandıktan sonra, deşarj kanalları arasındaki ayırma duvarı kaldırılmış ve kanalların boykesitleride aynı kotlara alınarak yapı tek deşarj kanallı olarak revize edilmiştir. Her iki durumda da model üzerinde, verilen akım şartlarında yapı üzerindeki su derinlikleri ve basınç değerleri ölçülmüş ve mevcut havalandırıcıların yeterli olmadığı tespit edilmiştir. Yapı üzerindeki akımın yeterli derecede havalandırılabilmesi ve kavitasyon riskinin oluşmaması için gerekli olan havalandırıcıların boyutları belirlenmiştir. Bu çalışmada model üzerinde yapılan deneyler, elde edilen ölçümler, bunlarla ilgili veriler, eski ve yeni havalandırıcıların akım şartları üzerindeki etkileri sunulmuştur. Anahtar sözcükler: Dolusavak modelleri, Dolusavak havalandırıcıları, Hidrolik deneyler, Kavitasyon.

Giriş Bu çalışma, Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) ile Kalehan Kale Enerji Üretim A.Ş. (KALEHAN) arasında imzalanan ve 2013.03.03.2.00.63 numaralı proje anlaşması kapsamında yapılan Yukarı Kaleköy Barajı ve Hidroelektrik Santralı dolusavağının model testlerini içermektedir. Model çalışmalarının tamamı ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidromekanik Laboratuvarında TEMELSU A.Ş. tarafından gerçekleştirilen tasarımlar esas alınarak yapılmıştır (Göğüş ve diğ., 2014). Elektrik enerjisi üretmek amacı ile yapılmakta olan Yukarı Kaleköy Barajı ve HES, Bingöl ili sınırları içerisinde Murat nehri üzerinde yer almaktadır. Kurulu gücü 450 MW olan bu projede 3+1 Francis türbini bulunmaktadır. 4 adet radyal kapağı olan dolusavak barajın sol sahilinde yer almaktadır. Dolusavağın 1237,55 m rezervuar su kotunda geçirmesi beklenilen muhtemel maksimum feyezan debisi QPMF =8476,4 m3/s’dir. Bu çalışma kapsamında deneyler iki farklı model üzerinde yapılmıştır. Model-I, dolusavağın orijinal tasarımına göre yapılmış olup, savak yapısından sonra dolusavağın boşaltım kanalı birbirinden bağımsız iki ayrı kanal şeklinde ortak bir ayırma duvarı ile


farklı eğimlerde mansaba kadar uzanmaktadır. Model-II’de ise, KALEHAN’ın isteği üzerine, dolusavak boşaltım kanalları arasındaki ayırma duvarı kaldırılmış ve düşük kottaki kanal yükseltilerek diğeri ile aynı kota getirilmiştir. Bu durumda dolusavak yapısının boşaltım kanal sayısı bir olmuştur.

Model Çalışmaları Model Çalışmalarının Amacı KALEHAN tarafından model çalışmaları kapsamında yapılması istenilen araştırmalardan bazıları şunlardır (TEMELSU, 2013). Dolusavak yaklaşım kanalında ve yan duvarları etrafında, dolusavak yapısı üzerinde

ve ayakları etrafında akım şartları. Dolusavak boşaltım kanallarında akım şartları, yüzey dalgaları ve yan duvar

yüksekliklerinin yeterliliği. Boşaltım kanalları üzerinde yer alacak olan havalandırıcıların şekil ve yerleri.

Model Ölçeği ve Yapımı Laboratuvarın debi kapasitesi ve yer imkanları göz önüne alınarak yapılacak olan modelin ölçeği Froude benzeşim kuralına göre 1/70 olarak belirlenmiştir. Rezervuarın büyük bir bölümü, dolusavak yapısı ve boşaltım kanalları ve sıçratma eşiğinin mansap kısmında nehrin yeterli bir bölümü model inşasına dahil edilmiştir. Modele verilen suyun debisi, su alma borusu üzerine yerleştirilmiş olan akustik bir debi metre ile, akım derinlikleri limnimetrelerle ve basınç yükseklikleri piezometre tüpleri ile ölçülmüştür.

Model-I Üzerinde Yapılan Deneyler (Orijinal Tasarım)

Orijinal tasarıma göre yapılan Model-I’in, muhtemel maksimum feyezan debisi olan QPMF = 8476,4 m3/s’yi rahatlıkla geçirdiği görüldükten sonra, model elemanları üzerindeki akım şartlarını incelemek üzere gerekli deneyler QPMF =8476,4 m3/s, Q1000=4362 m3/s ve Q100=3256 m3/s debiler için tekrarlanmıştır. Kapakların hepsi açıkken, yukarıda belirtilen üç farklı debide deneyler yapılmış ve akım şartlarının yaklaşım kanalında, dolusavak girişinde ayaklar etrafında ve dolusavak gövdesi üzerinde oldukça düzgün olduğu ve boşaltım kanalları boyunca önemli derecede yüzey dalgalarının oluşmadığı gözlenmiştir. Bu bölgelerde akımların hidrolik açıdan oldukça iyi olduğu ve dolayısıyla model üzerinde herhangi yapısal bir değişikliğe gerek olmadığı anlaşılmıştır. Her bir boşaltım kanalında akım derinlikleri sağ ve sol duvarlar ile kanal merkezleri boyunca ölçülmüş ve mevcut duvar yüksekliklerinin iki bölge dışında yeterli olduğu tespit edilmiştir. Boşaltım kanallarının mansaba doğru daralma özelliklerinden dolayı duvar boylarınca su derinliklerinin kanal merkez çizgilerine nazaran daha fazla olmasından dolayı Kanal-I (sol) ve Kanal-II’de (sağ) iki bölgede QPMF=8476,4 m3/s’de suyun zaman zaman duvar yüksekliklerini aştığı belirlenmiş fakat bunların genel olarak bir problem yaratmayacağı kanaati oluşmuştur. Test edilen debilerin hepsinde de akımlar sıçratma eşiklerinden jet halinde ayrılmakta ve havada kısmen çarpışarak mansapta nehir üzerinde uygun yerlere düşmektedir. Akımların jet boyları, teorik hesaplamalarla elde edilen değerlere oldukça yakındır.

Havalandırıcılar Üzerinde Akım Şartları Kanal-I ve -II’de orijinal tasarıma göre yer alan dörder adet havalandırıcı üzerindeki akım şartları QPMF , Q1000 ve Q100 debilerinde gözlenmiş ve havalandırıcılar üzerindeki


ortalama akım jet boyları ölçülmüştür (Şekil 1-2). Her iki kanalda da test edilen her bir debide akımın jet boyu, akım doğrultusunda mansaba doğru ilerledikçe artmaktadır. Kanal-I ve –II’de 1 numaralı havalandırıcılarda QPMF gözlenen en küçük akım jet boyları sırasıyla 7,70 m ve 5,60 m olarak ölçülmüştür. Kanal-I ve -II’de 1. ve 2. havalandırıcılar akımı tam olarak havalandıramamaktadırlar.

Şekil 1. Kanal-I ve -II’de havalandırıcıların görünümü (Q=Q1000).

Şekil 2. Kanal-I ve II’de 1. havalandırıcının yandan görünüşü (Q=Q1000).

Dolusavak Yapısı Boyunca Basınç Ölçümleri Basınç ölçümleri model üzerinde her bir kanalın simetri ekseni boyunca yerleştirilmiş olan toplam 69 noktada (Kanal-I’de 35 ve Kanal-II’de 34 noktada) QPMF , Q1000 ve Q100

değerleri için ölçülmüştür. Kanal-I’de ölçülen minimum basınç yükseklikleri; Q=QPMF’de -0,42 m, Q=Q1000’de -0,98 m ve Q=Q100’de -0,56 m’dir. Bu noktaların hepsi de, mevcut havalandırıcıların mansap kısmında ve akımların jet boyları içerisinde olup, betonun limit çekme değeri olan -4,0 m’den küçüktür. Kanal-II’de atmosfer altı basınç ölçülmemiştir.

Kavitasyon Analizleri

Test edilen her bir debi için ölçülen ortalama basınç değerleri kullanılarak kavitasyon indeksi, σ, hesaplanmıştır.

σ = ( P0 - Pv ) / ( ½ ρ V2 ) (1)


Burada P0 ölçüm noktasındaki mutlak basıncı (P0=Pa+Pg; Pa=atmosfer basıncı ve Pg=ölçülen basınç), Pv=suyun buharlaşma basıncını, ρ=suyun yoğunluğunu ve V=basınç ölçüm noktasında akımın hızını göstermektedir. Kanal-I ve -II için kavitasyon indeksleri, TEMELSU (2013) tarafından kullanılan Pa =9,03 t/m2 ve Pv = 0,233 t/m2 değerleri kullanılarak hesaplanmıştır (Tablo 1 ve 2). Basınç ölçüm noktalarının büyük bir kısmında σ’nın değeri kavitasyon için kritik değer olan 0,2’nin üzerindedir (Falvey, 1990). Kanal-I’de 0,2’den küçük elde edilen σ değerleri; Q=QPMF’de 25 numaralı noktada 0,163 ve Q=Q1000’de 26 numaralı noktada 0,185’dir. Her iki noktada da akımın hızları 30 m/s’nin üzerindedir. Kanal-II’de 0,2’den küçük elde edilen σ değerleri; Q=QPMF’de 31 ve 32 numaralı noktalarda 0,177 ve 0,174 ve Q=Q1000’de 23 numaralı noktada 0,174’dür. Bu noktalarda ölçülen ortalama akım hızları 30 m/s’nin üzerindedir.

Havalandırıcıların Performans Analizleri

Hava Debisi ve Hızlarının Hesaplanması Havalandırıcıların performanslarının analizi için bunlardan geçen hava debilerinin ve hızlarının hesaplanması gerekir. Hava debisinin su debisine oranı, Qa/Q, boyutsuz havalanma katsayısı olup β ile gösterilmekte ve aşağıdaki bağıntı ile hesaplanmaktadır (Kokpinar ve Gogus, 2002).

β = 0,0189(Ljet/d)0,83 [(∑Aa/Aw) (H tanƟ)]0,24 (2)

Burada Ljet havalandırıcı üzerinde oluşan su jetinin uzunluğu, d akım derinliği, tanƟ kanal eğimi, Aa hava bacasının kesit alanı ve Aw havalandırıcının memba kısmında akımın alanıdır (Aw=b×d, b=kanal genişliği). Yukarıda verilen β’nın ifadesi laboratuvar datalarından elde edilmiş olup ölçek etkisini içermemektedir. p ölçek etkisini de içeren β’nın prototip çalışmalara uygulanabilecek ifadesidir.

p = Qa/Q = 5,194 β1,15 (3)

Hava bacasından geçen havanın hızı süreklilik denkleminden elde edilir.

Va = Qa / Aa (4)

Literatürde hava hızlarının 100 m/s’den fazla olmaması önerilmektedir (Falvey, 1990). Modelde kullanılan hava bacalarının prototip değerleri göz önüne alınarak iki adet hava bacası olan her bir havalandırıcı için test edilen debi değerlerinde; Aa =2×1,0×2,5= 5 m2 ve ölçülen akım jet boyları için, β, p ve hava hızları hesaplanarak Kanal-I ve -II için bulunmuştur. Hesaplanan Va değerleri 100 m/s’den küçük oldukları için hava bacalarının kesit alanlarında herhangi bir değişiklik yapmaya gerek duyulmamıştır.

Ortalama Hava Konsantrasyonlarının Hesabı Dolusavak boşaltım kanallarında havalandırıcılardan sonra akım üç bölge halinde incelenir. Birinci bölge akım saptırıcısının mansap ucundan (akım jetinin havalandığı kesit; x=0) başlar ve jetin boşaltım kanalına tekrar temas ettiği noktada sona erer (0 ≤ x/Ljet ≤1). İkinci bölge ise akım jetinin boşaltım kanalına tekrar temas ettiği nokta ile boşaltım kanalı üzerinde x=3Ljet noktası arasındaki bölgedir. Son bölge ise “uzak-bölge” olarak adlandırılır ve x/ Ljet ≥ 3 şartını sağlayan bölgedir. Pfister ve Hager (2010) akımdaki ortalama hava konsantrasyonunun hesabı için aşağıdaki ifadeyi önermişlerdir.

3 ≤ x ≤ Ljet /9 için

Ca = Ca(3Ljet) + 0,02(x/ Ljet – 3 ) Sin(Ɵ – 30) (5) ve Ca(3Ljet) = 0,008 (Ljet /d) + Cai (6)


Burada Cai =0,1, 5≤ Ljet /d ≤ 40 ve x jetin saptırıcı üzerinden havalandığı noktadan (x=0) itibaren boşaltım kanalı üzerinde ölçülen mesafedir. Kanal-I ve -II’de, test edilen debilerde Ca(3Ljet) ve Ca değerleri hesaplanmıştır. Kanal-I’de Ca(3Ljet) ve Ca değerleri sırasıyla 0,1098 ve 0,0945’den, Kanal-II’de ise Ca(3Ljet) değerleri 0,1075’den, Ca ise 0,0774’ten büyüktür. Literatürde kavitasyon hasarının olmaması için kabul edilen değer Ca ˃ 0,08’dir (Falvey, 1990). Her iki kanalda da havalandırıcılar arasındaki kesitlerde Ca değerleri 0,0774’den küçük olmadığı için, test edilen debilerin tümü için her iki kanalda da kavitasyon riskinin olmadığı söylenebilir. Tablo 1. Kanal-I için kavitasyon Tablo 2. Kanal-II için kavitasyon indeksleri (Q=QPMF) indeksleri (Q=QPMF)

Ölçüm Noktası

Dolusavak kretinden

mesafe (m)

Hız, V

(m/s)

Ölçülen Basınç,

Pg (t/m2)

Kavitasyon İndeksi,

σ

Ölçüm Noktası

Dolusavak kretinden

mesafe (m)

Hız, V

(m/s)

Ölçülen Basınç,

Pg (t/m2)

Kavitasyon İndeksi,

σ

1 0,65 12,36 1,12 1,275 1 0,00 11,09 0,84 1,538 2 7,40 15,44 1,05 0,810 2 6,30 14,41 0,14 0,844 3 13,35 18,02 1,33 0,612 3 12,46 17,30 1,19 0,655 4 18,75 19,66 5,32 0,717 4 18,00 18,80 4,97 0,764 5 23,77 19,66 12,67 1,090 5 23,08 18,80 12,67 1,191 6 29,50 19,66 17,22 1,321 6 28,71 18,80 17,50 1,459 7 45,14 20,59 16,59 1,175 7 53,50 19,30 16,73 1,345 8 53,72 22,47 6,16 0,581 8 67,16 18,44 7,28 0,928 9 66,33 23,02 4,69 0,499 9 73,45 20,66 5,04 0,636 10 73,32 19,57 2,73 0,590 10 90,97 21,16 4,83 0,597 11 85,55 22,24 2,87 0,463 11 108,82 20,55 5,32 0,656 12 97,94 22,62 2,94 0,450 12 121,02 20,91 1,61 0,467 13 104,85 24,26 4,34 0,438 13 132,65 20,20 3,08 0,571 14 113,77 26,57 3,01 0,328 14 136,55 20,32 0,49 0,441 15 123,23 23,64 6,30 0,530 15 146,39 20,61 3,85 0,584 16(A1)

* 129,03 22,69 6,16 0,570 16 158,21 22,08 6,23 0,605 17 139,97 24,56 10,29 0,621 17 (A1)

* 163,80 24,90 5,04 0,438 18 154,85 25,12 5,53 0,446 18 175,49 23,94 6,65 0,529 19 169,51 26,93 7,28 0,435 19 185,95 27,37 5,04 0,362 20 (A2) 175,64 29,23 6,79 0,358 20 199,73 29,84 4,83 0,300 21 186,64 28,06 -0,07 0,217 21 (A2) 210,80 30,39 6,09 0,316 22 201,50 32,87 4,20 0,236 22 222,34 33,19 6,86 0,279 23 216,57 33,19 7,00 0,281 23 238,89 34,13 4,62 0,226 24 (A3) 222,37 33,81 7,21 0,275 24 252,07 32,60 7,84 0,307 25 233,40 32,37 -0,07 0,163 25 (A3) 257,53 24,69 7,35 0,520 26 247,94 35,62 6,09 0,230 26 269,02 22,91 9,10 0,669 27 263,07 29,67 6,02 0,330 27 282,20 19,87 4,27 0,649 28 (A4) 269,21 30,27 7,00 0,338 28 294,36 24,02 7,49 0,554 29 280,21 26,43 -0,42 0,235 29 (A4) 300,02 28,11 5,32 0,350 30 294,41 27,19 6,79 0,414 30 309,77 32,03 7,49 0,312 31 309,07 28,00 5,25 0,351 31 329,03 40,42 5,95 0,177 32 327,58 29,70 11,06 0,442 32 343,56 41,64 6,58 0,174 33 337,83 36,00 - - 33 357,07 40,00 13,58 0,274 34 346,69 36,68 14,56 0,341 34 370,93 32,56 34,44 0,800 35 379,44 31,53 14,35 0,457

*Ai, i=1-4, havalandırıcılar

Model-I Deney Sonuçlarının İrdelenmesi Orijinal tasarıma göre yapılan Model-I’de gerekli deneylerin tamamlanmasından sonra, deney sonuçları TEMELSU’nun yetkilileri ile irdelenmiş ve neticede; dolusavak


yaklaşım kanalında ve yan duvarlarında, dolusavak gövdesinde ve ayaklarının şekil ve boyutları üzerinde herhangi bir değişiklik yapmaya gerek olmadığı kanaati oluşmuştur. Kanal-I ve -II üzerinde bulunan birinci ve ikinci havalandırıcılar akımı yeteri kadar havalandıramamakta ve dolayısıyla bunların üzerinde oluşan akım jetlerinin boyları oldukça kısadır. Bu istenmeyen durumun ortadan kaldırılması için her iki kanalda da akım saptırıcılarının yüksekliklerinin 0,20 m kadar daha yükseltilmesinin yararlı olacağı düşünülmüş ve bu nedenle orijinal tasarımda 0,40 m olarak tasarlanan saptırıcı yüksekliklerinin mevcut saptırıcı uzunluklarını değiştirmeden 0,60 m olması kararlaştırılmıştır. Şekil 3 ve 4 saptırıcıların orijinal ve yeni tasarımdaki boyutlarını göstermektedir.

Şekil 3. Orijinal tasarımdaki havalandırıcıların boyutları

Şekil 4. Yeni tasarımdaki havalandırıcıların boyutları

Model-I (Yeni Tasarım) Üzerinde Yapılan Deneyler Model-I (Orijinal tasarım) üzerinde yapılan deneylerin tamamı, QPMF , Q1000 ve Q100 debileri için yeni tasarıma göre düzenlenen Model-I üzerinde tekrarlanmış ve aşağıdaki bölümlerde kısaca özetlenmiştir. Dolusavağın; yaklaşım kanalında, yan duvarlarında ve ayaklarında ve dolusavak yapısı ile kanallardaki birinci havalandırıcılar arasında herhangi bir değişiklik yapılmadığı için, belirtilen bölgelerde gözlenen akım şartları önceki deney sonuçlarına göre bir farklılık göstermemiştir. Değiştirilen akım saptırıcıların yüksekliklerinden dolayı, her iki boşaltım kanalında da akım derinlikleri ve basınçlarda orijinal tasarım durumuna göre değişiklikler gözlenmiştir. Yapılan gözlemlerden, her iki boşaltım kanalında da akım derinlikleri ve yüzey dalgalanmaları açısından istenmeyen herhangi bir durumun mevcut olmadığı anlaşılmıştır. Sıçratma eşiklerinden çıkan su jetlerinin uzunlukları önceki durumda elde edilen değerlerle uyumludur.

Havalandırıcılar Üzerinde Akım Şartları Test edilen üç farklı debide Kanal-I ve II’de havalandırıcılar üzerinde oluşan akımın jet boyları ölçülmüş ve bunların orijinal havalandırıcılarla yapılan deneylerden elde edilen değerlerden oldukça büyük oldukları görülmüştür. Q=QPMF için Kanal-I ve -II’de gözlemlenen en küçük jet boyları sırasıyla 14,70 m ve 11,90 m’dir. Şekil 5, Kanal-I ve -


II’de 1. ve 2. havalandırıcılar üzerindeki akım şartlarını göstermektedir. Yapılan ölçüm ve gözlemlerden sonra yeni tasarıma göre düzenlenen Model-I’de akımın, her iki boşaltım kanalında da oldukça iyi bir şekilde havalandırıldığı söylenebilir.

Şekil 5. Kanal-I ve II’nin 1. ve 2. havalandırıcılarının yandan görünüşü (Q=QPMF)

Basınç Ölçümleri Dolusavak yapısı boyunca yapılan basınç ölçümlerinden elde edilen en düşük basınç değerleri Q=QPMF için; Kanal-I’de -0,42 m ve Kanal-II’de -0,07 m’dir. Basınç ölçüm noktalarının hepsinde akımların havalanması oldukça iyidir.

Kavitasyon Analizi

Yeni modelin dataları kullanılarak kavitasyon indeksi, σ test edilen üç farklı debi değerleri için hesaplanmıştır. Yeni model için bulunan σ değerleri, orijinal modelden elde edilen σ değerlerinden oldukça yüksektir. Kanal-I’de Q=QPMF için bulunan en düşük kavitasyon indeksi 31 numaralı noktada σ = 0,189’dur. Kanal II’de ise en küçük kavitasyon indeksi Q=Q100 için 31 numaralı noktada σ = 0,177 olarak bulunmuştur. Hesaplanan en küçük σ değerleri 0,2 değerinden fazla küçük olmadıklarından ve bunlar hesaplanırken kanalların en kesitlerindeki en küçük su derinlikleri, ki bunlar çoğunlukla orta eksen boyunca oluşmaktadırlar, kullanıldığından dolayı kanal en kesitleri boyunca ortalama σ değerleri hesaplanmış olan değerlerden büyük olacaktır.

Havalandırıcıların Performans Analizleri Akım saptırıcıları üzerinde oluşan jet boylarının ölçülen değerleri kullanılarak, her bir kanaldaki havalandırıcı için β, βp ve hava hızları hesaplanmış ve sadece tek bir debide (Q=Q1000) iki havalandırıcı hariç (Kanal-I ve -II’de sırasıyla 3. ve 4. havalandırıcılar) hava hızlarının hepsinin 100 m/s’den küçük oldukları görülmüştür.

Ortalama Hava Konsantrasyonlarının Hesabı Önceden yapıldığı gibi, Kanal-I ve -II için test edilen debilerde Ca(3Ljet) ve Ca değerleri hesaplanmış ve ortalama hava konsantrasyon değerleri Kanal-I’de 0,12 nin Kanal-II’de ise 0,11’in üzerinde olduğu belirlenmiştir. Her iki kanalda da Ca değerleri 0,08’den büyük olduğu için kanallarda kavitasyon riskinin olmadığı söylenebilir.

Model-II Üzerinde Yapılan Deneyler Orijinal tasarımda yer alan Kanal-I’in zemin şartlarının uygunluğunun belirlenmesinden sonra, KALEHAN’ın önerisi ile yeni tasarımda Kanal-I yükseltilerek Kanal-II’nin


kotuna çıkartılmış ve kanallar arasındaki ayırma duvarı da kaldırılarak boşaltım kanal sayısı bire düşürülmüştür. Bu öneri kapsamında Model-I üzerinde gerekli değişiklikler yapılmış ve yeni model Model-II olarak isimlendirilmiştir. Model-I’in Kanal-II’sinde yeni tasarıma göre düzenlenmiş olan 4 adet havalandırıcı, Model-II üzerinde boşaltım kanalı eni boyunca uzatılarak yeni modelin havalandırıcıları elde edilmiştir. Ancak bu yeni modelde boşaltım kanalının enleri havalandırıcıların bulundukları kesitlerde Model-I’e göre hemen hemen iki misli artmıştır. Mevcut havalandırıcılarda sol ve sağ boşaltım kanalı yan duvarları boyunca bulunan iki adet havalandırma bacasının, kanal enkesitleri boyunca, özellikle kesitlerin orta bölgelerinde, akımı yeteri kadar havalandıramayacaklarının tespit edilmesinden sonra, akım saptırıcılarının alt kısımlarına kanal en kesitleri boyunca ilave havalandırma tünellerinin yapılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Sol ve sağ kanal duvarları üzerinde iki adet ilave havalandırma bacası yer alacak olan bu havalandırma tünelleri üzerine şaşırtmalı olarak farklı sayılarda havalandırma pencereleri açılmıştır. Şekil 6 Model-II’nin 1. havalandırıcısının plan ve kesitini göstermektedir. Model-I’de yapılan deneylerin hepsi Model-II’de de yine aynı debilerde; QPMF , Q1000 ve Q100 için kapakların tamamen açık olması durumlarında tekrarlanmıştır. Bu deneyler kapsamında; akım derinlikleri, basınç yükseklikleri, kavitasyon indeksleri ve ortalama hava konsantrasyonları hesaplanmıştır.

Şekil 6. 1. havalandırıcının plan ve kesitleri.

Dolusavak Gövdesi ile Sıçratma Eşikleri Arasında Akım Şartları Su yüzü kotları ve akım derinlikleri, boşaltım kanalının sağ ve sol duvarları ve kanalın simetri ekseni boyunca ölçülmüştür. Yapılan gözlemlerden ve elde edilen verilerden, boşaltım kanalındaki akım şartlarının ve oluşan su yüzeyi dalgalarının kabul edilebilir olduğu kanaati oluşmuştur. Q=QPMF durumunda dolusavak kretinden yaklaşık olarak 280-290 m mansapta tespit edilen zaman zaman akımın sağ duvar üzerinden taşma durumunun bir sorun yaratmayacağı ve dolayısıyla mevcut duvar yüksekliklerinin yeterli olduğu kabul edilmiştir. Dolusavak sıçratma eşiğinden çıkan akım jet boylarının TEMELSU (2013) tarafından verilen değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür.

Havalandırıcılar Üzerinde Akım Şartları Havalandırıcılardaki akım şartları, QPMF , Q1000 ve Q100 debileri için gözlenmiş ve akım saptırıcılar üzerindeki jet boyları ölçülmüştür. Tespit edilen en küçük akım jet boyu Q=QPMF için 1. havalandırıcıda 15,40 m’dir. Ölçülen akım jet boylarından ve gözlenen akım şartlarından, havalandırıcıların akımı yeteri kadar havalandırdıkları söylenebilir.


Dolusavak Boyunca Basınç Ölçümleri Dolusavak boşaltım kanalının simetri ekseni boyunca yerleştirilmiş olan 26 adet ölçüm noktasında, test edilen her bir debi için akımın basınçları ölçülmüştür. Elde edilen en küçük basınç değerleri; Q=QPMF için 22 numaralı noktada -1,47 m, Q=Q1000 için 22 ve 25 numaralı noktalarda -1,30 m ve Q=Q100 için 22 numaralı noktada -0,77 m’dir. Belirtilen bu noktaların hepsinde de akımlar çok iyi bir şekilde havalandırıldıkları için, bu noktalarda kavitasyon riskinin olmayacağı söylenebilir.

Kavitasyon Analizleri

Kavitasyon indeksi, σ’nın hesaplanmasında, ölçüm kesitlerinde ölçülen ortalama basınç ve minimum su derinlikleri kullanılmıştır (Tablo 3). Bu şekilde bulunan σ değerleri, o kesite ait bulunabilecek en küçük değerlerdir. Test edilen akım debisine göre hesaplanan en küçük σ değerleri aşağıda özetlenmiştir. Q=QPMF için 22 numaralı noktada σ=0,10’dur. Bu nokta 4 numaralı havalandırıcı

üzerinde oluşan akım jet boyu içerisinde olup tamamen havalandırılmaktadır. Q=Q1000 için 23 numaralı noktada σ = 0,10. Kavitasyon indeksinin 0,2’den küçük olduğu ölçüm noktalarının büyük bir kısmı, havalandırıcılar üzerindeki akım jet boyları içerisinde yer almaktadırlar ve bu noktalar oldukça iyi bir şekilde havalandırılmaktadırlar. Akım derinliklerinin σ üzerindeki etkisini tespit etmek için yeni σ değerleri ölçüm kesitinin simetri eksenindeki akım derinlikleri ve yine aynı kesitte ortalama akım derinlik değerleri kullanılarak bulunmuş ve akım derinliği arttıkça σ değerlerinin de arttığı tespit edilmiştir.

Tablo 3. Kavitasyon indeksleri (Q=QPMF)

Ölçüm No

Dolusavak kretinden

mesafe (m)

Hız, V

(m/s)

Ölçülen basınç,

Pg (t/m2)

Kavitasyon indeksi,

σ

1 75,44 21,28 5,53 0,62 2 85,94 20,38 4,48 0,63 3 99,94 21,48 3,15 0,51 4 110,78 23,70 2,38 0,39 5 124,25 26,46 3,78 0,35 6 134,24 35,62 3,29 0,19 7 147,42 33,27 6,30 0,27 8 158,44 33,89 6,23 0,26

9 (A1)* 163,81 31,45 5,25 0,28

10 176,45 29,76 0,35 0,20 11 187,22 28,24 6,93 0,39 12 200,70 29,62 8,19 0,38

13 (A2)* 210,80 32,31 6,86 0,29

14 221,44 29,79 -0,70 0,18 15 236,87 35,25 7,70 0,26 16 250,48 36,06 8,26 0,26

17 (A3)* 257,53 43,13 8,61 0,18

18 268,11 34,52 -0,28 0,14 19 279,51 41,08 2,59 0,13 20 290,14 41,88 6,37 0,17

21 (A4)* 299,82 43,01 5,81 0,15

22 313,39 37,47 -1,47 0,10 23 334,74 39,05 6,93 0,20 24 361,33 38,46 23,17 0,42 25 368,43 34,45 31,43 0,67 26 379,54 37,48 16,10 0,35


Havalandırıcıların Performans Analizleri Havalandırıcıların üzerlerinde ölçülen akım jet boyları göz önüne alınarak her bir havalandırıcı için β, βp ve hava hızları hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda kullanılan havalandırıcı alanları 2×(1.50×2.50) + 2×(2.00×3.50) = 21,50 m2 olarak alınmıştır. Havalandırıcılardaki hava hızları, Va, test edilen her akım debisi için 100 m/s’den küçüktür. Model-II için hesaplanan Ca(3Ljet) ve Ca değerlerinin tümü 0,1271 (˃0,08)’den büyük olup, dolusavak boşaltım kanalı boyunca kavitasyon riskinin olmadığı söylenebilir.

Sonuç ve Öneriler Dolusavak yaklaşım kanalının yan duvarlarının uzunlukları ve şekilleri, akımın

dolusavak yapısına oldukça üniform ve sakin bir şekilde yaklaşmasını temin ettikleri için yeterlidir.

Test edilen her debide; dolusavak kapaklarının debi kapasitelerinin hemen hemen aynı olduğu ve ve dolusavak ayakları etrafındaki akım şartlarının hidrolik açıdan oldukça iyi olduğu gözlemlenmiştir.

Sadece QPMF=8476,4 m3/s’de dolusavak kretinden 280-290 m mansapta dolusavak boşaltım kanalının sağ duvarı üzerinde zaman zaman su taşmaları olmaktadır. QPMF’den küçük debilerde duvarların üzerinden su taşması olmamaktadır.

Dolusavak boşaltım kanalı boyunca, sıçratma eşiğinde ve mansabında akım şartları hidrolik açıdan oldukça iyidir.

Akım saptırıcı yükseklikleri 0,20 m artırılmış olan havalandırıcılara ilave olarak yapılan havalandırma tünelleri sayesinde test edilen her debide akım, boşaltım kanalı boyunca iyi bir şekilde havalanmaktadır.

Hava bacalarındaki hava akım hızları 100 m/s’den küçüktür. Dolusavak boşaltım kanalında QPMF için hesaplanan en düşük ortalama hava

konsantrasyonu 0,1271’dir.

Kaynaklar

Falvey, H. (1990), Cavitation in Chutes and Spillways, USBR Monograph, No:42. Göğüş, M. ve diğ. (2014), Yukarı Kaleköy Dam and Hydroelectric Power Plant Spillway Hydraulic Model Studies, Final Report, May 2014, Middle East Technical University, Civil Engineering Department, Hydromechanics Laboratory, Project No: 2013.03.03.2.00.63. Kokpınar, M. A. and Gogus, M. (2002), High-speed jet flows over spillway aerators. Canadian Journal of Civil Engineers. 29: 885-898. Pfister, M. and Hager, W. H. (2010), Chute Aerators II: Hydraulic Design. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol.136, No.6, 360-367. TEMELSU (2013), Upper Kaleköy Dam and Hydroelectric Power Plant Hydraulic Calculations, Ankara.


RSM Türbülans Modeli İle Enerji Kırıcı Yapı Üzerindeki Akımın Sayısal Modellenmesi

M. Sami Aköz1, Oğuz Şimşek1, N. Göksu Soydan2, Veysel Gümüş3, M. Salih Kırkgöz1

[email protected]; [email protected]; [email protected];

[email protected]; [email protected]

1 Çukurova Üniversitesi Müh. Mim. Fak. İnşaat Müh. Bölümü, Adana 2 Çukurova Üniversitesi Ceyhan Müh. Fak. İnşaat Müh. Bölümü, Adana

3 Harran Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh. Bölümü, Şanlıurfa

Öz Laboratuvar kanalında, dolusavak mansabında bulunan enerji kırıcı yapı ile etkileşim halindeki serbest yüzeyli akımın hız alanı Laser Doppler Anemometresi (LDA) ile ölçülmüştür. Akımı idare eden denklemler, deney koşullarındaki iki-boyutlu türbülanslı akımlar için Sonlu Hacimler Yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal hesaplamalarda RSM türbülans kapatma modeli kullanılmış ve su yüzü profilleri Akışkan Hacimleri (VOF) yöntemi ile belirlenmiştir. Sayısal hesaplamalardan elde edilen su yüzü ve hız profilleri deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Sayısal model bulgularının deneysel olarak doğrulanması bağlamında yapılan karşılaştırmalarda, RSM türbülans modelinin incelenen akım probleminde hız alanı, su yüzü profili ve enerji kaybının belirlenmesinde başarılı olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar sözcükler: Enerji Kırıcı Yapı, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, akışkan hacimleri Yöntemi (VOF), RSM, Hız Profili

Giriş

Barajların güvenlik elemanı olan dolusavak yapıları üzerinden tahliye edilen akım, memba ve mansap su yüzü kot farkından dolayı yüksek kinetik enerjiye sahiptir. Yüksek enerjiye sahip bu akımın, baraj yapısına ve nehir yatağına zarar vermeden baraj mansabına aktarılabilmesi için, dolusavak mansabında enerji kırıcı bir yapının kullanılması gerekmektedir (Savage ve diğ., 2001, Shahheydari ve diğ., 2014, Champagne and Barkdoll, 2015). Enerji kırıcı yapıların geliştirilmesi ve hidrolik performansı ile ilgili yürütülen kapsamlı araştırmalar geçmişten günümüze çeşitli teknikler kullanılarak devam etmektedir. Bu yapıların enerji sönümleme oranları ve geometrik özellikleri fiziksel model deneyleri ile araştırılabilmektedir. Laboratuvar ortamında gerçekleştirilen fiziksel model çalışmaları zaman kaybına ve yüksek maliyetlere neden olabilmektedir. Bunun yanı sıra, ölçek etkilerinden kaynaklanan hataların sonuçlar üzerinde etkisinin olduğu da bilinmektedir.


Diğer taraftan, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD-CFD) yöntemlerinde son yıllarda kaydedilen önemli gelişmeler sayesinde, bu tür karmaşık akım problemlerinin sayısal model deneyleriyle, bilgisayar yöntemleri kullanılarak pratik amaçlara yönelik daha ekonomik ve ayrıntılı analizlerinin yapılması imkânı sağlanmıştır. HAD yöntemleri ile, türbülanslı akımı idare eden temel denklemler sayısal olarak çözülmekte ve denklemlerde yer alan türbülans karakteristiklerini belirleyici terimlerin, türbülans kapatma modelleri ile formülasyonu yapılmaktadır. Bu bağlamda, Ho ve diğ., (2003), dolusavak üzerinden geçen akımın özelliklerini teorik olarak incelemişlerdir. İki ve üç boyutlu sayısal model çalışmaları sonucunda elde ettikleri sayısal bulguları Warragamba, Hume ve Buffalo Barajlarının dolusavaklarında yaptıkları ölçümler ile karşılaştırmışlardır. Tabara ve diğ., (2005), basamaklı dolu savaklar üzerinden geçen akımı sayısal ve deneysel olarak modellemişlerdir. ADINA programı yardımıyla elde ettikleri sayısal bulguları, laboratuvar ortamında yaptıkları ölçümlerden elde ettikleri deneysel bulgularla karşılaştırmışlar ve HAD çözüm tekniklerinin, basamaklı dolu savak üzerindeki akımların karakteristik özelliklerinin belirlenmesinde başarılı bir şekilde kullanılabileceği sonucuna varmışlardır. Dursun ve diğ., (2009), basamaklı ve basamaksız dolusavak mansabında oluşan enerji kırılmasını deneysel ve sayısal olarak incelemişlerdir. ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla farklı yapı ve akım koşulları altındaki akımı idare eden denklemler k-ε türbülans modeli kullanılarak çözülmüştür. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda sayısal ve deneysel akım karakteristiklerinin birbirleriyle gayet uyumlu oldukları belirlenmiştir. Morales ve diğ., (2012), Ogee profilli dolusavak üzerinden geçen akımı ve sonrasında oluşan hidrolik sıçramayı deneysel ve sayısal olarak modellemişlerdir. Sayısal modellemelerde türbülans viskozitesinin hesabı için k-ω türbülans modelini kullanmışlardır. Akım profili ve hidrolik sıçrama uzunluğu ile ilgili elde edilen sayısal bulguları deneysel ölçümlerle karşılaştırmışlar; sayısal bulguların, deneysel ölçümlere olan yakınlığının kabul edilebilir derecelerde olduğu sonucuna varmışlardır. Babaali ve diğ., (2015), çalışmalarında, USBR II tipi sıçrama havuzu kullanarak meydana gelen hidrolik sıçramayı sayısal ve deneysel olarak incelemişlerdir. Sayısal analizlerden Sonlu Hacimler yöntemine dayalı Flow-3D modelini kullanmışlardır. Standard k- (SKE) ve Re-normalization Group (RNG) türbülans modellerini kullanarak yaptıkları sayısal modelleme sonucunda Flow-3D ile yapılan sayısal modellemenin, genel akım profilini ve hidrolik sıçramayı doğru bir şekilde tahmin ettiği sonucuna ulaşmışlardır. Sayısal bulguların deneysel ölçümlerle karşılaştırılması sonucunda, RNG modeli ile elde edilen bulguların SKE modeline göre deneylerle daha uyumlu olduğunu belirlemişlerdir. Bu çalışmada, enerji kırıcı yapı üzerinden geçen akım deneysel ve sayısal olarak modellenmiştir. Akımı idare eden temel denklemler, kütlenin korunumu ve momentumun korunumu (Reynolds-ortalamalı Navier-Stokes denklemleri), Sonlu Hacimler Yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla Reynolds Gerilmesi (Reynolds Stress Model-RSM) türbülans modeli kullanılarak sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal modellemede su yüzünün geometrisinin belirlenmesinde, Akışkan Hacimleri (Volume of Fluid-VOF) yöntemi kullanılmıştır. Sayısal modelden elde edilen akım profili ve hız alanı ile ilgili bulgular, laboratuvarda yapılan deneysel ölçümlerden elde edilen bulgularla karşılaştırılmıştır. Deneylerde, hız alanının ölçülmesi için Laser Doppler Anemometresi (LDA) kullanılmıştır. Sayısal modellemenin deneylerle doğrulanmasına yönelik yapılan karşılaştırmalarda, enerji kırıcı yapı üzerindeki akım karakteristiklerinin ve özelliklerinin tahmin edilmesindeki performansı test edilmiştir.


Deney Düzeneği

Deneyler, uzunluğu 2,4 m, genişliği ve derinliği 0,2 m olan, hidrolik bakımdan cilalı sürtünme niteliğine sahip yatay bir laboratuvar kanalında yapılmıştır. Deney modeli olarak, Şekil 1’de görüldüğü gibi kanala yerleştirilmiş, uzunluğu 32 cm, genişliği 20 cm ve kret yüksekliği 10,5 cm olan dolu savak modeli kullanılmıştır. Dolusavak kontrol yapısının 35 cm mansabına, taban genişliği 4,5 cm, kret genişliği 3 cm ve yüksekliği 3 cm olan trapez kesitli bir eşik yerleştirilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi, kanaldaki akımın derinliği, kanal sonuna yerleştirilmiş keskin kenarlı bir kapak yardımıyla ayarlanmıştır. Q=2,85 l/s akım durumu için akım alanı tek boyutlu LDA sistemi ile ve su yüzü profili kanal boyunca limnimetre ile ölçülmüştür. Sıçrama bölgesinde su yüzünün zamansal değişimi dikkate alınarak bu bölgede çok sayıda okuma yapılmış ve bunların ortalaması kullanılmıştır.

Şekil 1 Deney düzeneği.

Temel Denklemler ve Sayısal Çözüm Temel Denklemler Açık kanaldaki enerji kırıcı yapı modeli ile etkileşim halindeki akım; düzenli, iki-boyutlu, sıkışmayan, türbülanslı serbest yüzeyli bir akımdır. Akımı idare eden temel denklemler, kütlenin korunumu ve momentumun korunumu (Reynolds-ortalamalı Navier-Stokes denklemleri), aşağıdaki gibidir:

0

i

i

xu

(1)

j

ij

j

i

ii

j

ij

i

xxu

xp

gxu

utu

2

2

(2)

(1) ve (2) denklemlerinde iu , xi doğrultusundaki ortalama hız bileşeni, gi yer çekimi ivmesi, p ortalama basınç, μ dinamik viskozite, ρ suyun yoğunluğu ve ij türbülans (Reynolds) gerilmeleridir.


Genel halde, üç-boyutlu akım alanında, (1) ve (2) ile verilen 4 denklem 10 adet bilinmeyen içermektedir, bunlar: üç hız bileşeni iu , basınç p , ve altı bağımsız

Reynolds gerilmesi jiuu ’dir. Buna göre, 6 adet bilinmeyen açısından denklem sisteminin kapatılabilmesi için türbülans gerilmelerinin tanımlanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sorun, yukarıdaki zamansal-ortalama denklemlerin sayısal hesaplama sürecinde, denklemlerde yer alan türbülans gerilmelerinin türbülans kapatma modelleri ile tanımlanmasını gerektirmektedir. Bu çalışmaya konu olan akım için (1) ve (2) denklemlerinin iki-boyutlu çözümü yapılmıştır. Türbülans viskozitesinin doğrusal formda formülasyonunu esas alan Boussinesq yaklaşımına göre (2) denklemindeki türbülans gerilmeleri, bünye denklemi ile, sıkışmayan akımlar için, aşağıdaki gibi verilmiştir:

iji

j

j

itjiij k

32

x

u

x

uuu

(3)

Burada iu ve ju yatay ve düşey türbülans hız sapınçları, µt türbülans viskozitesi, k

( 2/iiuu ) türbülans kinetik enerjisi ve ij Kronecker delta’dır. Akışkan hareketinin HAD yöntemleri ile modellenmesinde, (3) denklemindeki µt türbülans viskozitesinin ifade edilmesinde birçok türbülans modeli geliştirilmiştir. Bu çalışmada, aşağıda ifade edilen RSM (Gibson ve Launder, 1978; Launder, 1989) türbülans kapatma modeli kullanılmıştır. Reynolds Gerilmesi Türbülans Modeli (RSM) Reynolds Gerilmesi Modeli (Reynolds Stress Model-RSM) adını taşıyan bu yöntem hareket denklemlerinde yer alan Reynolds gerilmelerinin ( jiuu ) doğrudan transport denklemlerinin çözümüyle hesaplanması esasına dayanmaktadır (Gibson ve Launder, 1978; Launder, 1989).

, ,

1 2 3 4 5

( ' ' ) ( ' ' )i j k i j T ij L ij ij ij ijk

u u u u u D D Pt x

(4)

Denklemin sağında 1-5 arasında sıralanan terimler; türbülans difüzyonu, moleküler difüzyon, türbülans gerilmeleri üretim terimi, basınç uzatma terimi ve disipasyon terimini ifade etmektedir. Akışkan Hacimleri Yöntemi (VOF) ile Su Yüzünün Hesaplanması Sayısal modellemelerde, sıvı ile havanın ara kesitindeki serbest su yüzünün bulunmasında Akışkan Hacimleri (Volume of Fluid-VOF) yöntemi güvenilir bir teknik olarak kullanılmaktadır (Hirt ve diğ., 1981). Bu yöntem, hesaplama ağında, sıvı ile havanın ara kesitindeki ağ elemanlarının hacimsel doluluk oranını esas almakta ve bir sayısal hesaplama ağına belirli zaman aralıklarında giren sıvının eleman hacimlerini doldurma oranlarının belirlenmesini ve böylece, akımda serbest yüzey profilinin seçilmiş zaman adımlarında hesaplanmasını gerçekleştiren bir sürece dayanmaktadır. Şekil 2’de görüldüğü gibi, hacimsel doluluk oranını temsilen F=1 için ağ elemanı sıvı


ile tam dolu, F=0 için boş (hava ile dolu), ve 0<F<1 için sıvı ile kısmen dolu olmaktadır. Sayısal çözüm sürecinde, VOF yöntemi ile zamana bağlı temel denklemlerin her bir zaman adımındaki sayısal çözümünden, hesaplama ağı içerisindeki akım yüzeyinin konumu tespit edilebilmektedir.

Şekil 2 Akım profili altındaki ağ elemanlarının doluluk oranı. VOF yöntemi ile serbest su yüzünün hesaplanmasında “Geo-Reconstruct” yaklaşımı kullanılmıştır (Fluent, 2012). Bu yaklaşıma göre, öncelikle, kısmen dolu her bir hücrenin, doluluk oranı ve onun türevleri ile ilgili bilgilere dayanılarak, hava-su doğrusal ara yüzünün hücre ağırlık merkezine göre yeri belirlenir. Bir sonraki adımda, hesaplanmış doğrusal ara yüzün yeri ve eleman yüzeylerinde hesaplanmış normal ve teğetsel hız bilgileri kullanılarak her bir eleman yüzeyinden taşınan akışkan miktarları bulunur. Son olarak, bir önceki adımda hesaplanan akışkan miktarları göz önüne alınarak, süreklilik denklemi ile her bir hücrenin yeni hacimsel doluluk oranı hesaplanır. Çözüm Bölgesi, Sınır ve Başlangıç Şartları Dolusavak sonundaki enerji kırıcı yapı ile etkileşim halindeki akımın sayısal modeli için kullanılan çözüm bölgesinin geometrisi ve boyutları Şekil 3’te verilmiştir. Koordinat sisteminin orijini, çözüm bölgesinin sol alt köşesi olarak alınmıştır. Çözüm bölgesinin üst sınırı memba su seviyesinin biraz üstünde, alt sınırı ise kanal tabanından geçmektedir. Alt sınırda ve kanal sonundaki kapağı temsilen sıfır-hız duvar sınır şartı, yani u=v=0 kabulü yapılmıştır. Çözüm bölgesinin giriş sınırında, yatay hız bileşeni üniform kabul edilmiş ve kesit ortalama hızına eşdeğer olarak u=0.111 m/s kullanılmış, giriş sınırında düşey hız bileşeni v=0 alınmıştır. Kanal sonundaki serbest dökülme kesiti olan çıkış sınırında ve çözüm bölgesinin üst sınırında basınç şartı p=0 değeri kullanılmıştır.

Şekil 3 Çözüm bölgesi ve sınır şartları.

F=0 0<F<1

F=1

0,0

Giriş sınırı u=0,111 y=0 m/s F=1

Üst sınır p=0

0,625 Çıkış sınırı p=0

Alt sınır u=0 v=0

2,4 m

x

y Çözüm bölgesi

X

II

V

VI

III VII

h

I

IV VIII

IX

XI

1,34

XV XIV

XVI

XIII

XII

XVII

0,945

Kapak


Zamana bağlı çözüm sürecinde, başlangıç şartı olarak çözüm bölgesinin giriş sınırında doluluk oranı F=1 alınırken, sayısal modellemede zaman adımı Δt=0.001 s olarak seçilmiştir.

Hesaplama Ağının Tasarımı Akımların bir yapı ile etkileşim alanlarının sayısal hesaplamalarında, çözüm bölgesine ait hesaplama ağı tasarımının sonuçlar üzerinde büyük ölçüde etkili olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada hesaplama ağı oluşturulurken, Şekil 3’de verilen sayısal çözüm bölgesi, Şekil 4’de görüldüğü gibi, 16 alt bölgeye ayrılmış, her bir alt bölgede, dikdörtgen elemanlardan oluşan ağ yapısı elde edilmiştir. Hesaplama ağı oluşturulurken katı yüzeylere doğru sıklaştırma yapılmıştır ve böylelikle katı yüzeye yakın bölgede daha hassas çözüm elde edilmesi amaçlanmıştır. Akımda su yüzünün ulaşmadığı bölgelerde (VII, X, XII, XVI) daha kaba ağ elemanı tercih edilmiştir. Tablo 1, sayısal hesaplamalarda kullanılan ağ yapısı için eleman sayılarını göstermektedir.

Şekil 4 Hesaplama ağı ve alt bölgeleri.

Tablo 1 Hesaplama ağının alt bölgelerinde kullanılan eleman sayıları.

Alt Bölge No

Eleman Sayısı

Alt Bölge No

Eleman Sayısı

I 80x150 IX 65x110 II 30x150 X 15x110 III 50x150 XI 65x10 IV 80x150 XII 15x10 V 50x100 XIII 50x180 VI 65x100 XIV 5x180 VII 15x100 XV 60x180 VIII 50x110 XVI 15x180

Bulgular

Deneysel Ve Hesaplanan Hız Profilleri RSM türbülans kapatma modelini kullanan sayısal model bulgularının doğrulanması bağlamında, sayısal ve deneysel modelleme bulguları karşılaştırılmıştır. Şekil 5’te kanal boyunca farklı kesitlerde ölçülen ve RSM türbülans modeli ile hesaplanan hız profilleri verilmiştir. Savak düşey yüzünden savak kret yüksekliği olan h=10,5 cm kadar membada yer alan x=0,52 m kesitinde, RSM türbülans modeli ile elde edilen hız profillerinin deneysel bulgularla gayet uyumlu olduğu, x=0,62 kesitinde, yani savak yapısının hemen membasında ise akımın ayrılma bölgesinin durumu hem deneysel hem

I

II

VII

VIII

III

IV II

V II

VI II II IX

X

XI

XII

XIII

XIV

XV

XVI


de sayısal hız profillerinde açıkça görülmektedir. x=0,64 m’deki dolusavak kretinde, deneysel olarak elde edilen eğri yörüngeli akımdaki hız profilinin RSM türbülans modeli ile de başarılı biçimde tahmin edildiği açıkça görülmektedir. Dolusavak üzerindeki x=0,70 ve 0,80 m kesitlerinde deneysel ve sayısal hız profillerinin incelenmesinden, RSM türbülans modeli ile elde edilen hız profillerinin katı sınıra yakın bölgeler dışında deneylerle uyumlu olduğu görülmektedir.

Şekil 5 Deneysel ve sayısal hız profilleri.


Enerji kırma havuzunda, x=1,00 ve 1,25 m’deki hidrolik sıçramanın meydana geldiği kesitlerde, sayısal ve deneysel hız profillerinin jet akımının görüldüğü alt bölgelerde birbiri ile uyumlu olduğu, ancak jet akımının dışındaki üst bölgelerde birbirinden uzaklaştığı görülmektedir. x=1,32 m kesiti havuz eşiği üzerindeki ölçülen ve hesaplanan hız profillerini göstermektedir. x= 1,70 m kesiti ise kuyruk suyu bölgesinde elde edilen deneysel ve sayısal hız profilleridir. Kanal boyunca farklı akım koşullarının oluştuğu bölgeleri temsil eden Şekil 5’teki ölçülen ve hesaplanan hız profillerinin karşılaştırılmasından, genelde, RSM türbülans modelinin bu akımdaki hız alanını belirlemede başarılı olduğu sonucuna varılmıştır. Deneysel ve Hesaplanan Su Yüzü Profilleri Şekil 6’da, deneysel ve RSM türbülans modeli kullanılarak sayısal olarak elde edilen su yüzü profilleri verilmiştir. Dolusavak öncesinde meydana gelen kabarma hem deneysel hem sayısal su yüzü profillerinden açıkça görülmektedir. Şeklin incelenmesinden, hesaplanan su yüzü profilinin sıçrama bölgesi dışındaki tüm bölgelerde deneylerle gayet uyumlu olduğu, hidrolik sıçrama gibi karmaşık bir akım yapısının mevcut olduğu bölgede ise sayısal çözümün kabul edilebilir derecede başarılı olduğu görülmektedir. Enerji kırıcı yapının çıkışından suyu akarsu yatağına ileten açık kanalın tasarımında, bu kanaldaki su yüzü profilinin belirlenmesi önem arz etmektedir.

Şekil 6 Deneysel ve sayısal su yüzü profilleri. RSM Modeli ile Hesaplanan Akım Çizgileri Şekil 7’de, dolusavak ve enerji kırıcı yapı üzerindeki akım için RSM türbülans modeli kullanılarak hesaplanan akım çizgilerinin topolojisi verilmiştir. Şekildeki akım çizgilerinin geometrisinden, dolusavak membasında oluşan ayrılma bölgesi, hidrolik sıçrama bölgesindeki çevriler ve salınımlar ile eşik sonrası oluşan ayrılma bölgesi açıkça görülebilmektedir.

Şekil 7 RSM türbülans modeli ile hesaplanan akım çizgileri.

RSM Modeli İle Hesaplanan Türbülans Kinetik Enerji RSM türbülans modeli ile sayısal olarak elde edilen türbülans kinetik enerjisinin kanal boyunca dağılımı Şekil 8’de verilmiştir. Görüldüğü gibi türbülans kinetik enerjisi en


yüksek değerine havuzdaki hidrolik sıçramanın başlangıcında ulaşmaktadır. Havuzdaki hidrolik sıçrama, belirgin bir enerjinin kaybına sebep olmaktadır. Bu çalışmada hidrolik sıçramanın başlangıcı ve bitişi arasında meydana gelen enerji kayıp değerleri deneysel ve sayısal olarak sırasıyla %33 ve %30 olarak hesaplanmıştır. Farklı havuz boyutlarında ve eşik geometrilerinde meydana gelecek enerji kırılmalarının belirlenmesi için benzer çalışmaların çoğaltılmasına ihtiyaç vardır.

Şekil 8 RSM türbülans modeli ile hesaplanan türbülans kinetik enerji.

Sonuçlar Dolusavak sistemindeki enerji kırıcı yapı üzerinden geçen açık kanal akımını idare eden temel denklemler, Sonlu Hacimler Yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla sayısal olarak çözülmüştür. Serbest su yüzünün profili, Akışkan Hacimleri (VOF) yöntemi ile hesaplanmıştır. RSM türbülans kapatma modeli kullanılarak hesaplanan hız ve su yüzü profilleri, deneysel olarak elde edilen bulgular ile karşılaştırılmıştır. RSM türbülans modeli ile elde edilen akım çizgileri topolojisinin, akım özelliklerini yansıtıcı nitelikte gerçekçi davranışlar sergilediği görülmüştür. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen enerji sönümleme oranlarının birbirine yakın olduğu belirlenmiş ve yaklaşık % 30 oranında enerji kaybı hesaplanmıştır. Sonuç olarak, RSM türbülans modelinin bu tür su yapı etkileşiminin olduğu karmaşık akım problemlerinde başarı ile kullanılabileceği kanaatine varılmıştır. Teşekkür Çalışmanın ikinci yazarı, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından yurt içi doktora bursu ile desteklenmektedir. İkinci yazar bu desteklerinden dolayı TÜBİTAK’a teşekkürlerini sunmaktadır.

Kaynaklar

1- ANSYS Inc. (2012) Release 14,0 . www.ansys.com. 2- Babaali, H., Shamsai, A., and Vosoughifar, H. (2015) Computational Modeling

of the Hydraulic Jump in the Stilling Basin with Convergence Walls Using CFD Codes. Arabian Journal for Science and Engineering, 40(2), 381-395.

3- Champagne, T. M. and B. D. Barkdoll (2015) Oscillating Hydraulic Jump in a Stilling Basin. World Environmental and Water Resources Congress 2015: pp: 1686-1695.

4- Dursun, Ö. F. ve Öztürk, M. (2009) Basamaklı Dolusavakların Akımın Enerjisini Sönümleme Özelliğinin Sayısal Analizi. e-Journal Of New World Sciences Academy, Vol.4, Num. 2, pp. 165-175.


5- Gibson, M. M. and Launder, B. E. (1978) Ground Effects on Pressure Fluctuations in the Atmospheric Boundary Layer. J. Fluid Mech., 86. 491-511.

6- Hirt, C.W. and B.D. Nichols (1981) 'A Computational Method for Free-Surface Hydrodynamics. Journal of Pressure Vessel Technology-Transactions of the Asme. 103(2): p. 136-141.

7- Ho, D., Boyes, K., Donohoo, S. and Cooper, B. (2003) Numerical flow analysis for spillways. 43rd ANCOLD Conference, Hobart, Tasmania.

8- Launder, B. E. (1989) 2nd-Moment Closure and Its Use in Modeling Turbulent Industrial Flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 98. 963-985.

9- Morales, V., Tokyay, T., E., and Garcia, M. (2012) Numerical Modeling Of Ogee Crest Spillway And Tainter Gate Structure Of A Diversion Dam On Canar River, Ecuador. XIX International Conference on Water Resources, June 17-22.

10- Savage, B. M., & Johnson, M. C. (2001) Flow over ogee spillway: Physical and numerical model case study. Journal of Hydraulic Engineering, Vol:127, No:8, pp. 640-649.

11- Shahheydari, H., Nodoshan, E. J., Barati, R., and Moghadam, M. A. (2014) Discharge coefficient and energy dissipation over stepped spillway under skimming flow regime.KSCE Journal of Civil Engineering,19(4), 1174-1182.

12- Tabbara, M., Chatila, J., Awwad, R. (2005) Computational simulation of flow.


Basınçlı ve Savak Tipi Akım Durumlarında Köprü Tabliyesi Altındaki Oyulmaların İncelenmesi

(*)Müsteyde BADUNA KOÇYİĞİT, (**)Onur KARAKURT (*)Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Böl., Maltepe,Ankara.


(**)Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Müh. A.B.D Doktora Öğrencisi. E-Posta: [email protected]

Öz Türkiye’de hasar gören veya yıkılan akarsu köprüleri incelendiğinde problemin kaynağının çoğunlukla köprü ayakları etrafındaki aşırı oyulmalar, akımla taşınan katı malzemenin birikmesiyle ayaklar arasındaki açıklığın azalması ve bunun sonucunda köprü membasında ve açıklığında su seviyesinin artması gibi hidrolik etkenler olduğu görülmektedir. Akarsu köprülerinde hidrolik etkenlerle ortaya çıkan problemlerin büyük kısmının özellikle su yüksekliğinde ani değişmelerin olduğu taşkın dönemlerinde meydana geldiği, köprülerin hasar görmesine veya yıkılmasına ise çoğunlukla köprü ayaklarındaki oyulmaların neden olduğu saptanmıştır. Bu nedenle köprü ayaklarında meydana gelen oyulma çukurunun şekline ve derinliğine etki eden mekanizmalar ile parametrelerin bilinmesi sorunun çözümü ve alınması gereken önlemler açısından son derece önemlidir. Bu amaçla temiz su oyulması için su yüksekliğinin köprü tabliyesine ulaştığı, tabliyeyi aştığı yani sırasıyla basınçlı akım ve savak tipi akım oluştuğu durumlarda tabanda meydana gelen oyulmaların incelenmesi için Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvar’ında bir dizi deney yapılmış ve oyulma çukuru şekli ile derinliğini etkileyen parametreler incelenmiştir. Oyulma çukuru derinliğine ve şekline etki eden en önemli parametrelerin yaklaşım akım derinliği, köprü yüksekliği (kiriş ve korkuluk yüksekliği vb.) ve yaklaşım hızı olduğu görülmüştür. Ayrıca basınçlı akım durumunun oyulma çukuru derinliği üzerindeki etkisinin savak tipi akıma kıyasla daha fazla olduğu saptanmıştır. Anahtar sözcükler: Basınçlı akım, Savak tipi akımı, Akarsu köprüleri, Yerel oyulma, Temiz su oyulması

Giriş

Dünya’da her yıl büyük taşkınlar nedeniyle çok sayıda köprü yıkılmakta veya ciddi hasar görmekte, bunların neticesinde istenmeyen can ve mal kayıpları meydana gelebilmektedir. Ülkemizde de bugüne kadar birçok köprünün yıkılmasına veya ağır hasar görmesine neden olan taşkın olayları yaşanmıştır. Örneğin son yıllarda taşkın nedeniyle hasar gören köprüler arasında 2011 yılında Ordu’da Cüridere ile Osmaniye’de Yarpuz 1, 2012 yılında Sinop’ta Güzelçay 2 ve Abdest köprüleri sayılabilir. Ancak Nisan 2012’de Zonguldak’ta Çaycuma köprüsünün çökmesiyle birlikte maddi hasarın yanı sıra 15 kişi de hayatını kaybetmiştir. Bu nedenle su seviyesinin ani ve büyük


değişimler gösterdiği taşkın zamanlarında meydana gelen hidrolik olayların, akarsu köprülerine etkilerinin ve sonuçlarının detaylı olarak incelenmesi gerekmektedir. Taşkın sırasında hem havzalardan akarsu yatağına taşınan sediment miktarı artmakta hem de akarsu yatağında meydana gelen debideki artış nedeniyle su seviyesi artmaktadır. Böylece taşkın durumunda su seviyeleri köprü tabliyesinin altında bulunan kirişe kadar ulaşabilmektedir. Alt kirişlere suyun ulaştığı durumda ise akım artık serbest değil basınçlı akım olmaktadır. Debinin daha da artması halinde ise su seviyesi alt kiriş seviyesinden de yukarıya çıkmakta ve köprü tabliyesini aşabilmektedir. Bu durumda ise köprü, kalın eşikli savak gibi davranmakta, bu akıma ise savak tipi akım denmektedir. Bu koşullar altında tabanda oluşabilecek sediment hareketi önemli ölçüde etkilenebilmektedir. Köprülerin çoğunun ayaklarındaki aşırı oyulmalar nedeniyle yıkıldığı gözlemlendiğinden (Yanmaz, 2002) basınçlı akım ve savak tipi akım durumlarında meydana gelecek sediment hareketinin ve dolayısıyla ayaklardaki oyulmaya etkisinin araştırılması kaçınılmaz olmaktadır. Bu çalışmanın amacı laboratuvar ortamında temiz su olması yani membadan sediment gelmemesi halinde, basınçlı ve savak tipi akım durumlarında çalışan bir köprüde, köprü tabliyesi altında kanal tabanında meydana gelecek oyulma çukurunun şeklinin ve derinliğinin tespiti ile bu büyüklükler üzerinde etkili olabilecek gerek akım gerekse geometrik parametrelerin irdelenmesidir.

Literatür Araştırması

Taşkın sırasında su yüksekliğinin köprüyü aşması durumunda, köprünün alt kısmı basınçlı akıma maruz kalmakta ve böylece köprü tabliyesinin altından geçen akımın hızı ile taban kayma gerilmelerinin büyüklükleri artmaktadır. Böylece tabanda meydana gelen sediment hareketi de artmaktadır. Bu durum basınçlı akım oyulması olarak ifade edilmektedir. Genel olarak literatürde bulunan ve oyulma derinliğini veren ampirik eşitlikler serbest akım durumunda geliştirilmiştir. Literatürde basınçlı ve savak tipi akım durumlarında köprü tabliyeleri altında meydana gelen oyulmayı inceleyen çalışma sayısı oldukça azdır. Bu çalışmalarda da sınırlı koşullar altında bir takım ampirik bağıntılar elde edilmiştir. İlk defa Abed (1991) tarafından basınçlı akım durumunda köprü tabliyesinin altında bir ayak olması durumunda tabanda meydana gelen yerel değişimler incelenmiştir. Deneyler serbest akım ve köprünün suya gömülü olduğu basınçlı akım durumları için 3 farklı yaklaşım derinliği ile farklı kanal taban eğimleri için gerçekleştirilmiştir. Yapılan deney sonuçlarına göre basınçlı akım durumunda köprü tabliyesi altındaki ayakta meydana gelen oyulmanın serbest akım durumunda meydana gelen oyulmaya göre 2.30 - 10 kat daha büyük olduğu tespit edilmiştir. Umbrell ve diğ. (1998), köprü ayaklarının olmadığı köprü tabliyesi altında basınçlı akım durumunda meydana gelen oyulmayı inceledi. Deneylerde yaklaşım akım derinliği 0.305m’de sabit tutulmuş ve suyun tabliye üstünden 6 farklı derinlikte savaklanması durumlarında tabanda meydana gelen oyulma çukurları ölçülmüştür. Deneylerde tabandaki ortalama dane çapı, yaklaşım akım hızı ve derinliği, köprü tabliyesi kalınlığı, köprü yüksekliği ve kritik oyulma hızı parametrelerinin oyulma çukuru şekline ve


derinliğine etkileri incelenmiş, basınçlı akım durumunda tabandaki oyulma ve akım koşulları arasında bir bağıntı geliştirilmiştir. Arneson ve Abt (1998), dört farklı dane çapı için farklı akım derinliklerinde ve akım hızlarında basınçlı akım durum için deneyler yaptı. Araştırmacılar deney verilerini kullanarak maksimum oyulma derinliği için bir regresyon eşitliği ile köprü açıklığında taban malzemesi için kritik sürükleme hızını veren bir eşitlik önerdi. Federal Karayolları İdaresi Turner-Fairbank Otoyol Araştırma Merkezi (Federal Highway Administration Turner-Fairbank Highway Research Center -TFHRC) de sediment dane çapının oyulmaya etkisini incelemek için iki farklı dane çapı ve köprü kiriş etkisinin oyulma derinliğine etkisini inceleyebilmek için 3 kirişli ve 6 kirişli iki farklı köprü tabliyesi kullanarak basınçlı akım durumunda tabliye altındaki oyulmaları inceledi (Guo ve diğ.,2010; Shan ve diğ.,2012). Shan ve diğ. (2012), ise TFHRC deney verilerinden yararlanarak basınçlı akım durumunda köprü altındaki oyulmaları sayısal olarak modelleyen Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics - CFD) yazılımının ve hesap metotlarının geliştirilmesi üzerine çalışmalar yaptı. Bunun yanında Umbrell ve diğ. (1998) ile Arneson ve Abt (1998) tarafından yapılan önceki çalışmaların verilerini de geliştirdikleri hesap yönteminde test ederek, yöntemin gerçek veriler üstündeki performansını incelediler.

Deney Düzeneği ve Prosedürü

Bu çalışmaya ait deneyler Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarı’nda yaklaşık olarak 10 metre uzunluğunda, genişliği ve yüksekliği birer metre olan dikdörtgen kesitli bir açık kanalda gerçekleştirilmiştir. Laboratuvardaki 22 kW’lık pompalar ile yeraltı deposundan kanala su verilerek suyun devir daimi sağlanmıştır. Pompalardan gelen suyun enerjisinin kırılması ve mümkün olduğunca düzgün akım elde edilebilmesi için yükleme havuzuna susturucular yerleştirilmiştir. Açık kanal tabanında ölçüm yapılacak deney bölgesi olarak membadan yaklaşık 4.00m mesafede 2.50m boyunda, 1.00m genişliğinde ve 0.22m derinliğinde sedimentle dolu bir alan oluşturulmuştur. Bu alanın dışındaki bölgelerde kanal tabanı olarak kullanılan platforma aynı sediment daneleri silikonla yapıştırılarak kanal boyunca aynı taban pürüzlülüğü elde edilmiştir. Köprü tabliyesi pleksiglas malzemeden Şekil 1’de verilen boyutlarda imal edilmiştir. Deneylerde kiriş yüksekliğinin etkisinin incelenebilmesi için tabliyeye vidayla monte edilebilen iki farklı kiriş (50mm ve 75mm) kullanılmıştır. Köprü tabliyesi, kanal başlangıcından yaklaşık 4.50m mesafede başlayan ve deney bölgesi olarak belirtilen bölgede kanal tabanından 20.00cm yüksekliğinde kanal yan duvarlarına sabitlenen kızaklı bir sistem üzerine oturtulmuştur (Bkz. Şekil 2). Böylece deney sonunda kanaldan su yavaşça boşaltıldıktan sonra köprü tabliyesi çıkarılarak taban ölçümleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılan sediment özel olarak elenerek mümkün olduğunca homojen malzeme elde edilmeye çalışılmıştır. Sedimentin ortalama dane çapı 1.10 mm ve


üniformluk katsayı 2.17’dir. Ölçüm yapılan deney bölgesi Şekil 3’te görüldüğü gibi 5cmx5cm’lik gözlere bölünmüş, taban okumaları tüm ağ köşe noktalarında her deneyden önce ve sonra lazermetreyle yapılarak ölçüm değerleri doğrudan bilgisayara aktarılmış ve böylece deney sırasında meydana gelen taban değişimleri kaydedilmiştir. Kullanılan lazermetrenin tipik ölçüm tolereansı ±1.00mm’dir.

Şekil 1 Köprü tabliyesi modeli.

Şekil 2 Köprü tabliyesinin deney bölgesinde konumlandırılması. Deney başlangıcında su kanala deney bölgesindeki sedimentin hareket etmesine müsaade edilmeyecek şekilde çok yavaş şekilde verilmiştir. Kanala verilen debi kanalın sonuna yerleştirilmiş savak yardımıyla istenilen değere ayarlanmıştır. Sonrasında ise kanal sonundaki otomatik kapak yardımıyla kanal içindeki yaklaşım akım derinliği ayarlanmıştır. Köprü tabliyesi kanala yerleştirildikten sonra deneyler başlatılmıştır. Deneyler başlatıldıktan yaklaşık 2-4 saat sonunda köprü tabanındaki oyulma derinliğinin yaklaşık %85’inin gerçekleştiği görülmüştür. Deneyin başlarında köprü tabanındaki sediment taşınım hızı çok fazlayken beklendiği gibi zaman içerisinde taşınım miktarı azalmıştır. Oyulma çukuru derinliğindeki değişimin yarım saatte 1 mm

Köprü Tabliyesi

Sabitlenmiş Bölüm

Lazermetre


altına düştüğü ve gözle sediment taşınımının fark edilemediği durumda deneyler sonlandırılmıştır. Bu nedenle tüm deney setlerinde deney süresi sekiz saat olarak gerçekleştirilmiştir.

Şekil 3 Test bölgesindeki ölçüm ağ sistemi.

Deneyler üç farklı debi (Q=70 lt/s, 80 lt/s ve 90 lt/s) değeri için gerçekleştirildi. Burada 70 lt/s ve 80 lt/s’lik debi sonuçları verilmektedir. Deneyler temiz su yani kanalda hiç sediment hareketinin olmadığı durum için yapıldığından öncelikli olarak bu debi değerlerinde tabanda sediment hareketi meydana getirmeyecek akım derinlikleri belirlendi. Böylece çalışılacak debi değerlerinde temiz su şartını sağlayan yaklaşım akım derinlikleri belirlenmiş oldu. Bu yaklaşım akım derinlikleri, debi değerleri ve iki farklı kiriş yüksekliği (b=50mm ve 75mm) kullanılarak deney setleri Tablo 1’de verildiği şekilde hazırlandı. Köprü tabliyesinin bir savak gibi davrandığı yani akımın tabliye üzerinden savaklandığı durumdaki yaklaşım akım derinliği ile aynı derinlikte basınçlı akım yaratabilmek için tabliye korkuluğunun yüksekliği köprü korkuluğu üzerine parça eklenmek suretiyle artırıldı. Buna göre mevcut 2.50cm olan korkuluk yüksekliğine ilave yapılarak üç farklı korkuluk yüksekliği elde edildi (5.00cm, 7.50cm ve 10.00cm). Tablo 1’de verilen 7-12 ve 21-27 no’lu deneylerde ilave korkuluk eklenmiştir. Böylece köprü tabliyesi altındaki oyulma çukuruna etki eden yaklaşım akım derinliği, kiriş yüksekliği, yaklaşım hızı ve aynı koşullar altında savak tipi akım ile basınçlı akımın karşılaştırılması mümkün olmuştur. Tablo 1’de kullanılan değişkenler Şekil 4’de gösterilmiştir.

Şekil 4 Test bölgesindeki değişkenler.

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

0.50

1.00

0.00

Akım YönüKöprü Tabliyesi

Va

Ya

Ht

Hbb

t1

Ys

t2w


Tablo 1 Deney setleri.

Seri No Deney No

Akım Durum

u

Tabliye Konum

u

Kiriş Yüksekliğ

i

Tabliye Kalınlığı

Kiriş-Taban

Arasındaki Fark

Yaklaşım akım derinliği

Qtop Korkuluk Üstü Su

Yüksekliği ws (m)

Yaklaşım akım

hızı

Ht (m) b (m) w (m) Hb (m) Ya (lt/s) Va (m/s)

(t1+t2+b)* (Ht – b) (m)

BH1Q1Y1K2

1 Basınçlı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.200 70.000 0.000 0.350

BH1Q1Y1K3 2 Basınçlı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.200 70.00

0 0.000 0.350 BH1Q1Y2K

2 3 Basınçlı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.225 70.00

0 0.000 0.311 BH1Q1Y2K

3 4 Basınçlı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.225 70.000 0.000 0.311

BH1Q1Y3K2

5 Basınçlı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.250 70.000 0.000 0.280

BH1Q1Y3K3 6 Basınçlı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.250 70.00

0 0.000 0.280 BH1Q1Y4K

2 7 Basınçlı 0.200 0.050 0.125 0.150 0.275 70.00

0 0.000 0.255 BH1Q1Y4K

3 8 Basınçlı 0.200 0.075 0.150 0.125 0.275 70.000 0.000 0.255

BH1Q1Y5K2

9 Basınçlı 0.200 0.050 0.150 0.150 0.300 70.000 0.000 0.233

BH1Q1Y5K3 10 Basınçlı 0.200 0.075 0.175 0.125 0.300

70.000 0.000 0.233

BH1Q1Y6K2

11 Basınçlı 0.200 0.050 0.175 0.150 0.325 70.000 0.000 0.215

BH1Q1Y6K3 12 Basınçlı 0.200 0.075 0.200 0.125 0.325

70.000 0.000 0.215

SH1Q1Y4K2 13 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.275 70.000 0.025 0.255

SH1Q1Y4K3 14 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.275 70.00

0 0.025 0.255

SH1Q1Y5K2 15 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.300 70.000 0.050 0.233

SH1Q1Y5K3 16 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.300 70.00

0 0.050 0.233

SH1Q1Y6K2 17 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.325 70.000 0.075 0.215

SH1Q1Y6K3 18 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.325 70.00

0 0.075 0.215 BH1Q2Y3K

2 19 Basınçlı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.250 80.00

0 0.000 0.320 BH1Q2Y3K

3 20 Basınçlı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.250 80.000 0.000 0.320

BH1Q2Y4K2

21 Basınçlı 0.200 0.050 0.125 0.150 0.275 80.000 0.000 0.291

BH1Q2Y4K3 22 Basınçlı 0.200 0.075 0.150 0.125 0.275 80.00

0 0.000 0.291 BH1Q2Y5K

2 23 Basınçlı 0.200 0.050 0.150 0.150 0.300 80.00

0 0.000 0.267 BH1Q2Y5K

3 24 Basınçlı 0.200 0.075 0.175 0.125 0.300 80.00

0 0.000 0.267 BH1Q2Y6K

2 25 Basınçlı 0.200 0.050 0.175 0.150 0.325 80.00

0 0.000 0.246 BH1Q2Y6K

3 26 Basınçlı 0.200 0.075 0.200 0.125 0.325 80.00

0 0.000 0.246

SH1Q2Y4K2 27 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.275 80.000 0.025 0.291

SH1Q2Y4K3 28 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.275 80.00

0 0.025 0.291

SH1Q2Y5K2 29 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.300 80.000 0.050 0.267

SH1Q2Y5K3 30 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.300 80.00

0 0.050 0.267

SH1Q2Y6K2 31 Savaklı 0.200 0.050 0.100 0.150 0.325 80.000 0.075 0.246

SH1Q2Y6K3 32 Savaklı 0.200 0.075 0.125 0.125 0.325 80.00

0 0.075 0.246 (*) t1: 0.025m tabliye kalınlığı ile 0.025m korkuluğun toplam yüksekliğidir. t2: ek korkuluk yüksekliğidir.


Deney Bulguları ve Sonuçların İrdelenmesi Yaklaşım Akım Derinliği Etkisi Basınçlı akım durumunda sabit Q1=70 lt/s’lik debi için altı (Y1=20.00cm, Y2=22.50cm, Y3=25.00cm, Y4=27.50cm, Y5=30.00cm ve Y6=32.50cm), savak tipi akım durumunda ise aynı debi için üç farklı yaklaşım akım derinliğinde (Y4=27.50cm, Y5=30.00cm ve Y6=32.50cm) deneyler yapılmıştır (Bkz. Tablo 1). Söz konusu debiye ait 7.50cm kiriş yüksekliğinde, basınçlı ve savak tipi akım koşulları altında oluşan oyulma çukuru profilleri Şekil 4’de verilmektedir. En fazla oyulma yüksekliği (ys), basınçlı akım durumu için Y1=20.00cm yaklaşım akım derinliğinde 0.134m, savak tipi akım durumunda ise Y4=27.50cm yaklaşım akım derinliğinde 0.116m olarak ölçülmüştür. Şekilden de görüldüğü üzere yaklaşım derinliğinin artmasıyla basınçlı ve savak tipi akım durumlarında oyulma çukuru derinliği azalmaktadır. Aynı koşullar altında savak tipi akıma kıyasla basınçlı akımda daha derin oyulma çukuru gözlemlenmektedir.

(a)

(b)

Şekil 4 Q= 70 lt/s ve 7.50cm kiriş yüksekliğinde farklı yaklaşım derinliklerinde

meydana gelen oyulma çukurları a) Basınçlı akım b) Savak tipi akım.


Kiriş Yüksekliği Etkisi 7.50cm kiriş yüksekliğinde sabit Q1=70 lt/s lik debi için en fazla oyulma derinliği basınçlı akım durumunda Y1=20cm yaklaşım derinliğinde 0.134m olarak, savaklı akım durumunda ise Y4=27.50cm yaklaşım derinliğinde 0.116m olarak ölçülmüştür. Her iki durum için iki farklı kiriş yüksekliğinin (K2= 5.00cm ve K3= 7.50cm) etkisi Şekil 5’te verilmektedir. Kiriş yüksekliğinin aynı şartlarda 2.50cm artırılmasının oyulma çukurunu etkilediği ve oyulma derinliğini (ys) artırdığı gözlemlenmiştir. Basınçlı akımda kiriş yüksekliğinin 2.50cm arttırılması durumunda oyulma derinliğini yaklaşık %40 arttırdığı, savak tipi akım durumunda ise oyulma derinliğini yaklaşık %47 arttırdığı görülmüştür.

(a)

(b)

Şekil 5 Q= 70 lt/s ve farklı iki kiriş yüksekliğinde (K2= 5.00cm ve K3= 7.50cm) tabanda oluşan oyulma çukuru a) Basınçlı akım durumunda Y1=20.00cm için b) Savak

tipi akım durumunda Y4=27.50cm için.


Savak Tipi Akım ile Basınçlı Akımın Karşılaştırılması Farklı debi değerlerinde (Q1=70 lt/s ve Q2=80 lt/s) aynı yaklaşım akım (Y4=27.50cm Y5=30.00cm Y6=32.50cm) ve kiriş yüksekliklerinde (K3= 7.50cm) savak tipi ve basınçlı akım durumlarının oyulma çukuru derinliğine etkisi Şekil 6’da verilmektedir. Bu koşullar altında iki farklı debi değerinde aynı yaklaşım akım yüksekliğinde basınçlı akım durumunun oyulma çukuru derinliği (ys) üzerinde etkisinin daha fazla olduğu gözlemlenmiştir.

a1) Debi 70 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y4=27.50cm a2) Debi 80 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y4=27.50cm

b1) Debi 70 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y5=30.00cm b2) Debi 80 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y5=30.00cm

c1) Debi 70 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y6=32.50cm c2) Debi 80 lt/sn, yaklaşım akım yüksekliği Y6=32.50cm

Şekil 6 Savak tipi akım ile basınçlı akım durumlarında meydana gelen oyulma çukuru profilleri.


10

Sonuç Bu çalışmada, temiz su oyulması, basınçlı ve savak tipi akım durumlarında çalışan bir köprüde, köprü tabliyesi altında kanal tabanında meydana gelecek oyulma çukurunun şekli ve derinliği tespit edilmiş ve bu büyüklükler üzerinde etkili olabilecek gerek akım gerekse geometrik parametreler incelenmiştir. Köprü tabliyesi altındaki oyulma çukuruna etki eden yaklaşım akım derinliğinin, kiriş yüksekliğinin ve yaklaşım hızının etkili olduğu görülmüştür. Basınçlı akım durumunun oyulma çukuru derinliği üzerinde etkisinin savak tipi akımdan daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Aynı şartlar altında kiriş yüksekliğin de değişimin ise oyulma çukuru derinliğinde ve şeklinde ciddi etkisinin olduğu saptanmıştır. Teşekkür

Bu çalışma kapsamındaki deneyler Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri birimince desteklenmiş olan, yürütücülüğünü Dr. Müsteyde Baduna Koçyiğit’in yaptığı 06/2011-16, 06/2011-29 ve 06/2011-46 nolu projeler ile yürütücülüğünü Dr. Önder Koçyiğit’in yaptığı 06/2011-24, 06/2011-25 ve 06/2011-47 nolu projeler kapsamında inşa edilen açık kanalda gerçekleştirilmiştir. Yazarlar, Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar birimine ve projeler süresince desteği için Prof. Dr. Şeref Sağıroğlu’na teşekkür eder.

Kaynaklar

Abed, L.M. (1991) Local scour around bridge piers in pressure flow. Ph.D. Thesis, Colarado State University, USA. Arneson, L.A., and Abt, S.R. (1998) Vertical contraction scour at bridges with waterflowing under pressure conditions. Transportation Research Record, No.1647, pp. 10-17. Gua, J., Kerenyi, K.,Pagan-Ortiz, J.-E., Flora, K., Afzal, B. (2010) Submerged-Flow Bridge Scour under Maximum Clear Water Conditons (I) Experiment. International Conference on Scour and Erosion 2010 (ICSE-5), pp. 807-814. Shan, H., Xie, Z., Bojanowski, C., Suaznabar, O., Shen, J., Lottes, S. (2012) Submerged-Flow Bridge Scour under Clear-Water Conditions. Federal Highway Administration, Report No. FHWA-HRT-12-034, USA. Umbrell, E.R.,Young G.K., Stein,S.M., Jones,J.S. (1998) Clear-Water Contraction Scour Under Bridges in Pressure Flow. Journal of Hydraulic Engineering, Vol.124, No.2, pp. 236-240. Yanmaz, M. (2002) Köprü Hidroliği, METU Press, Ankara, Türkiye, pp. 143-144.


Baraj Göleti Su Alma Yapısı Sayısal Modeli

Arş. Gör. Volkan Kiriççi1, Yard. Doç. Dr. Ahmet Ozan Çelik1 1Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Eskişehir

Öz

Su alma yapıları, baraj gölünde toplanan suyun, içme ve sulama gibi çeşitli amaçlarla kullanılmak üzere alınmasını sağlayan hidrolik yapılardır. Bu çalışmada bir baraj gölünde bulunan su alma yapısı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) metodu ile sayısal olarak modellenerek baraj gölünde oluşabilecek farklı su seviyeleri için yapının performansı belirlenecektir. İncelenecek su alma yapısı klasik su alma yapılardan farklı olarak gölet yamacına dayalı olarak tasarlanmıştır. Farklı kotlarda kapaklara sahip olan sistem, göletteki su seviyesi değişiklerinden daha az etkilenerek maksimum, orta ve minimum su seviyelerinde daha verimli çalışabilmektedir. Açık kanal, basınçlı akım birleşimlerinin, değişik kondüvi kesitlerinin, kayıpların ve hidrolik açıdan özel birçok mühendislik probleminin bulunduğu bu tür yapıların tasarımında genellikle deneye dayalı ifadelerden yararlanılarak oluşturulan abaklar kullanılmaktadır. Bu tür konvansiyonel yaklaşımlar bazı pratik mühendislik uygulamaları için hızlı çözümler ortaya koymakla birlikte ihtiyaç duyulan her durumda gereken hassasiyette sonuçlar vermekte yetersiz kalabilmektedir. HAD metodu ise akışkanlar mekaniği denklem sistemlerinin uzayda ve zamanda matematiksel yöntemlerle ayrıklaştırılarak, akım davranışının istenilen hassasiyette bilgisayar ortamında sayısal olarak benzetimin yapılmasını sağlayan detaylı bir yöntemdir. HAD metodu kullanılarak söz konusu yapı, farklı göl su seviyeleri için 1:1 ölçekte modellenecek ve tanımlanan akım alanı için akımla ilgili tüm parametrelerin tespiti sağlanacaktır. Oluşturulan bilgisayar destekli sayısal benzetim sayesinde kritik kesitlerde oluşabilecek basınç/hız değişimleri, su seviyeleri için debi, enerji kayıpları, sistemin verimliliği ve kapasitesi incelenecektir. Çalışma neticesinde klasik bir boyutlu ampirik hesaplamalar ile üç boyutlu sayısal model sonuçları karşılaştırılarak elde edilecek sonuçların (örneğin anahtar eğrisi), su alma yapılarında tasarım öncesi ya da tasarım sonrası aşamada oluşabilecek problemlerin tespiti açısında faydalı olabileceği düşünülmektedir.

Anahtar sözcükler: Su yapıları, Su alma yapısı, HAD, Hidrolik Kayıplar

1.Giriş

Su alma yapıları, doğrudan akarsu yatağından ya da baraj ve regülatör gibi bir biriktirme yapısından içme, sulama ve elektrik üretimi gibi farklı kullanım amaçları için suyun iletimini sağlayan hidrolik yapılardır. Su alma yapıları tasarlanırken, gereken debi miktarını iletebilecek kapasitede olması, su yüklerine karşı dayanıklı olması, katı madde gibi yabancı cisimlerin geçişine izin vermemesi ve yük kayıplarının olabildiğince az olması amaçlanmaktadır. Akım özelliğine göre serbest yüzeyli veya basınçlı iletim yapıları kullanılabilmektedir. Basınçlı su alma yapıları genel olarak su alma ağzı, ızgaralar, kapaklar, vanalar, farklı bağlantı ve kesitlerde cebri boru elemanlarından oluşan sistemlerdir. Bu çalışmada Dereboğazı Gölet’i, Çorum İli Osmancık İlçesinin 3


km kuzeydoğusunda, Köpekçayırı Deresi üzerinde inşa edilecek olan, içme suyu temini amaçlı eğimli bir basınçlı su alma yapısı incelenecektir. Şekil 1’de örnek bir eğimli su alma yapısı gösterilmiştir. Su alma yapılarında sürekli olarak istenilen debide su alınabilmesi önem arz etmektedir. Ancak baraj gölünde biriktirilen suyun miktarı ve yüksekliği dönemsel olarak iklimsel farklar nedeniyle değişiklik gösterebilmektedir. Bu nedenle gölet yamacına konumlandırılan su alma yapısı, farklı kotlarda bulunan su alma ağzı kapakları sayesinde farklı su seviyelerinde daha verimli çalışabilmektedir (Şekil 2).

.

Şekil 1. Tipik bir eğimli su alma yapısı örneği (Denizli).

Şekil 2. Baraj gölü su seviyeleri.

Su alma yapıları hidrolik açıdan rezervuar su yüksekliği, ihtiyaç debisi ve enerji kayıpları temel alınarak tasarlanmaktadır. Kayıplar belirlenirken su alma yapısında bulunan ızgara, su alma girişi, farklı kesitler arası geçiş bölgeleri, kurplar, daralma ve genişleme bölgeleri, vanalar ve sürtünme kayıpları dikkate alınır. Sonuç olarak birim debi için meydana gelecek yük kaybı hesaplanmış olur. Kayıplar hesaplanırken deneysel çalışmalar ve uygulamalar neticesinde belirlenmiş olan katsayılar kullanılmaktadır. Sıkılıkla kullanılan kesit ve geometrik yapılar üzerine oluşturulan abaklar ve ampirik formüller bu tip kayıp katsayılarını ortaya koymaktadır (Baraj Hidrolik Yapılar Tasarım Rehberi 2012).

İnşaat mühendisliğinde su yapılarının tasarım süreçlerinde sıklıkla deneysel ifadelere dayalı genelleştirilmiş formüller kullanılmaktadır. İnşaat mühendisliği projelerinde her yapının kullanım koşullarına bağlı olarak kendine bir özgü yapısı ve farklı tasarım ölçütleri bulunmaktadır. Bu nedenle bazı durumlarda tasarım aşamasında genel çözüm araçları yerine problemle özgü çözüm araçlarının kullanılması gerekebilmektedir. Bu bağlamda incelenmekte olan yapının fiziksel ön modelinin oluşturularak gereken ölçüm ve gözlemlerin yapılması yoluna başvurulabilmektedir. Her ne kadar fiziksel model ve laboratuvar deneyleri oldukça güvenilir ve etkili sonuçlar verse de bir o kadar da zaman alan ve maliyeti yüksek süreçler içermektedir. Ayrıca fiziksel modelleme, ölçüm tekniklerinin limitleri ve inşaat mühendisliğinde kullanılan yapıların ölçeklerinin büyüklüğü nedeniyle bir takım dezavantajları da beraberinde getirmektedir. İnşaat mühendisliği uygulamalarında gerektiği kadar kullanılmasa da bir diğer etkili çözüm


yöntemi de sayısal modellemedir. Su yapıları alanında ya da daha geniş kapsamda ifade etmek gerekirse akışkanlar mekaniği problemlerinde kullanılan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) metodu da oldukça gelişmiş bir sayısal modelleme tekniğidir. Bu yöntem çerçevesinde tasarlanan modele ait geometri ve çözümlenecek olan probleme ait akışkanlar mekaniği denklem sistemleri uzayda ve zamanda matematiksel yöntemlerle ayrıklaştırılarak istenilen hassasiyette çözüm bilgisayar ortamında gerçekleştirilir. Bu amaçla çeşitli mühendislik alanlarında kullanılan birçok ticari veya açık kaynak kodlu yazılım geliştirilmiştir.

Su yapıları alanında HAD metodu kullanılarak yapılan birçok çalışma bulunmaktadır. Dolu savaklarda debi, basınç ve kayma gerilmeleri gibi hidrolik karakteristiklerin belirlenmesinde HAD metodu ile gerçekleştirilen çözümler ve fiziksel model ölçümleri karşılaştırılarak sonuçların birbiri ile uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir (Aydin, Aydin 2006). Bir başka çalışmada olası taşkın debileri altında mevcut bir dolu savak ve buna ek olarak tasarlanan yardımcı dolu savak sayısal olarak modellenerek serbest yüzey su seviyeleri ve savak performansları incelenmiştir (Li ve diğ, 2011). Sayısal model sonuçları, ölçekli fiziksel model sonuçları ile karşılaştırılmış ve kabul edilebilir düzeyde uyumlu olduğu belirlenmiştir. Diğer bir çalışmada yine bir dolu savakta havalandırıcı-saptırıcı eşik tarafından oluşturulan su jetinin uzunluğu HAD metodu kullanılarak incelenmiş ve eşiğin performansı değerlendirilmiştir (Öztürk, Aydin 2007). Çalışmada elde edilen sonuçların, ölçek etkisinin ihmal edildiği deney sonuçları ile uyuşmadığı ancak ampirik ifadelerden elde edilen sonuçlarla makul bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Dolu savak çalışmalarının yanı sıra kanal akımlarında sulama drenaj ve atık su sistemlerinde kullanılan farklı savak geometrileri içinde HAD metodu ile çok sayıda araştırma yapılmıştır. Bu çalışmalarda farklı kanal geometrilerinde ve kanal eğimlerinde farklı akım rejimleri için kanal akımları modellenerek, üç boyutlu serbest yüzeyli ve türbülanslı kanal akımları incelenmiştir (Hoseini ve diğ, 2013, Aydin 2012, Aydin, Emiroğlu 2013).

2.Metot

Bu projede üzerinde çalışılan su alma yapısı bilgisayar ortamında modellenerek sayısal analizi ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Sayısal modelleme aşamasında mevcut yazılımlar arasında endüstriyel ve akademik uygulamalarda oldukça yaygın olarak kullanılan ve kabul gören ANSYS CFX modülü kullanılmıştır. ANSYS CFX her türlü akışkanın tanımlanabildiği, serbest yüzeyli akım, basınçlı akım, laminar ve türbülanslı akım gibi birçok akışkanlar probleminin modellenerek çözümlenmesine imkân sağlayan ticari bir HAD yazılımıdır. Özellikle, gelişen bilgisayar teknolojisine paralel olarak, HAD alanında kullanılan yazılımlarda da önemli ilerlemeler kaydedilerek 3 boyutta karmaşık akım problemlerini istenilen türbülans modeli kullanılarak, zamana bağlı olarak gerçek koşullar tamamıyla yansıtacak biçimde modelleyerek çözebilmek mümkündür. Tipik bir HAD çözümünün aşamaları aşağıdaki gibidir;

1) Modelin CAD geometrisinin oluşturulması 2) Çözüm alanına uygun çözüm ağının oluşturulması 3) Problemin fiziksel koşulları, başlangıç ve sınır şartlarının belirlenmesi 4) Bilgisayar destekli çözümün yapılması 5) Çözümün görselleştirilmesi ve yorumlanması

2.1. Su Alma Yapısı CAD Geometrisinin ve Çözüm Ağının Oluşturulması HAD çözümünün ilk aşaması probleme ait çözüm alanını belirleyen geometrinin hazırlanmasıdır. İncelenmesi planlanan probleme bağlı olarak geometri 2 boyutlu


veyahut 3 boyutlu olabilir. Eğer 2 boyutta çalışılacak ise uygulanacak sayısal yöntem değişecek ve ayrıklaştırma metodu olarak sonlu farklar metodu kullanılacaktır. CFX yazılımı ise sonlu hacimler metodunu kullanarak 3 boyutta çözümler yapabilmektedir. Söz konusu su alma yapısının CAD geometrisi gerçek ölçülere bağlı kalınarak 1:1 ölçekte modellenmiştir. 31.47 m maksimum ve 10.47 m minimum su seviyesi bulunan sistemde farklı kotlarda 2 adet otomatik su alma kapağı bulunmaktadır. Sistem içme suyu amaçlı su temini sağlayacağı için suyun içerisinde bulunabilecek yüzen katı madde ve kirleticilerden kaçınmak amacıyla olabildiğince yüksek kottan su alınması gerekmektedir. Su alma yapısının geometrisi ve boyutları Şekil 3 ve Şekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 3. Su alma yapısının boy kesiti ve boyutları.

Şekil 4. Su alma yapısı geometrisi ve dörtgen kesitten dairesel kesite bağlantı noktası.

Çözüm ağının (mesh) oluşturulması aşaması bir HAD çözümünün en kritik ve çözümün sonuçlarına doğrudan etki eden aşamalarından biridir. Daha önce geometrisi hazırlanmış olan akışkana ait çözüm alanı sonlu küçük hacimlere ayrılarak akışkanın hareket denklemleri her bir sonlu hacim elemanı için çözülerek tüm model için HAD çözümüne ulaşılmış olur. Kullanılan çözüm ağı eleman boyutu ve şekli yapılan çözümün doğruluğuna ve stabilitesine doğrudan etki etmektedir. Her ne kadar küçük eleman boyutu daha hassas bir çözüm elde edilmesini sağlasa da getirdiği hesaplama yükü nedeniyle çözüm süresi ve bilgisayar performans limitlerini


zorlamaktadır. Ayrıca çözümü yapılacak fiziksel durumun gerektirdiği hassasiyetin doğru belirlenmesi gereğinden fazla sayıda eleman kullanılmasını önleyecektir. Bu çalışmada bir su alma yapısının 1:1 ölçekte modellenmesi söz konusu olduğu için küçük ölçekli akım davranışları ihmal edilebilir düzeydedir. Bu nedenle çok küçük çözüm ağı elemanlarına gerek duyulmamakla birlikte yapısal olmayan çoğunlukla dört üçgen yüzlü 246900 elemanlı melez bir çözüm ağı oluşturulmuştur. Katı çeper ve kesit değişlerinin bulunduğu bölgeler gibi gerek görülen alanlarda çözüm ağı için sıklaştırma işlemi uygulanarak çözümün hassasiyeti arttırılmıştır (Şekil 5).

Şekil 5. Çözüm ağı ve geçiş bölgelerinde sıklaştırma bölgeleri.

2.2. Problemin fiziksel koşulları, başlangıç ve sınır şartlarının belirlenmesi

Modelin geometrisi ve çözüm ağı oluşturulduktan sonra çözümlenecek problemin ana hatlarının belirlenmesi aşamasına geçilir. Bu anlamda problemin fiziksel koşulları, başlangıç ve sınır şartları, kullanılacak sayısal yöntemin detayları, akışkana ve akıma ait temel parametrelerin tanımlanması gerekmektedir. HAD çözümünün gerçek koşullara uygun olarak modellenmesi için çözüm alanına ait başlangıç ve sınır şartlarının özenle belirlenmesi gerekmektedir. Su alma yapısı modellenirken rezervuarı tümüyle çözüm alanına dâhil ederek çözüm yükünü arttırmak yerine kapak üzerinde sabit bir su seviyesi yaratmak için alt kapak üzerine çevresi simetri ve sabit hidrostatik basınçlı “inlet”, üst kısmı ise atmosfere açık şekilde “opening” sınır koşulu ile tanımlanmış bir su sütunu oluşturulmuştur (Şekil 6). Su alma yapısının katı çeperlerinde kullanılan malzemeye uygun pürüzlülük değeri ile tanımlanmış ve iletim borusunun çıkışında ise basınçlı “outlet” sınır koşulu uygulanmıştır. Başlangıçta rezervuar su seviyesi belirlenerek su alma yapısının belirli bir kota kadar su ile dolu olduğu kabulü çerçevesinde başlangıç şartı tanımlanmıştır (Şekil 7). Akım koşullarının zamanla değişmeyeceği göz önünde bulundurularak zaman bağlı çözüm yerine “steady-state” çözüm yapılması uygun görülmüştür. Bu tür bir yapıda türbülans kaynaklı enerji kayıpları ihmal edilebilecek seviyede olduğu için türbülans modeli uygulanmamıştır.

Şekil 6. Eğimli su alma yapısının geometrisi ve uygulanan sınır şartları.


Şekil 7. Su alma yapısı içerisindeki suyun başlangıç koşulu hacimsel gösterimi.

3.Çözüm

Su alma yapısında meydana gelebilecek olan enerji kayıplarının mevcut sayısal model ile hesaplanabilmesi için iletim borusunda meydana gelen basıncın belirlenmesi gerekmektedir. Bu bağlamda yapının hidrolik tasarımı yapılırken kullanılan debi, seviye ve enerji kaybı değerleri kullanılarak modelin çıkış basınç koşulları hesaplanmıştır. Çalışma minimum ve normal su seviyesi aralığında alt kapağın açık üst kapağın kapalı olduğu durum için gerçekleştirilmiştir. Şekil 8 ve Tablo 1’de rezervuar su seviyeleri ve buna karşılık gelen ampirik kayıp ve debi değerleri olarak gösterilmiştir.

Şekil 8. Deşarj eğrisi ve akım sarfiyat tablosu.

Tablo 1. Rezervuar su yüksekliği ve karşılık gelen debi değerleri.

Rezervuar Su Kotu Rezervuar Su Yüksekliği (m) Debi (m^3/s)

556.5 18.77 3.75 560 22.27 4

564.5 26.77 4.25 568 30.27 4.5 572 34.27 4.735

Abaklardan elde edilen ampirik kayıp değerleri kullanılarak hesaplanan debi değerleri referans alınarak iletim borusunda meydana gelen basıncın hesaplanabilmesi için 5 farklı su yüksekliği için seri sayısal çözümler gerçekleştirilerek enterpolasyon ile çıkış basıncı bulunmuştur. (Tablo 2-6). Çözümler sonucunda abaktan gelen debi değeri ile sayısal çözümden elde edilen debinin aynı olduğu durum için model çıkış su basıncı belirlenmiştir.



Kayıplar Dâhil Edilmeden Kayıplar Dâhil Edilerek

Basınç (Pa)

Su Yük. (m) Hız (m/s) (Bernoulli) Debi m3/s

(Bernoulli) Hız (m/s) (HAD) Debi m3/s (HAD)

0 18.77 19.19029442 15.06438112 11.6073 9.1117305 100000 18.77 12.789023 10.03938306 6.66676 5.2334066 150000 18.77 7.823360146 6.141337714 2.91451 2.28789035 125000 18.77 10.60103941 8.321815939 4.79669 3.76540165 130000 18.77 10.10676121 7.933807548 4.39916 3.4533406 126000 18.77 10.50404464 8.24567504 4.71748 3.7032218 125150 18.77 10.58654685 8.310439277 4.78463 3.75593455



Basınç (Pa)

Su Yük. (m)

Hız (m/s) (Bernoulli) Debi m3/s (Bernoulli)

Hız (m/s) (HAD) Debi m3/s (HAD)

0 22.27 20.90304762 16.40889239 12.6958 9.966 150000 22.27 11.39626974 8.946071745 5.6759 4.4555 155000 22.27 10.93798653 8.58631943 5.30222 4.16207 157000 22.27 10.74920386 8.43812503 5.1499 4.0426 157500 22.27 10.70148785 8.400667961 5.11154 4.01255 157750 22.27 10.67754988 8.381876656 5.09237 3.9975 158000 22.27 10.65355812 8.363043128 5.07339 3.9826



Basınç (Pa)



0 26.77 22.91784021 17.99050457 13.9684 10.965194 100000 26.77 17.90304749 14.05389228 10.8023 8.4798055 150000 26.77 14.77040839 11.59477059 8.54919 6.71111415 180000 26.77 12.52008294 9.828265106 6.81572 5.3503402 195000 26.77 11.22703136 8.813219618 5.79787 4.55132795 197000 26.77 11.04319099 8.668904931 5.65326 4.4378 200000 26.77 10.76154351 8.447811652 5.43148 4.2637118 200300 26.77 10.73297227 8.425383232 5.40944 4.2464104 201000 26.77 10.66600842 8.372816614 5.35729 4.205472



Basınç (Pa)



0 30.27 24.37001026 19.13045805 14.8766 11.678131 100000 30.27 19.72787645 15.48638301 12.0197 9.4354645 175000 30.27 15.35115277 12.05065492 9.05035 7.10452475 200000 30.27 13.58237161 10.66216172 7.75639 6.08876615 231000 30.27 11.0009658 8.635758152 5.79619 4.55000915 231500 30.27 10.95434649 8.599161996 5.76051 4.52200035 231900 30.27 10.91690771 8.569772551 5.72995 4.49801075 235000 30.27 10.62228398 8.338492922 5.50525 4.32162125



Kayıplar Dâhil Edilmeden Kayıplar Dâhil Edilerek Basınç

(Pa) Su Yük.

(m) Hız (m/s) (Bernoulli) Debi m3/s (Bernoulli) Hız (m/s) (HAD) Debi m3/s (HAD)

0 34.27 25.93024103 20.35523921 15.856 12.44696 200000 34.27 16.21606668 12.72961235 9.72591 7.6348 250000 34.27 12.67306882 9.948359023 7.6271 5.987 260000 34.27 11.83789864 9.292750433 6.59083 5.1738 265000 34.27 11.39738697 8.946948769 6.26358 4.9169 266250 34.27 11.28457248 8.858389397 6.17904 4.8505 267500 34.27 11.17061871 8.768935689 6.09424 4.7839 270000 34.27 10.93915057 8.587233196 5.91883 4.6486

Referans debilerine karşılık gelen çıkış basınçları HAD çözümleri ile belirlendikten sonra Bernoulli eşitliği kullanılarak sitemde meydana gelen toplam kayıp söz konusu 5 rezervuar su seviyesi için aşağıdaki gibi hesaplanmıştır.

+

+

Rezervuar su seviyesinin 18,77 m olduğu durum için;





Diğer taraftan ampirik kayıp katsayıları kullanılarak yapılan hidrolik hesaplara göre birim debi için kayıp miktarı hesaplanarak Tablo 7’de gösterilmiştir. Sonrasında sistemde minimum su seviyesi ile maksimum su seviyesi aralığında HAD çözümü ve ampirik ifadelerle elde edilen toplam kayıp değerleri karşılaştırılmıştır (Tablo 8).


Tablo 7. Birim debi başına meydana gelen kayıpların ampirik ifadelere göre hesaplanması.

Izgara Kaybı 0,09710 m Giriş Kaybı 0,00566 m Karesel Su Alma Yapısında Sürtünme Kaybı 0,01386 m Tranzisyon Bölgesi Sürtünme Kaybı 0,00600 m D = 1000 mm Cebri Boru Sürtünme Kaybı 0,00548 m Düşey Kurp Kaybı (1) 0,01851 m Düşey Kurp Kaybı (2) 0,01851 m Yatay Kurp Kaybı 0,00537 m Vana Odası Tedrici Daralma Kaybı 0,12394 m Tedrici Daralmada Sürtünme Kaybı 0,04593 m D = 500 mm Cebri Boru Sürtünme Kaybı 0,47809 m Toplam Yük Kaybı (Q = 1 m^3/s için) 1,84923 m

Tablo 8. HAD çözümü ve ampirik çözüm ile elde edilen toplam kaybın karşılaştırılması.

Rezervuar Su Seviyesi (m) Debi (m^3/s)

HAD Çözümü Toplam Kayıp

(m)

Ampirik Toplam Kayıp (m) ∆hf

18.77 3,75 4,80 6,9346 2,1346 22.27 4 4,82 7,3969 2,5769 26.77 4,25 4,80 7,8592 3,0592 30.27 4,5 4,89 8,3215 3,4315 34.27 4,735 5,03 8,7561 3,7261

HAD çözümü aynı zamanda modellenen problem ile ilgili çok detaylı sayısal ve görsel verilerin alınabilmesini sağlamaktadır. Su alma yapısının bütün kısımları için akım ile ilgili parametreler gözlemlenerek istenmeyen koşullar tespit edilebilmekte ve böylece tasarım öncesi ve tasarım sonrası iyileştirmeler sağlanabilmektedir. Şekil 9a ve 9b’de sırasıyla akım hız çizgileri ve su alma yapısı çeperlerinde oluşan basınç dağılım kontörleri görülmektedir. Bu görsel veri üzerinden kayıpların, negatif basınç bölgelerinin ve ölü akım bölgelerinin belirlenmesi mümkün olmaktadır.

Şekil 9 a) Akım hız çizgileri b) Basınç dağılım kontörleri.

b) a)


4.Sonuç

HAD metodu havacılık ve makine mühendisliği alanlarında sıklıkla kullanılmasına karşın inşaat mühendisliği uygulamalarında yeterince kullanılmadığı görülmektedir. Su yapıları büyük ölçekli yapılar olması ve sınır koşullarının hassas bir şekilde belirlenmesindeki zorluklar bunun bir nedeni olarak gösterilebilir. Ancak HAD alanındaki gelişmeler bu tür nümerik yaklaşımların güvenilirliğini ve bilgisayar teknolojilerindeki gelişmeler ise hesaplama gücünü oldukça artırmaktadır. Bunun sonucu olarak büyük boyutlu karmaşık sistemlerin sayısal olarak modellenmesi ve yüksek hassasiyette çözümlenmesi mümkün olabilmektedir. Yapılan çalışmalar HAD çözümlerinin deneysel doğrulama ile karşılaştırıldığında uyumlu sonuçlar verdiğini göstermektedir. Bu çalışmada baraj gölü yamacına yapılması planlanan bir su alma yapısı 1:1 ölçekte modellenerek bilgisayar ortamında nümerik çözümü yapılmıştır. HAD çözümü için gerekli olan iletim borusu çıkış basıncının hesaplanması için farklı rezervuar su seviyeleri ve buna bağlı olarak deneye dayalı kayıp katsayıları kullanılarak hesaplanan debi değerleri referans alınarak seri HAD çözümleri uygulanmıştır. Sonrasında HAD çözümünden elde edilen basınç değerleri Bernoulli eşitliğinde kullanılarak sistemde meydana gelen toplam kayıp bulunmuştur. Sonuç olarak sistemde konvansiyonel yöntemlerle hesaplanan kayıplara karşılık gelen debi değerleri, HAD çözümünde çıkış basıncını bulmak için kullanılmış fakat HAD çözümünden elde edilen çıkış basıncına karşılık sistemdeki toplam kayıp konvansiyonel kayıp hesabı ile farklılık göstermiştir.

İnşaat mühendisliği hidrolik yapı projeleri aralarında benzerlik gösterseler de çoğunlukla kendine özgü koşulları içerisinde değerlendirilmesi gereken sistemlerdir. HAD ya da farklı sayısal çözüm metotları, deneysel metotların alternatifi olarak değil birbirini destekleyici yöntemler olarak ele alınmalıdır. Klasik deneysel ve uygulamaya yönelik oluşturulmuş abaklar ve eşitlikler pratik ve güvenilir çözümler üretebilmesine karşın gelişen teknoloji ve mühendislik anlayışı içerisinde daha detaylı ve gelişmiş metotlar ile desteklenirse tasarım ve problem tespiti süreçlerinde faydalı sonuçlar ortaya çıkacağı aşikârdır.

5.Referanslar

Aydin M.C. ve Aydin S. (2006) Dolusavaklarda Hidrolik Karakteristiklerin Sayısal Analiz Yöntemi ile Belirlenmesi. Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi. 18 (4), 521-533

Aydin M.C. (2012) CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir. Advances in Engineering Software. 45, 159–166

Aydin M. C. Emiroglu M.E. (2013) Determination of capacity of labyrinth side weir by CFD. Flow Measurement and Instrumentation. 29, 1–8

Hoseini S. H. Jahromi S. H. M., Vahid M. S. R. (2013) Determination of Discharge Coefficient of Rectangular Broad-Crested Side Weir in Trapezoidal Channel by CFD. International Journal of Hydraulic Engineering. 2(4): 64-70

Li S.P.E. Cain S. Wosnik M. Miller C. Kocahan H. Wyckoff R. (2011) Numerical Modeling of Probable Maximum Flood Flowing through a System of Spillways. J. Hydraul. Eng. 137:66-74

Öztürk M. and Aydin M.C. (2007) Dolusavak Havalandırıcılarında Jet Uzunluğunun CFD Analiziyle Belirlenmesi. Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi. 20 (1), 157-164

T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (2012) Baraj Hidrolik Yapılar Tasarım Rehberi, 1.Barajlar Kongresi, Ankara


Orta Karadeniz Bölgesi İç Kısımları Tarihi Su Yapıları

Aslı Ülke Yrd. Doç. Dr. Ondokuz Mayıs Üni.

Kurupelit Kampüsü, Müh. Fak., İnşaat Müh. Böl., SAMSUN

Tel: (362)312 19 19-1101 E-Posta: , [email protected]

Emre Kebapcıoğlu

Doktora öğrencisi, Ondokuz Mayıs Üni. Kurupelit Kampüsü, Müh. Fak.,

İnşaat Müh. Böl., SAMSUN E-Posta: [email protected]

Öz Temel yaşam kaynağımız olan suyun biriktirilmesi, iletilmesi ve temini gibi su yapılarının tesisi, insanoğlunun varoluşundan bu yana önemini korumuş olup bugüne kadar bizlere birçok eser bırakılmıştır. Hala ayakta kalmayı başaran, tarihi su yapıları da bu eserlerin başlangıcını teşkil etmektedir. Teknolojik olarak bugünkü imkânlar olmamasına rağmen yeterli bilgi birikimi sayesinde, birçok problem çözülerek bizlere günümüze kadar ulaşabilen, temiz/kullanılabilir, kusuruz yapılar sunulmuştur. Günümüz şartlarında teknolojik ilerlemelerle birlikte yeni ve modern yöntemler gelişmiş olmasına rağmen, temiz çevre ve temiz suya erişim giderek zorlaşmaktadır. İçinde bulunduğumuz Orta Karadeniz Bölgesi çok fazla göz önünde olmasa da antik su yapıları açısından oldukça şanslı bir konumdadır. Üzerinde birçok medeniyet yaşamış olup tüm bu medeniyetler Kızılırmak ile Yeşilırmak gibi bölgenin yegâne su kaynaklarından en verimli şekilde faydalanmışlardır. Orta Karadeniz Bölgesinde, Yeşilırmak Havzası etrafında bulunan tarihi su yapılarının incelenmesi ile su kaynakları çalışmalarında bulunan biz mühendislere geçmişten bugüne bir ışık tutacak ve toplumun su yapılarına dikkat çekmesi sağlanacaktır. Bu çalışmada özellikle havzanın iç kısımlarında yer alan Sivas, Tokat, Yozgat ve Çorum illerinde bulunan günümüze kadar varlığını koruyabilmiş köprüler, hamamlar, çeşmeler, suyolları araştırılmış, detaylı bir inceleme gerçekleştirilmiştir. Anahtar sözcükler: Antik, Su yapıları, Yeşilırmak, Kızılırmak, Orta Karadeniz

Giriş

Türkiye’ nin pek çok bölgesinde, Hitit, Helenistik-Roma ve Selçuklu-Osmanlı dönemlerine ait barajlar, çeşmeler, sarnıçlar, hamamlar ve köprüler bulunmaktadır. Bu yapıların tümünü ya da bir bölümünü konu alan yayınlar, su mühendisleri, arkeologlar veya tarihçiler tarafından ele alınmıştır. Bu çalışmada, Orta Karadeniz bölgesi iç kısımlarında yer alan tarihi su yapıları; Hitit, Helenistik-Roma ve Selçuklu-Osmanlı medeniyetleri olmak üzere 3 ayrı dönemde incelenecektir. Diğer tarihi eserler arasında biraz daha geri planda kalan su yapılarının ele alınması; günümüzde su kullanımı, su tasarrufu ve su bilinci konularına dikkat çekmek anlamında önem arz etmektedir.


Üzerinde yaşadığımız dünyada, insanoğlunun yaşamı su ile başladı ve yakın geçmişe kadar toplumlar suyu doğadaki hali ile tükettiler. İnsanlar su kaynaklarına yakın yerlere yerleşip medeniyetler kurdular. Kurdukları medeniyetlerin coğrafyasına ve iklimine göre suyu depoladılar, sevk ettiler ve filtrelediler. Suyun tüketiminde ve arıtılmasında sanayi devrimine kadar dikkat çekici bir gelişme görülmedi. Dünyanın % 97,5’ nin suyla kaplı olmasına karşın, bu suyun ancak % 2,5’ i kullanılabilir durumdadır. Bu kısıtlı miktarın % 2’ lik kısmının kutuplarda, 16 km kalınlığında buz kütleleri halinde bulunduğu düşünüldüğünde, suyun sadece % 0,5’ lik bölümü kullanılabilir niteliktedir (Ulusoy, 2007). Su kaynaklarının sabit kalmasına karşı nüfusun hızla artması sebebiyle su ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Su, her dönem önem verilen, üzerinde çalışılan bir konu olmuştur. Hititler döneminde su idaresi kurulduğu ve kanunlarda su konusunun yer aldığı çivi yazılı belgelerden anlaşılmaktadır. Yine Osmanlı Döneminde, Su Nezareti kurulmuş olup bu idare tarafından çeşitli su haritaları hazırlanmıştır. Su, yaşam kaynağı olmasının yanı sıra kutsal amaçlı, şifa ve temizlenme amaçlı olarak da kullanılmış olup ortaya çıkan eserlerde mimarisine yansımıştır.

Hitit Dönemi Su Yapıları Kızılırmak kavsi içinde kalan, genellikle dağlık alanlar arasındaki geniş düzlüklerle kaplı bölge bugün çoğunlukla araştırmacılar tarafından Hitit anavatanı, başka bir deyişle Hititlerin kendi ülkelerinden söz ederken kullandıkları gibi Hatti toprakları olarak kabul edilir (Duran, 2003). Alaca Höyük Gölpınar Hitit Barajı Alaca Höyük yerleşimi, Orta Anadolu’nun en eski antik kentlerinden birisidir. Bu kent, Hitit Devletinin Başkenti olan Hattuşaş’a 28 km mesafede, Çorum İli Alaca İlçesi, Alaca Höyük Beldesinde bulunmaktadır. Gölpınar Hitit Barajının, Anadolu’ nun ilk barajlarından birisi olması ve arkeolojik kazılar sonucu yeniden işlevlik kazanarak, Alaca Höyük çiftçilerinin sulama yapmasına imkân vermesi açısından önemlidir. Kenarına kazı ekibi tarafından yerleştirilmiş, yazılı kitabeden edinilen bilgiye göre baraj M.Ö. 1240 yılında yapılmıştır. O dönemde göletlerin temizlenmesi, pisliklerden korunması, su kanallarının yılda en az bir kez temizlettirildiği ve bu yapılara zarar veren kişiye çeşitli cezalar verildiği kitabelerde yazılıdır. Yine belgelerden Kral IV. Tuthalya döneminde bölgede yoğun bir kuraklık yaşandığı, Mısır’ dan gemilerle buğday getirtildiği ve ertesi yıl kralın barajlar yaptırdığı bilinmektedir (Unutmaz, 2013). Alaca Höyük Gölpınar Hitit Barajı, pınardan çıkan suyu toplamak için arazinin çukur yerine kemer şeklinde yapılmış olup yağış alanı 0,092 km2, ortalama akım 0,015 m3/s, yıllık ortalama toplam yağış 388,40 mm, baraj gövde yüksekliği 2,5 m, rezervuar hacmi 27500 m3 olarak tasarlanmıştır (DSİ, 2009).


Şekil 1 Baraj Genel Görünümü(DSİ, 2009).Şekil 2 Savak Görünümü(DSİ, 2009).

Şekil 3 Çorum-Gölpınar Hitit Barajının Genel Görüntü Çizimi (DSİ, 2009).

Güneykale Su Derleme Yapısı Ayrıca Hitit İmparatorluk başkenti Hattuşaş (Çorum-Boğazköy) Güneykale’ de ortaya çıkarılan bir yapının su toplamak amacı ile yapılan bent, 100 m uzunluğunda ve 30 m genişliğinde olup, meydana gelen gölalanı 92 m x 65 m= 5980 2‘ dir (Öziş, 1984). Boğazköy Pınar Kaptajı Bu su yapısı Boğazköy’ deki bu su yapısı bir pınar kaptajı olup 2,6 m yüksekliğinde ve 1,4 m Genişliğinde taş kaplama bir kerhiz niteliğindedir. Son kısım 1,8 m Uzunluğunda, 1,1 m derinliğinde bir su toplama havuzu biçiminde olan bu yeraltı derleme yapısına, merdivenli bir girişle inilmektedir (Öziş, 1978).

Helenistik-Roma Dönemi Su Yapıları

Romalılar döneminde, su boruları için standartlar getirilmiş olup aynı zamanda borular isimlendirilmiş ve debi ölçümleri hesaplamalarına gidilmiştir. Vitruvius ve Frontinus adlarında 2 farklı debi ölçüm yönteminde ise ölçü birimi digiti kullanılmıştır. Dönemin su yapıları önceki dönemlere göre daha nicel tasarlanmıştır. Prof. Fahlbusch, hidrolik


hesaplar yapmış, kanalların eğimini belirlemiş, kesitlerin genişlik ve su yüksekliklerini tespit etmiştir (Bildirici, 2010). M.Ö. 300 - M.S. 30 arası Helenistik Dönem, M.Ö. 27 - M.S. 395 arası Roma Dönemi, 395-1453 arası Bizans Dönemi olarak kabul edilmektedir. Bu dönemlere ait yapılar barajlar, su kemerleri ve kanalları, sarnıçlar, çeşmeler ve hamamlar olarak sıralanabilir. Barajlar ve Sarnıçlar Örükaya Barajı(Çorum), Alaca ilçesinin yaklaşık 10 km güney doğusunda Alaca ırmağının bir kolu üzerindedir. Sulama amaçlı olarak yapılan barajın kret uzunluğu 40 m olup, 60-70 cm kare kesit bloklardan birer memba ve mansap duvarı ile aralarındaki 4,5-5,5 metre genişliğindeki boşluğun toprak çekirdekle doldurulmak suretiyle inşa edilmiştir (Öziş, 1978). Kızlar Kayası Sarnıcı(Yozgat), Çekerek ilçesine 4 km mesafede, Çekerek-Zile karayolunun sağında yer alan su sarnıcı; çok yüksek ve sivri bir kayanın üzerinden ırmak istikametine doğru toprak altındaki 160 basamaklı merdivenle aşağı doğru inilen bir yerde olup yüzeyden yaklaşık 3 m aşağıda dikdörtgen şeklinde kapısı bulunmaktadır.

Şekil 4 Kızlar Kayası Sarnıcı (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015). Ayazma(Tokat),Erbaa ilçesine bağlı Çamdibi Köyü'nün güneydoğusunda bulunmakta olup yarım yuvarlak planda inşa edilmiş yapı yarım kubbeyle örtülüdür. Bizans dönemi olan ayazmanın içinde, birer metre arayla yerleştirilmiş yuvarlak kemerli nişler görülmektedir. Bugün yıkık haldeki güney duvarın ortasından açılmış bir kanalla ayazmanın suyu tarla sulamada kullanılmaktadır.

Şekil 5 Ayazma (Tokat) (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015).


Hamamlar Sarıkaya Roma Hamamı(Yozgat), Anadolu’ da yapılmış Roma dönemine ait sayılı termal hamamlardan biridir. M.S. 2. yy ortalarında yapılan yapıda, yeraltından çıkan sıcak su kaynağı doğrudan kullanılmış olup mekânların zeminden ısıtılması sağlanmıştır. Günümüzde hamamın büyük kısmı yıkılmış olup yalnızca tonozlu arka mekâna geçişi sağlayan batı cephe duvarı ayakta kalabilmiştir. Bu kısımda 10 gözlü ve 2 katlı mermer kemerli duvar görülmektedir. Yaklaşık 30 m uzunluğundaki duvarın kuzey ve güney uçlarında dairesel havuz kısımları görülmektedir.

Şekil 6 Sarıkaya Roma Hamamı (İnternet 1). Sebastapolis Hamamı(Tokat), Tokat ili Sulusaray ilçesinde bulunan Sebastapolis Antik kentinin doğu tarafında bulunmakta olup önünde toprak zeminli, moloz taş duvarlı bölüm yer almaktadır. İki sütunlu kapı kesme taşlarla örülmüş olup iç mekâna girişi sağlamakta ve bu kapıdan girildiğinde zemini düzgün taşlarla döşeli mekânda, kuzey-güney yönünden gelip doğu-batı yönüne giden atık su kanalı ortaya çıkmaktadır. Bu durum hamamın asıl su kaynağının ve kullanım alanının henüz kazılmamış bölüm altında olduğunu göstermektedir. Sütunlu girişin simetriğinde güney yönde iki sütun daha bulunmakta olup doğudaki sütunun ayağının dış tarafında (kuzey), taş bir kurna görünmektedir. Arkeologlar tarafından tespit edilen duvarlardaki kükürt izleri antik dönemde, bugün şehrin 3 km güneybatısında faaliyetini sürdüren kaplıcanın suyu ile çalışmış olacağını göstermektedir.

Şekil 7 Sebastapolis Hamamı(Tokat) (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015).


Kral Kızı Hamamı(Tokat), Tokat ili Niksar ilçesinde 6,2 km uzunluğundaki surlarıyla Türkiye’ nin ikinci büyük kalesi olan Niksar Kalesinde ki yaklaşık 100 m. uzunluğundaki gizli tüneli, kral kızlarının kaleden aşağıda bulunan Roma hamamına inmek için kullanılmakta olup hamama ait çalışmalar yapılmaktadır.

Şekil 8 Hamama çıkan tünel(Tokat) (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015).

Roma Havuzu(Tokat), Tokat Merkeze bağlı Kılıçlı Köyü’ nün güneydoğusundaki kazılar sonucu açığa çıkartılan havuz altıgen planlı ve kesme taştan oluşan bir yapı olup çevresinde pişmiş toprak su künkleri vardır. Altıgen yapının her bir duvar uzunluğu 5 m çapı ise 10,55 m’ dir. Taşlardan birçoğuna oyularak su kanalı yapılmış olup tabanında su giderleri mevcuttur.

Şekil 9 Altıgen Roma Havuzu(Tokat)(İnternet 2).

Çeşmeler Komana Çeşmesi(Tokat),Tokat’ta Roma ve Helenistik döneme ait izlerin bulunması amacıyla, Komana Antik Kenti’nde yürütülen kazı çalışmaları kapsamında, Roma dönemine ait olduğu tahmin edilen çeşmenin bir bölümü ortaya çıkartılmıştır. Roma dönemine ait çeşme 2012 yılında bulunmuş olup altıgen yapılıdır. Künk sistemi kullanılmış ve pişmiş topraktan borularla suyu getirilmiştir. Köprüler Leylekli Köprü (Yılanlı köprü)(Tokat), şehrin içinden geçen Çanakçı Deresi üzerinde Arasta Camii yanında olup tek kemerli yarım daire şeklindedir. İsmini kilit taşının


üzerinde yer alan kabartma tekniği ile yapılmış ağzında yılan tutan leylek figüründen alır, aynı zamanda bu kabartmanın altında bulunan Haç işareti köprünün Bizans dönemi yapılmış olabileceğini göstermektedir.

Şekil 10 Leylekli Köprü Şekil 11 Çekerek Irmağı-Sulusaray Köprüsü (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015). (Fotoğraf Ülke ve Kebapcıoğlu, 2015). Çekerek Irmağı- Sulusaray Köprüsü Çekerek Irmağı üzerinde bulunan ve bugün de kullanılmakta olan köprünün kesin inşa tarihi bilinmemekle birlikte Sulusaray (Sebastapolis) antik kentindeki diğer kalıntılar gibi Roma döneminden kaldığı tahmin edilmektedir. Her iki kıyıdan itibaren büyük kemere doğru hafif yokuşlu şekilde yapılmış olan köprü bugün altı gözlüdür. Yuvarlak altı kemer gözünden, köprünün ortada yer alan iki kemer gözü diğerlerinden daha geniş ve yüksek tutulmuştur. Kemerlerde düzgün kesme taş, diğer bölümlerde kaba yonu taş kullanılarak inşa edilmiştir.

Selçuklu ve Osmanlı Dönemi Su Yapıları

Osmanlı döneminde dini ihtiyaçları karşılayan camilere ve camiler yanında çeşme, sebil ve şadırvan yapımlarına çok önem verilmiştir. Kanuni döneminde başkent İstanbul' da büyük gelişme ve genişlemeler olmuş kentin Roma ve Bizans dönemlerinden kalan suyolları kentin ihtiyacını karşılayamaz duruma gelmiştir. Osmanlı Sultanı, büyük Türk Mimarı Sinan' ı (1490-1588) su sorununu çözmek için görevlendirmiştir (Bildirici, 2009). Bu devrin su mühendisliğinde şu özellik görülmektedir. Yapıya genellikle pişmiş toprak künkler veya pöhrenkler için toprak altından gelen su, dahili bölümlerin fonksiyonlarına göre, uygun veya birkaç yerden dış duvarın içine girmekte, şakuli künklerle duvar içinde yükselmekte, su akıtılacak kısımlarda da yekpare taştan oyulmuş bir hazneye dökülmektedir. Künklerle teşkil olunan su borularında istikametin değiştiği kırılma veya birleşme noktalarında artan basınca karşı bugün ki gibi (L),(T),(Y) şeklinde dökülmüş künklerin yerine daha mukavim bir malzeme olan taştan oyulmuş özel parçaların kullanılmıştır (Önge, 1997).


Hamamlar Ali Paşa Hamamı(Tokat), 1572 yılında Kanuni Sultan Süleyman Oğlu Şehzade Süleyman’ın damadı Ali Paşa tarafından Ali Paşa Camii ile beraber yapılmıştır. Pervane Hamamı(Tokat), 1275’ te Selçuklu Veziri Muineddin Pervane tarafından yapıldığı sanılmaktadır.14-15. yy. yapılan Büyük Hamam(Niksar, Tokat), 1656 yılında yapılan Çifte Hamam(Zile,Tokat), 1394-1395 yılları arasında Hacı İvaz Paşa tarafından yapılan Halil Bey Hamamı(Pazar,Tokat), Erkilet Hamamı(Pazar, Tokat),1437 yılında yapılan Sultan 2. Murat‘ ın lalası Yörgüç Paşa tarafından yapılan Yörgüç Paşa Hamamı(Tokat), 13.yy.’ da yapılan Mustafa Ağa Hamamı(Tokat), 15.yy.’ da yapılan Çavuş Hamamı(Niksar, Tokat)Tokat’ ta bulunan belli başlı hamamlardır. Çapanoğlu Hamamı(Yozgat), Çapanoğlu Süleyman Bey tarafından 1793 yılında yapılmıştır. Akdağmadeni Hacı Hamamı(Yozgat) ise 1895 yılında yapılmıştır(Acun, 1975). Çorum Paşa Hamamı, 1484 yılında Taceddin İbrahim Paşa tarafından yaptırılmıştır. Kargı Mihr-i Hatun Hamamı(Çorum), 1635 yılında Sultan IV. Murat tarafından, İran seferi sırasında ordusunu burada konaklatarak, eşi Mihri Hatun’ un burada ölmesi üzerine Kargı’ ya gömerek, adına vakıf kurdurmuş ve kenti imar ederek burada cami ve hamam yaptırmıştır. Kurşunlu Hamamı(Sivas), 1576 yılında Sağır Behram Paşa tarafından yapılmıştır. Meydan Hamamı(Sivas)ise1564 yılında yaptırılmıştır.

Çeşmeler Tokat çeşmelerinin en tanınmışları; Oğul Bey Çeşmesi, Soğukpınar Çeşmesi, Çerbikpınar Çeşmesi, Pazarcık Çeşmesi, Mevlevihane Çeşmesi, Acemşir Çeşmesi, Alaca Çeşmesi, Şeyh Şehabettin Çeşmesi, Uzunseki Çeşmesi, Kasaphane Çeşmesi ve Musa Bey Çeşmesi’dir. Yozgat çeşmelerinin en tanınmışları; Çapanoğlu Çeşmesi(1780), Musa Ağa Çeşmesi(1785), Kuşçu Köyü Çeşmesi(1813), Büyüknefes Köyü Çeşmesidir(1843). Çorum’ da İskilip Çeşmeleri, Osmancık Baltacı Mehmet Paşa Çeşmesi belli başlı çeşmelerdir(1705). Köprüler Hıdırlık Köprüsü(Tokat), 5 gözlü olup, 151 m. uzunluğunda ve 7 m. genişliğindeki köprü kesme taşla yapılmış 700 yıllık Selçuklu eseri bir köprüdür. Pazar Köprüsü(Pazar, Tokat), Yeşilırmak üzerine kurulmuş olup tarihi İpek Yolunun Mahperi Hatun Kervansarayı'na ulaşımını sağlamıştır. Köprünün yapılışı 1235-1240 yıllarında yapılmış olduğu kabul edilip dört kemer gözlü olarak inşa edilen köprünün genişliği 5,30m' dir. Kenarlarında 0,40m genişliğinde ve 0,55m yüksekliğinde taştan korkuluklar vardır. Köprünün sivri kemer açıklıkları, merkezden yanlara doğru kademeli şekilde daralmaktadır. Ancak merkezdeki kemer gözünün bir yanında iki diğer yanında tek açıklığın yer alması, asimetrik bir görünüme neden olmaktadır. Talazan Köprüsü(Erbaa, Tokat), Kelkit ırmağı üzerinde kurulmuş olan köprü, kesme taştan yapılmış olup yedi sivri kemer üzerine oturtulmuştur. Boyu 147 m, eni 10 m ve


yüksekliği 9 m’ dir. Kaleköy Köprüsü, Kelkit Irmağı ile Tozanlı Irmağı'nın birleştiği Boğazkesen (Kaleboğazı) Mevkiinde kurulmuştur. Üst yapısı tamamen yok olmuş köprünün bugün sadece beş ayağı kalmıştır. Harap durumdaki beş ayağın batı, yani suyun geliş yönünde üçgen biçimli sel yaranları bulunmaktadır. Dört gözlü köprünün kemerlerinin türü hakkında bir şey söylemek bugün için mümkün değildir. Düzgün kesme taş malzeme kullanılarak inşa edilmiş köprünün yapım tarihi bilinmemektedir.

Şekil 12 Kaleköy Köprüsü.(İnternet 3). Şekil 13 Bayazıt II Köprüsü.(İnternet 4). Kesik Köprü(Yozgat), Çekereksu üzerine kurulmuş olup 13.yy da 5,5 m eninde ve 65 m uzunluğunda inşa edilmiştir. Karabıyık Köprüsü(Yozgat), Konak Suyu üzerinde kurulmuş olup Yavuz Sultan Selim Tarafından Mısır Seferine giderken yaptırılmıştır. Şefaatli Köprüsü, Kızılırmak Nehrinin Delice kolu üzerinde kurulmuş olup kemer açıklığı 8 m, kemer yüksekliği 3,2 m olmak üzere kesme taş bir yapıdır (Acun, 1975). Bayazıt II (Koyun Baba) Köprüsü(Çorum), 15. yy.da yapılan köprü Kızılırmak üzerine inşa edilmiş olup uzunluğu 250 m., genişliği ise 7,5 m’ dir. Dikdörtgen kesitli sarı kesme taşlardan yapılmış olan köprü sivri kemerli 19 gözlüdür. Ancak bugün zamanla ırmak birikintileriyle dolması nedeniyle 15 gözü görülebilmektedir. Boğaz Köprüsü(Sivas), 1526 yılında yapılmış olup 101,96 m uzunluğunda ve 4,45 m genişliğindedir. Eğri Köprü(Sivas), 16. yy da yapılmış olup 179,60 m uzunluğunda ve 4,55 m enindedir. Köprü on sekiz yuvarlak kemerli olup en büyük kemer açıklığı 7,7 m’ dir. Kesik Köprü(Sivas), Kızılırmak üzerinde kurulan köprü 1292 yılında yaptırılmış olup Selçuklu döneminden günümüze gelmiştir. Köprünün toplam uzunluğu 326,35 m ve eni 4,95 m. Olup en büyük kemer açıklığı 7,9 m’ dir (Denizli, 1998). Sivas’ da bulunan diğer başlıca köprüler; Şahruh Köprüsü, Yıldız Köprüsü, Handere Köprüsü, Gemerek Köprüsü, Acısu Köprüsü ve Kız Köprüsüdür.

Sonuç

Tarihi su yapıları ile ilgili birçok çalışmalar yapılmış olmasına karşın bu çalışmada Orta Karadeniz Bölgesi ele alınarak buradaki eserlere dikkat çekilmiştir. Yeşilırmak ve Kızılırmak ile çevrilmiş bu bölge geçmişte önemli olduğu kadar günümüzde de su potansiyeli açısından önemini korumaktadır. Bu çalışmada, bazı eserler yerinde görülüp incelenerek bazıları ise önceki çalışmalardan tespit edilerek güncel kaynaklarla ele alınmış olup biz araştırmacılara ışık tutacaktır.


Kaynaklar Acun, H.(1975)Yozgat ve Yöresi Türk Devri Yapıları Kitabı, Vakıflar Genel Müdürlüğü Yayınları, Ankara. Bildirici, M., (2009)Tarihi Su Yapıları Kitabı, Devlet Su işleri Genel Müdürlüğü Yayınları, Sayfa 69, Ankara. Bildirici, M. (2010)Tarihi Su Yapıları Derlemesi, Sayfa 42, İstanbul. Denizli, H.(1998) Sivas Tarihi ve Anıtları Kitabı. D.S.İ.(2009) M.Ö. 1250’den Günümüze Hitit Barajı. DSİ V.Bölge Müdürlüğü, 5.Dünya Su Forumu, İstanbul. Duran, Y.(2003)Hitit dönemi Anadolu coğrafyasının incelenmesinde yeni bir yaklaşım. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara. Önge, Y.(1997)Türk mimarisinde Selçuklu ve Osmanlı Dönemlerinde su yapıları. Türk Tarih Kurumu, Ankara, Türkiye. Öziş, Ü. (1978)Anadolu’da ki tarihi su yapılarının çağdaş önemi. Türkiye İnşaat Mühendisliği 7. Teknik Kongresi 25-27 Ekim, Ankara. Öziş, Ü. (1984) Su mühendisliği tarihi açısından Anadolu’da eski su yapıları. Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir. Unutmaz, İ. (2013) Anadolu’ da Antik Dönemden Günümüze Su Mühendisliği Harikaları. Wilo, İstanbul, Türkiye. Ulusoy, K. (2007) Küresel Ticaretin Son Hedefi: Su Pazarı. Kristal Kitaplar Yayınevi, Ankara, Türkiye. İnternet 1, http://www.yozgatkulturturizm.gov.tr/TR,92801/sarikaya-roma-hamami.html İnternet 2, http://www.tokatkultur.com.tr/haber_detay.asp?haberID=467 İnternet 3, http://trip-suggest.com/turkey/tokat/kizilcubuk/ İnternet4, http://www.corumkulturturizm.gov.tr/TR,58715/su-kemerleri-cesmeler-kopruler.html


Binyıllar Boyunca Anadolu’daki Su Mühendisliği

N. Orhan Baykan Pamukkale Ün., Müh. Fak., İnş. Müh.

Böl., Kınıklı, 20070-Denizli

532 522 56 01 [email protected]

Nesrin Baykan Zümrüt Mah. 2061 sk. no. 18,

Bağbaşı-Denizli 532 730 37 76

[email protected] (Yazışmacı Yazar)

Öz

Uygarlıkların rastlaştığı, kesiştiği ve geliştiği yer olan Anadolu, eskil (antik) su mühendisliği çeşitliliği bakımından dünyanın önde gelen su yapılarına ev sahipliği yapmaktadır. Türkiye’deki ekin zenginliğinin bir göstergesi olan 40.000’in üstündeki eskil yerleşimler, yarım yüzyılı aşan bir süre boyunca su mühendisliği açısından da incelenmeye başlanmıştır. Bu çalışmada, Höyüklerden başlayıp, Hitit, Urartu, Helen, Roma, Bizans, Anadolu Selçukluları, Osmanlı ve Çağdaş Türkiye Cumhuriyeti’ndeki su yapılarından örnekler verilmiş; Anadolu’da su mühendisliğinin nasıl bir geçmiş ve ekin kalıtına sahip olduğunun altı çizilerek Türkiye Cumhuriyeti’nin yaptıklarına kısaca değinilmiş; altlarından su geçiren ve su ile temasta olan köprü ve limanların da bu kapsamdan ayrı tutulamayacakları vurgulanmıştır. Eskil kentlerin su mühendisliği birikimi iyi değerlendirilmeli, içlerinde sakladıkları gizlerin açığa çıkarılarak çağdaş dünyaya sunacakları katkılar ortaya konulmalıdır. sağlanmalıdır. Bu ise ancak çoklu bilim dallarının ortaklaşa çalışmalarıyla olanak bulacaktır. Anahtar sözcükler: eskil, antik, Anadolu, Hitit, Urartu, Helen, Roma, Bizans, Osmanlı, Türkiye, su mühendisliği, su yapısı

1. Giriş

1.1. Genel Kısmen kullandığımız kanalları ve bunları besleyen bentleri gerçekleştiren, bugünün borulu sulama yönteminin öncüsü olan kehriz sistemini bulan, tünellerle akarsu çevirerek limanların dolmasını engelleyen, akarsu yataklarını iyileştiren, galeri ve kuyularla yeraltısuyunu derleyen, sarnıçlarla yağmursuyunu toplayarak kenti besleyen, anıtsal çeşme ve hamam yapıları ile liman ve öğeleri gibi su mühendisliğinin gerek sanat, gerekse teknik yönünü yansıtan, havzaları taşkınlardan koruyarak tarımsal etkinliklerin kesintiye uğratılmadığı boşaltım yapılarını düşünen ve inşa eden uygarlıkları “Hidrolik Uygarlıklar” olarak nitelenmesi yanlış olmaz. İlk hidrolik mühendisi ise Milet/Aydın’li Thalestir (S.Ö. 624-546).


Anadolu’daki kargir ve/veya taş köprü kalıntıları, Roma (1. binyılın ilk yarısı), Selçuklu (2. binyılın ilk yüzyılı) ve Osmanlı (13. ve 19. yy. lar) dönemlerine dek gitmektedir. Anadolu'nun üç yanı denizlerle çevirilidir. Eskil çağda deniz ticaretinin kara ticaretine göre daha az tehlikeli ve daha hızlı olması nedeniyle gelişen deniz ticareti, çok sayıda limanın da yapımına olanak sağlamıştır. 1.2. Tarihte Su mühendisliği S.Ö. (sıfırdan önce) 4. Binden başlayarak, Kuzeydoğu Afrika; Kuzey, Orta ve Güney Amerika; Kuzey ve Orta Akdeniz; Orta ve Kuzey Avrupa; Kuzeydoğu, Kuzeybatı, Güneybatı ve Güneydoğu Akdeniz’de gün geçtikçe yeni buluntulara rastlanan dünya kalıtları içinde su mühendisliğinin yeri yoksayılamayacak ölçüdedir. Suriye, Yemen, Musul ve Filistin yörelerindeki barajlar ve sinnörler (savaş sırasında çevrelerindeki su kaynaklarıyla ilişkilerinin kesilmesi tehlikesine karşı, bu kaynaklara ulaşan tüneller), bugünkü borulu sulama sisteminin öncüsü sayılacak kehrizler ile kayaya oyulmuş ve/veya kargir yapı biçiminde inşa edilmiş sarnıçlar ve onlarca değişik amaçlı su mühendisliği yapıları, zamanlarının ilginç su mühendisliği sanat ve yapım tekniklerini zamanımıza ulaştırmaktadırlar.

2. Anadolu’da Su Mühendisliği 2.1. Genel Genel olarak söylenirse, neredeyse eski kentlerin tümünde ciddi su iletim sistemine rastlanmakta, bir kısmında ise kanalizasyon sistemi de bulunmaktadır. Ya kanal ya da pişmiş toprak borulu içme ve kullanma suyu sisteminden önce yada birlikte kullanılmış açık ve kapalı sarnıçlar da su gereksinmesinin karşılanmasına hizmet etmişlerdir. Galeriler ve tüneller akaçlama sistemlerinin birer öğesi, kıyı koruma yapıları, iskele ve limanlar deniz ulaştırmasının parçaları, yarı-kurak Anadolu kentlerinin kentiçi dağıtımı ve sulama gereksinmesini günlük ve mevsimlik bakımlardan karşılayacak biriktirme yapıları, tüm bu mühendislik yapılarının tamamlayıcıları olan maksem, su terazisi, çeşitli amaçlara hizmet eden kapaklar, pişmiş toprak borular, suköprüleri (kılköprü, akedük), akarsu üstünü örten ve menfez gibi yanal suları almaya yarayan sanat yapıları, mühendislik birikim ve tasarımının geliştiği düzeyi göstermesi açısından hayranlıkla izlenen yapılar olarak göze çarpmaktadırlar. 2.2. Anadolu’daki Su Mühendisliği Kalıntılarının Tarihlenmesi Aşağıdaki çizelgede, Anadolu’daki su mühendisliğine ilişkin halihazırda bilinen geçmişin tarihsel bir sıralaması verilmektedir (Çizelge 1). Böylelikle eskil geçmişin uygarlık katmanları gözönüne getirilebilecektir. 8-9 binyıllık uygarlık geçmişindeki kalıntıların bazıları günümüze değin ulaşmışken, bazılarından eser kalmamıştır. Bu onların hiçbir zaman olmadığı anlamına gelmemelidir.


2.3. Dönemlerdeki Bazı Su Yapılarından Örnekler 2.3.1. Höyükler Dokuz binyıl önce insanlar ne yaptı? Su gereksinmelerini nasıl sağladılar? Tarlalarını nasıl suladılar? Toprak kanallar mı yaptılar? Suyu doğrudan doğruya akarsudan toprak kanallara mı aldılar? Olasılıkla, evet! Ancak şimdilik kanıt yoktur. Göbeklitepe/Şanlıurfa'da yerleşik uygarlığın S.Ö. 8000'lere çekildiği gözönüne alındığında, höyüklerin de su gereksinmesinin bir biçimde, taşıma suyla da olsa karşılanmış olması gerekir. İlerleyen araştırma ve kazılar bu noktayı da açığa çıkaracaktır. Özellikle Doğu Anadolu’da baraj yapımları nedeniyle kurtarma kazıları sonucunda daha yakından incelenme olanağı bulunan höyüklerin su kaynaklarına yakın oluşu bu savı doğrulamaktadır (Şekil 1).

Çizelge 1 Anadolu’daki Eskil Dönemler.

Sıra Dönem Tarih Su Yapısı Kalıntısı 1 Tümülüsler S.Ö. 7000-6000 Şimdilik yok 2 Çatalhöyük S.Ö. 6000-5500 Kısıtlı kalıntı 3 Geçiş S.Ö. 5500-1750 Şimdilik yok 4 Hatti ve Hititler S.Ö. 1750-860 Az sayıda 5 Urartular S.Ö. 860-675 Belirli sayıda 6 Büyük İskender ve öncesi S.Ö. 675-330 Az sayıda 7 Helenistik Dönem S.Ö. 323-133 Çok sayıda 8 Roma İmparatorluğu S.Ö. 133-S.S. 395 Oldukça çok sayıda 9 Bizans İmparatorluğu 395-1453 Az sayıda

10 Anadolu Selçukluları 1000-1299 Çok az sayıda 11 Osmanlı İmparatorluğu 1299-1923 Özellikle İstanbul'da 12 TÜRKİYE CUMHURİYETİ 29 EKİM 1923- Hepsinin toplamından çok

S.Ö.: sıfırdan önce (M.Ö., İ.Ö.); S.S. sıfırdan sonra (M.S., İ.S.).

(a)

(b)

(c)

Şekil 1 Tümülüsler. (a) Başur höyüğü S.Ö. 7000, Bitlis; (b) Yeşilova höyüğü, S.Ö. 6450, İzmir; (c) Kalehöyük, şimdilik S.Ö. 2200 (umut S.Ö. 8000), Kaman-Kırşehir.

2.3.2. Çatalhöyük Çatalhöyük, Orta Anadolu’daki en eski yerleşimlerden biridir. İzleri S.Ö. 6000–5500’e dek gider. Bölge halen kuyulardan beslenmektedir. Olasılıkla geçmişte de böyle olduğu


öne sürülebilir. Kazılarda, doğu ve batı tümülüslerinin arasında ve aşağı kesimde bazı basit sulama kanalı izlerine rastlanmıştır (Şekil 2).

(a)

(c)

(b)

Şekil 2 Çatalhöyük Tümülüsü, S.Ö. 6000-5500; (a) Neolitik Yerleşim;

(b) Çatalhöyük’ün yeri; (c) Anadolu’daki en eski su yapısı kalıntısı. 2.3.3. Çavuştepe Van ilinin doğusundaki Çavuştepe’de kayaya oyulmuş sarnıçlar ilgi çekicidir (Şekil 3).

Şekil 3 Sarnıçlar, S.Ö. 3000, Çavuştepe (Bronz-Çağı Yerleşimi-Van).


2.3.4. Hitit Dönemi S.Ö. 1750-860 arasında Orta Anadolu’yu kaplayan Hitit uygarlığı arkasında ilginç yapılar bırakmıştır. S.Ö. ikinci binyıl ortalarından kalma sulama amaçlı Karakuyu Barajı (Uzunyayla) ile Boğazköy yakınındaki Gökpınar Barajı Hititlerden kalan ender kalıntılardandır. Boğazköy pınar derleme yapısı, Keban baraj gölü içinde kalan kanal kalıntısı, Eflatunpınar Seddesi’nin (Beyşehir) dolusavak kalıntısı da Hititlerden kalma diğer kalıntılardır. Diğer bazı Hitit kalıntılarından örnekler Şekil 4 ve Şekil 5’te sunulmaktadır.

(a)

(b)

Şekil 4 Hitit Dönemi Pınar Derleme Yapısı: (a) Boğazkale; (b) Eflatunpınar.

(a)

(b)

Şekil 5 Hitit Dönemi: (a) Karakuyu Brj., Uzunyayla/Erzurum; (b) Gölpınar Brj., Çorum. 2.3.5. Urartu Dönemi S.Ö. 1000 dolaylarına Van yöresinde yaşayan Urartular kehriz sistemini (borulu sulamanın atası) ilk kullananlardandır. S.Ö. 800’lerden kalma, bugün bile önemli bir kesimi kullanılan Şamram Kanalı 56 km uzunluğuyla Urartuların "Hidrolik Uygarlık"ta ne denli ileri gittiklerinin bir göstergesidir. Yine Van yöresindeki 5 bendin de Urartu’lardan kalma olduğu sanılmaktadır (Şekil 6).


Yapım dönemine yönelik olarak Urartu'dan Osmanlı'ya uzanan görüşler öne sürülen Faruk bendi, belki yerinde eski bir Urartu bendi yapılmış olsa da, Selçuklu döneminin ender barajlarından biri olması kuvvetle olası gözükmektedir. Faruk bendi, yakın bir tarihte ciddi hasar gören (sol sahil sedde bölümü göçmüştür) ve zamanında taşkından koruma amaçlı kullanılmış Van yöresindeki barajlarındandır.

(a)

(b)

Şekil 6 Urartu Dönemi: (a) Keşiş Barajı, Van; (b) Şamram (Menua) Kanalı, Van.

2.3.6. Helenistik Dönem S.Ö. 1. binde doğuda Urartulara karşılık batıda kurulan İyonya Birliği, S.Ö. 546’daki Pers istilasına kadar sürmüş; S.Ö. 334’de Büyük İskender Persler’in egemenliğine son vermiştir. S.Ö. 300 - S.S. 30 arası Helenistik dönem olarak adlandırılmaktadır. S.Ö. 1. bin içinde Anadolu’nun batısı (İyonya) bilimsel anlayışın gelişip serpildiği bir bölge olmuştur. Bu dönemden kalma suyla ilgili iki öğe aşağıda verilmiştir (Şekil 7).

(a)

(b)

Şekil 7 Borular: (a) Helenistik Dönem, Taş Bağlamalı Kurşun Boru, Artemisyon-Efes,

Selçuk/İzmir; (b) Meles Geçişi Ters Sifon Öğesi, Smyrna/İzmir.

2.3.7. Roma Dönemi Bugün Anadolu’da kalıntılarını izlediğimiz yapıtlar genellikle S.S. 100-300 arasın kapsayan Roma kalıntılarıdır. Bergama, Milet, Efes, Patara olmak üzere onlarca kentin su iletim ve kısmen dağıtım ve atıksu sistemleri açıklığa kavuşturulmuştur. Bazı seçilmiş örnekler aşağıda sunulmuştur (Şekil 8).


(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

Şekil 8 (a) Patara/Gelemiş/Kalkan/Antalya Ters Sifonu; (b) Bezirgan (Tuminehi) /Kalkan

Boşaltım Tüneli; (c) Aspendos/Aksu/Antalya Ters Sifon Yatağı Suköprüsü; (d) Dağıtımdaki Pişmiş Toprak Borular; (e) Hierapolis-Pamukkale/Denizli, Atıksu Sistemi; (f) Kehriz; (g) Titus-

Vespasianus Tüneli/Çevlik-Samandağ/Antakya, Akarsuyun Çevrilmesi; (h) Knidos Liman Yapısı.


Roma dönemi barajları içinde, Çavdarhisar (taşkından koruma ve sulama, Aizanoi, Kütahya), Örükaya (sulama, Çorum), Böget (içmesuyu, Niğde); Jüstinyan döneminde ise (527-565), Dara barajı sayılabilir. Istranca dağlarından İstanbul'a su ileten Roma imparatorluğun dünyadaki en uzun suyolu (242 km) Şekil 9'da sunulmuştur.

Şekil 9 Vize, İstanbul; Dünyanın En Uzun Roma Suyolu (242 km).

Su iletim sistemleri ana öğelerinin yanısıra, su iletim ve havza boşaltım tünelleri (Öziş 2010), ters sifonlar (Alkan vd. 2014), akarsu üstünü örten yapılar (Grewe vd. 1997), su ve yapı mühendisliğinin kesiştiği diğer su yapıları olarak nitelenebilir. 2.3.8. Bizans Dönemi Bizans döneminde, Binbirdirek sarnıcı 4. yy da, Yerebatan sarnıcı 6. yy da inşa edilmiştir. Valens suköprüsünün yerinde, Hadrianus döneminde daha alçak bir suköprüsü inşa edilmiş olduğu sanılmakla birlikte, köprü 4. yy da 242 km lik Istranca suyolunun bir birimi olarak inşa edilmiş; Osmanlı döneminde Halkalı sularının bazıları tarafından da kullanılmıştır. Aşağıda sarnıç ve suköprüsünden birer örnek sunulmuştur (Şekil 10).

(a)

(b)

Şekil 10 Bizans Dönemi: (a) Yerebatan Sarnıcı; (b) Bozdoğan (Valens) Suköprüsü.


2.3.9. Anadolu Selçukluları Dönemi Selçuklu döneminden kalma çok sayıda köprü olmasına karşın, suyollarına pek rastlanmamaktadır. Şanlıurfa suyollarının bazıları da bu dönemden kalmadır. Haburman köprüsünün asimetrik yan açıklıklarından geçen ve bir değirmeni besleyen kanal, bu dönemin en ilginç su kuvveti tesisi niteliğindedir (Şekil 11).

Şekil 11 Selçuklu Dönemi, Haburman/Çermik,

Bir Değirmeni Besleyen Kanal (sağda). 2.3.10. Osmanlı Dönemi Osmanlı imparatorluğunun en geniş sınırlara sahip olduğu dönem 16. Ve 17. yüzyıllardır. Osmanlı döneminde; İstanbul’un Rumeli yakasını besleyen İstanbul-Halkalı suyolları (1453-1755 arasında; toplam uzunluğu 130 km; 16 farklı suyolundan oluşmuştur); Süleymaniye suyolu (engeç 1557'de bitirilmiştir; Mimar Sinan; toplam uzunluğu 50 km); Edirne-Taşlımüsellim suyolları (1530’lardan başlayarak; Mimar Sinan; toplam uzunluğu 50 km); İstanbul-Kırkçeşme suyolları (1554-1560/64; Mimar Sinan; toplam uzunluğu 55 km); İstanbul-Üsküdar suyolları yapılmıştır. 16-19. y.y., İstanbul-Taksim suyolu (1731; toplam uzunluğu 23 km; 18. y.y. da Hamidiye suyolu da bu sisteme eklenmiştir (Şekil 12). Osmanlı döneminin en önemli bentleri, Kırkçeşme ve Taksim suyollarına eklenen, Kırkçeşme sistemindeki Topuz (1620), Büyük (1724), Ayvat (1765), Kirazlı (1818); Taksim sistemindeki Topuzlu (1750), Valide (1796), Yeni (1839) bentleridir. Osmanlı döneminin diğer su yapıları arasında; İzmir suyolları, Gediz Nehri yatağının değiştirilmesi (1886), Beyşehir bağlaması, Çumra sulaması, Tarsus Hidroelektrik santrali (1902) ve çok sayıda çeşme sayılabilir. Bunlara ilişkin örnekler ilerleyen sayfalarda verilmektedir.


(a)

(b)

(c)

(d)

Şekil 12 Sukemerleri ve bentler: (a) Taksim suyolundaki Uzun kemer; (b) Kırkçeşme Suyolundaki Mağlova kemeri; (c) Taksim suyolundaki Topuzlu bendi; (d) Kırkçeşme

suyolundaki Ayvat bendi. 2.3.11. Türkiye Cumhuriyeti Dönemi Cumhuriyet döneminde, 20. ve 21. yüzyıllarda, hidrolik laboratuvarlarında geliştirilen hidrolik modeller, bilgisayarların kullanımıyla deneme-yanılma ve ardışık yaklaşım yöntemlerinin devreye girmesi, 200 m’yi aşan barajlar, toplamda binlerce MW’a erişen hidroelektrik santraller, yüzbinlerce hektarlık sulama alanları, kirletilmiş suları arıtarak doğal ortama geri gönderen arıtım tesisleri ile ciddi bir sıçrama gösterilmiştir. Su kaynaklarının yeterince temiz kullanılmasını sağlamak, su hukukuna değişik boyutlarda yeni kavramlar eklemek, suya erişmeyen ülkelere su götürülmesini sağlamak üzere, dünya çapında çeşitli resmi ve sivil örgütler yoğun çabalar göstermektedirler. 1923’te Türkiye Cumhuriyeti’nin kurulmasıyla, 20. yüzyılın ilk çeyreğinde insan gücünün geliştirilmesine emek harcayan Türkiye, bundan sonraki onyıllarda su mühendisliği alanında dünya çapında önemli projelere imza atmıştır. Baraj mühendisliğinde dünya çapında büyüklüklere erişilmiştir. Dünyadaki baraj yükseklikleri 300 m'nin üstüne çıkmış olup, yapım halindeki Yusufeli barajı 270 m, 2012'de tamamlanan Deriner barajı 249 m yükseklikleriyle ilk düzinenin sonlarında; 210 m yüksekliğindeki Keban ve Ermenek, 201 m yüksekliğindeki Berke barajları dördüncü düzine içinde yeralmaktadır. Baraj gövde hacmi bakımından milyar m3 düzeyine çıkmış dünyada, Atatürk barajı 84,5 milyon m3'le ilk düzineye girmekte, ilk düzine içinde yeralan ve kuyruk barajı (tailings) olarak adlandırılan barajlar da aslen baraj olmayıp sedde niteliğinde olduklarından, Atatürk barajı ilk 10 içinde yerini almaktadır. Türkiye’nin yüzeysel su gizilgücü (potansiyel) 185 milyar m3/yıl olup bunun 1/3’ü karst pınarlarından gelmektedir. Yeraltısuyu gizilgücü ise yaklaşık 8 milyar m3/yıldır. Ancak bu gizilgüçler ülkeye eşdüzeyde dağılmamıştır. Halen ancak yarısı yapılmış yüzeysel su


gizilgücünün 600 den fazla büyük barajla denetim altına alınabileceği; 670 den fazla büyük hidroelektrik santralle 130 milyar kWh/yıl dolayında elektrik üretilebileceği; 8,5 milyon hektar arazi sulanabileceği; 0,5 milyon hektar alanın taşkından korunabileceği ve 6 milyar m3/yıl suyun kentlere ve endüstriye verilebileceği kestirilmektedir. Halen küçük ölçekli yüzlerce HES planlama-projelendirme-yapım ve işletme aşamasındadır. 440 milyar kWh/yıl toplam hidroelektrik gizilgücüne sahip Türkiye'nin üretebileceği enerji, dünya’nın %1; Avrupa’nın %10'u mertebesindedir. 2.4. Köprüler Su ile temasta olan ve/veya üstünden su geçirilebilen, ancak doğrudan doğruya suyun iletilmesi ve dağıtılmasına katkıda bulunmayan, buna karşılık akarsu geçişlerini gerçekleştiren köprülerin bir su yapısı olarak kabul edilmeleri gerekir. Çünkü farklı büyüklükteki akarsuları geçen köprüler, özellikle askeri yönden güvenilir olmalı, bu nedenle de tasarım ve tasarımdaki varsayımları sağlam temellere oturmalıdır. Aşağıda Roma köprülerinden iki örnek sunulmuştur (Şekil 13). Osmanlı İmparatorluğu zamanında da gerek Anadolu, gerekse Balkanlarda çok sayıda köprü yapılmıştır (Baykan vd. 2011).

(a)

(b)

Şekil 13 Roma Köprüleri: (a) Selge/Manavgat/Antalya; (b) Aizonai)/Çavdarhisar/Kütahya.

3. Sonuç ve Öneriler

Tarih'in yazı ile başladığı varsayıldığında, S.Ö. 200.000 tarih öncesi dönemdir. Su uygarlıkları, bugünkü bilgilerimize göre, 10(?)-8(?)-6(?)-4(?) binyıl öncesinden başlayarak bugünkü su uygarlığının temellerini atmışlardır. Geçmişte saklı bilgi, gerek deneyimlerimizi geçmişe uzatmak, gerek kalıntılara başka bir gözle bakmak, gerekse geçmişi koruma, geleceğe taşıma bilinci yaratmak açısından kaçınılamayacak bir görevdir. Şimdiye değin eskil su yapıların ancak % 20'si hidrolik açıdan belli ölçülerde incelenebilmiştir. Giderek artan biçimde ve çokdallı araştırmacılarla ve ortak projelerle daha ayrıntılı çalışmalara gidilebilir. Anadolu’nun kendine özgü kültürünün dünya kamuoyunda yankı bulması ancak bu tip çalışmalarla olanak bulacaktır.


4. Kaynaklar

Yayının hazırlanmasında yüzlerce yayınından yararlanılmıştır. Bunları hepsini bir bildirinin dar çerçevesinde vermek, sayfa kısıtı açısından olanaksızdır. Bu nedenle alıntılara bildiri metninde yer verilememiştir. "Kaynaklar" bölümünde kitap niteliğinde ve konuya topluca eğilen yayınlar, tezler ve bazı özel yayınlara yer verilmiştir. Fotografların bazıları kişisel izinle Prof. Dr. Ünal Öziş’in yayınlarından alınmıştır. Bazıları N. O. Baykan tarafından çekilmiştir. Hitit barajı fotografı için Prof. Dr. Aykut Çınaroğlu’nun yayınından alıntı yapılmıştır. 1. Alkan, A.; Özdemir, Y.; Baykan, N. O. 2014 Inverted Siphons in Western Anatolia. Bonn,

Schriftenreihe der Frontinus Gesellschaft, Heft 28, ISBN-Nr.: 3-9806091-5-4,S. 55-70. 2. Baykan, Nesrin 2001 Anadolu’daki Tarihsel Limanların Kent Liman Planlaması Bağlamında

İncelenmesi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Türkiye’nin Kıyı ve Deniz Alanları III. Ulusal Konferansı, 26-29 Haziran 2001, İstanbul.

3. Baykan N. O. ve diğ. 2008 Toplam 24 bildiri: Helenistik, Roma ve Bizans Dönemleri Su Yapıları, Karya, Eolya, Likya Eskil Bölgeleri Su Dizgeleri Dökümü, Karya'nın Su Yolları, Arikanda'nın Sarnıcı,Pınara Eskil Su İletimi, Knidos Eskil Su Yolu, Keramos Pınar Derleme Yapısı ve Kemerleri, Milas'ın Su Köprüsü, Sebastapolis Pınar Derleme Yapısı ve Seddesi, Babadağ Herakliyası Yeraltısuyu Derleme Yapısı, Öymenya Su Dağıtım Kulesi, Laodikya'nın Ters Sifonu, Hiyerapolis Eskil Su Yolu ve Haznesi, Tripolis Eskil/çağcıl Pınar Derleme Yapısı, Attuda ve Trapezopolis Eskil Su Yolu, Afrodisyas 1978-2001, Bergama ve Nysa Çaylarını Örten Tünel Biçimli Tarihi Su Yapıları, Nisa'nın Galerileri, Alinda'nın Eskil Su İletimi, Tralles'in Taşkemeri, Menderes Magnezyası Eskil Su Sistemi, Sardes Eskil Su Yapıları, Foça'nın Eskil Su Yolu, Aigai Eskil Su İletimi". Tarihi Su Yapıları Konferansı. İzmir, DSİ, 5. Dünya Su Forumu, DSİ, DEÜ, EÜ, 5. Dünya Su Forumu Hazırlık Süreci Bölgesel Toplantısı. 26-27 Haziran 2008.

4. Baykan, N. O.; Alkan, A.; Özdemir, Y.; Baykan, N.; Öziş, Ü. 2011 Ottoman Masonry Bridges in Anatolia and the Balkans. Tiran, Arnavutluk, International Balkans Conference on Challenges of Civil Engineering, 19-21 Mayıs 2011.

5. Baykan, N. O.; Baykan, N.; Bacanlı G. Ü. 2013 Bezirgan (Kaş-Kalkan-Antalya) Kapalı Havzası Roma (?) Boşaltım Tünelinin Hidrolojik ve Hidrolik Çözümlemesi (Eskil Tuminehi/Tymnessos Kenti). Trabzon, Taşkın ve Heyelan Sempozyumu, TMMOB, Trabzon İMO, Doç. Dr. Murat İhsan Kömürcü Anısına, s. 465-473, 24-26 Ekim 2013.

6. Çeçen, K. 1990 Sinan's water supply system in İstanbul. İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi, İstanbul, Turkey.

7. Grewe, K.; Öziş, Ü.; Baykan, O.; Atalay, A. 1994 Die antiken Flussüberbauungen von Pergamon und Nysa (Türkei). Mainz, "Antike Welt", J.25, H.4, S.348-352.

8. Öziş, Ü. 1994 Su Mühendisliği Tarihi Açısından Türkiye’deki Eski Su Yapıları. D.S.İ. nin 40. Kuruluş Yılı (1954-1994) Su Ve Toprak Kaynaklarının Geliştirilmesi Konferansı, 203 s., Ankara, 1994.

9. Öziş, Ü., Arısoy, Y., Alkan, A., Özdemir Y. 2007 Brücken und Wasserbauten aus Seldschukischer und Osmanischer Zeit in der Türkei. Zurich, Spur, 75 s., İsviçre.

10. Öziş, Ü. 2007 Su yapılarının tarihi gelişmesi. Gümüldür, Devlet Su İşleri, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi, "III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu", s.vii-xxv.

11. Öziş, Ü.; Harmancıoğlu, N.; Alkan, A. 2010 Tarihi Su Tünelleri ve Benzeri Örtme Yapılarının Hidrolik Kapasiteleri Ve Karşı Gelen Taşkınların Dönegelim Süreleri. Denizli, 6. Ulusal Hidroloji Kongresi, Çağrılı Bildiri, Bildiriler Kitabı, s. x-xxxi.

12. Öziş, Ü.; Baykan, O.; Atalay, A.; Arısoy, Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. 2012 Water works of four millenia in Turkey. İstanbul, International Water Association, 3rd IWA Specialized conference on water and wastewater technologies in ancient civilizations, Turkey, 2012, s. 164-171.

13. Öziş, Ü.; Baykan, O.; Atalay, A.; Arısoy, Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. 2012 Historische Wasserbauten in der Türkei. Wasserwirtschaft, H.7/8, s. 83-86.

14. Tanrıöver, Y. E. 2002 Karia Bölgesi (Güney-Batı Ege) Tarihsel Su Yapıları. Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Denizli (Yön: N. O. Baykan).

15. Türken, N. E. 2006 Kuzey Ege Bölgesi Tarihi Yerleşim Merkezlerinin Su Sistemlerinin Hidrolik ve Hidrolojik Açıdan İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği


Bölümü Hidrolik–Hidroloji ve Su Kaynakları Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, İzmir (Yön: F. Türkman; N. O. Baykan).

16. Türk, S. 2008 Batı Akdeniz (Likya) Tarihi Yerleşim Merkezlerinin Su Sistemlerinin Hidrolik ve Hidrolojik Açıdan İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik–Hidroloji ve Su Kaynakları Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, İzmir (Yön: B. Kaya; N. O. Baykan).


Tarih Boyunca Barajların Elden Çıkma Nedenleri

Onur Abay Pamukkale Ün., Fen Bil. Ens.

İnş. Müh. ABD, Hidrolik Bil. Dalı, Kınıklı Yerleşkesi, Kınıklı 20070-Denizli


Nesrin Baykan Zümrüt Mah. 2061 sk. no. 18,

Bağbaşı-Denizli 532 730 37 76

[email protected] (Yazışmacı Yazar)

N. Orhan Baykan Pamukkale Ün., Müh. Fak., İnş. Müh. Böl., Kınıklı Yerleşkesi, Kınıklı 20070-Denizli


Öz Bilgisizlik, deneyimsizlik, gözlem ve veri eksikliği ile yardımcı yapı yetersizliği gibi nedenlerle yıkılan barajlar tarih boyunca ciddi can ve mal yitimlerine yol açmıştır. Yıkılma nedenleri çok iyi incelenmiş barajlar olduğu gibi, hiç incelenmemiş barajlar da çok sayıdadır. Ayrıca bilişim ağlarının gelişmesi sonucunda, geçmişteki baraj yıkılmaları üstüne kestirimler yapma ve şimdiye değin varolmayan verileri türetme/değerlendirme olanağı doğmuştur. Bu incelemeler ve değerlendirmeler kullanılarak barajların tarihteki yıkılma nedenlerine ilişkin çok çeşitli istatistiksel veri türetilmiştir. Barajların büyük çoğunluğunun yıkılmasına (göçmesine) “kayma” ve “gövde üstünden su aşması” olaylarının neden olduğu bilinmektedir. Bunun yanısıra, ciddiye alınmayacak ölçüdeki küçük etkenlerin etkime süreleri uzadıkça, barajlarda can alıcı boyutlara ulaşabilmektedirler. Barajların yaşlarıyla göçme riskleri de doğru orantılıdır. Ayrıca yer kırıklarının genişlemesi yapıları ciddi biçimde etkilemekte, depremsellik de yıkılmalarda en önemli etkenlerden biri olmaktadır. Öte yandan“kasıtlı” baraj yıkımları da tarih boyunca barajların yıkılması kapsamında ilginç örnekler oluşturmaktadır. Önyüzü beton kaplamalı dolgu barajlar, asfalt yüzlü dolgu barajlar gibi nispeten yeni tasarımların yıkılma/göçmelerine ilişkin veriler henüz bir istatistik oluşturacak çoklukta olmamasına karşın, bu barajların güvenlik önlemlerine de kısaca değinilmiştir. Sonuç olarak, barajların yıkılması/göçmesi, parasal yitimlerin yanısıra, ciddi sosyal felaketlere de yol açabilmektedir. Öyle ki, insanlar yerlerinden olmakta, belli sürelerde susuz kalmakta, tarlalarını sulayamaz ve taşkınlardan korunamaz duruma düşmektedirler. Tarih boyunca yıkılan/göçen barajlardan çıkarılacak birçok ders vardır. Bunlardan tasarımda ve yapımda yararlanıldığında, felaketlerden kaçınabilme ve zararları enküçükleme şansı doğmaktadır. Bu çalışmada, çok eski çağlardan başlayarak, kimi hakkında düşünce yürütmeye, kimi hakkında yorumlara başvurmaya, yeni tasarımlı kimi barajlar hakkında da genel bir istatistiksel değerlendirme yapmaya çalışılmıştır. Anahtar sözcükler: Baraj, Göçme, Kayma, Yıkılma, Kasıtlı yıkılma.


Giriş Çağlar boyunca yapım teknikleri, boyutları, hizmet ettikleri nüfus vb. karakteristikleri değişmiş olsa da barajları asıl işlevleri bakımından “suyun biriktirildiği, denetim altında tutulduğu ve/veya yönünün değiştirildiği yapılar” olarak tüm tarihsel dönemler için tanımlamak olanaklıdır. İnsanlığın avcı/toplayıcı dönemi ertesinde daha yerleşik ve tarımla uğraşan yapıya kavuşmasıyla, sulama gereksinmesi doğrultusunda, akarsuların önünü bir biçimde keserek biriken suyu belli zamanlarda sulamaya yönlendirme düşüncesi baraj kavramının temelini oluşturmuştur. Sonraları nüfusun arttığı yerlerde içme/kullanma suyunun daha yoğun sunusu gerektiğinden, büyük ordu seferleri için beslenen insan gücünün ve mekanize desteği sağlayan hayvanların (atlar, vb.) gereksinmelerinden ve zamanla da taşkın koruma, enerji üretimi gibi amaçlardan ötürü bir biriktirme ve yükseklik kazanma yaklaşımı ile barajların yapım amaçları çeşitlenmiştir. Bu nedenle, bu çalışmada “baraj” terimi ile ICOLD (International Commission on Large Dams) ölçütleri veya büyük/küçük baraj kavramları değil; birkaç metre yükseklikteki çeşitli malzemelerden yapılmış seddelerden, onlarca -hatta yüzlerce- metre yüksekliğindeki beton kemer barajlara değin tüm tarihsel dönemlerde de inşa edilmiş su yapıları kastedilmektedir. İnsanın inşa ettiği ilk baraj ile birlikte “baraj güvenliği” kavramı da devreye girmiştir. Bu nedenle tarih boyunca barajların elde çıkma nedenlerini, tarih boyunca inşa edilen barajların karakteristikleri ile birlikte değerlendirmek uygun olacaktır. Yapısal karakteristiklerindeki ve yapım özelliklerindeki değişimlere bağlı olarak barajların yıkılma biçimleri de zaman içinde büyük değişime uğramıştır. Günümüzde baraj yıkılmaları gövdede tümden göçme veya kısmî yarılma/oyulmanın görülmesi de dâhil olmak üzere çok farklı biçimlerde gerçekleşebilmektedir. Baraj yıkılmalarının tarihte yıkılmış neredeyse her bir baraj için farklı karakteristik taşıdığı da söylenebilir. Yine de, araştırmaların gelişmesi sonucunda baraj güvenliğinin belli istatistiklere/ölçütlere oturtulması ile günümüzde baraj yıkılmalarının aşağıdaki nedenlerin birinden veya birkaçının bileşiminden kaynaklandığı öne sürülebilir:

1) Uzun süreli yağışlar ve taşkınlar (en yaygın baraj yıkılması nedenidir.) 2) Yetersiz ve/veya bariyer oluşturmuş dolusavak ve hava payı kapasitesi (suyun

gövde üstünden aşmasının nedenidir.) 3) Dolgu gövde veya temelde görülen borulanma veya sızmanın tetiklediği içsel

aşınımlar (Ör. Teton Barajı) 4) Kapak, pompa, boru gibi işletmeye esas kesimlerde uygun olmayan/yetersiz

bakım yapılması (Ör. Lawn Lake Barajı, Val di Stava Barajı) 5) Uygun olmayan tasarım (Ör. South Fork Barajı) veya uygun olmayan malzeme

kullanımı (Ör. Gleno Barajı) 6) Aynı akaçlama havzası içinde akışyukarısında -özellikle daha büyük- baraj

yıkılması 7) Hazneye doğru gerçekleşen ve suyun dalgalanmasını ve dolusavak/gövde

üstünden aşmasını tetikleyen yer kaymaları, kaya düşmeleri (Ör. Vaiont Barajı) 8) Ciddi dalga hareketlerine ve erozyona yol açan yoğun rüzgârlar 9) Yıkıma yol açacak düzeydeki terörist saldırılar 10) Genellikle dolgu gövde üst kesimlerinde boyuna çatlaklara neden olan ve

sonucu yapısal hasarlara götüren depremler 11) Kasıtlı yıkılmalar (Ör. Eder Barajı, Möhne Barajı) 12) Baraj gölünün aşırı akım alması (Ör. Shakidor Barajı)


13) Yetersiz ve/veya hatalı filtre tasarım ve yapımı (Ör. El Zeyzun Barajı) 14) İnsan, bilgisayar veya tasarım hatası

Tarih boyunca yıkılan/göçen barajların incelenmesinden çıkarılacak sonuçlardan yeni barajların tasarımında ve yapımında yararlanılması, felaketlerden kaçınabilme ve zararları enküçükleme şansı yaratmaktadır. Bu çalışmada, çok eski çağlardan başlayarak, kimi hakkında düşünce yürüterek, kimi hakkında yorumlara başvurarak, yeni yapılan kimileri hakkında da bilimsel çalışmalara dayanarak barajların elden çıkma nedenleri üstüne genel bir istatistik çıkarılmaya çalışılmıştır. Öncelikle, tarih boyunca barajlar ve ayrıca baraj güvenliği çalışmalarının tarihi üstünde durulmuş, daha sonra, barajların yıkılması farklı etmenlere bağlı olduğundan, bu yıkılmalar sırasında görülen farklı mekanizmalara değinilmiş ve tarih boyunca barajların elden çıkma örnekleri sunulmuştur.

Tarih Boyunca Barajlar Günümüzün bilim anlayışının ve su mühendisliği kuramlarının ilk kullanımı S.Ö. (sıfırdan önce) 6. yüzyılda Ege Bölgesi’nde görülmüşse de su yapılarının tasarımı ve yapımında bilimselliğin ağırlık kazanmaya başlaması ancak 17. yüzyıldan sonra gerçekleşebilmiş, bu iki dönem arasında geçen binlerce yıllık sürede, dünyanın çeşitli yörelerinde, bugün birçoğunun yalnızca kalıntıları bulunan, bazıları işlevlerini günümüzde de sürdüren pek çok su yapısı, görgül (amprik) ilkeler ile inşa edilmiştir (Öziş, 2008). Baraj düşüncesi ve biriktirmeye olan gereksinmenin doğmasının ardından, barajların bugün belirlenebilmiş ilk uygulamaları, doğal olarak, insanların yaygın olarak ve yoğun biçimde tarım ile uğraştığı Nil, Mezopotamya ve İndüs gibi büyük ve verimli akarsuların havzalarında ortaya çıkmıştır. Dünyanın ilk barajını belirlemek çok zor olmakla birlikte, S.Ö. 3000 dolaylarında başkent Memfis’in kurulması sırasında, Firavun’un 15 m yüksekliğinde ve 450 m kret uzunluğunda bir kargir barajla Nil nehrini çevirdiği Herodot tarihinde yer almakta; yerinde kalıntıları bulunan en eski barajın, Ürdün'de eski Jawa kentine su sağlanımı amacıyla S.Ö. 3000 dolaylarında yapılan, 5 m yüksekliğinde bir sedde niteliğindeki Jawa Barajı olduğu belirtilmekte; Mısır’da Nil’in doğu kollarında Garawi vadisinde, S.Ö. 2600 dolayından kalmış olduğu belirlenen 12 m yüksekliğindeki Sedd-el-Kefere Barajı bulunmakta; Belucistan’ın Mashkai vadisindeki ve Lakonian geçidindeki iki barajın S.Ö. 2000’lerde inşa edildiği ve Mezopotamya’da Samarra yakınında Dicle üstünde inşa edilmiş olan Marduk Barajı’nın, birkaç bin yıl hizmet görerek S.S. 1296’da yıkıldığı ifade edilmektedir (Öziş, 2008). Tarih boyunca inşa edilmiş toplam baraj sayısı hakkında bir kestirimde bulunmak, çeşitli nedenlerle, mutlak ki doğru olmayacaktır. Literatürde bu bağlamda çeşitli inceleme yöntemleri bulunmaktadır. Bunlardan birinde, kayıtlara geçmiş barajlar eskil (antik) çağ, Romalılar dönemi, Ortaçağ, sanayi devrimi çağı, büyük barajlar çağı gibi dönemler özelinde incelenmiştir. Günümüz uygarlığının neredeyse temelini oluşturduğu kabul edilen ve su mühendisliği planlaması ve organizasyonunda da oldukça gelişmiş olan Romalılar döneminde yapılan, çoğu bugün İspanya toprakları üstünde kalan, gövde yükseklikleri birkaç metre ile birkaç on metre arasında değişen, büyük çoğunluğu ağırlık barajı tipinde olan ve üçü günümüzde de kullanılan azımsanmayacak sayıda baraj olduğu bilinmektedir. Romalıların geliştirdiği taş ve beton kökenli yapım tekniği sayesinde bu dönemde baraj yükseklikleri 40 metrelere kadar ulaşmış ve bu


yüksekliklere sonraki 1000 yıl içerisinde bile erişilememiştir. Bu konu üstüne geniş kapsamlı iki kitap yayımlanmıştır (DVWK, 1987, 1991). Eskil çağlarda yapılmış ve halen kullanımda olan baraj sayısını kesin olarak belirlemek de zordur. Çünkü bunların büyük çoğunluğunun çeşitli bakım/onarım/yükseltme gibi iyileştirmelerden sonra işlevlerini sürdürdükleri bilinmektedir. Buna karşılık, tarihte yapılmış tüm barajlardan bugün ayakta olmayanların bir biçimde bir baraj güvenliği sorunu ile karşılaştığı da kuramsal olarak kabul edilebilir.

Baraj Güvenliği Araştırmalarının Tarihi

Baraj güvenliği, literatürde çok farklı biçimlerde tanımlanmıştır. Kabul gören tanımlardan birine göre baraj güvenliği, barajı oluşturan baraj gövdesi ile dolusavak, derivasyon tüneli, dip savak vb. yardımcı öğelerin, barajın ekonomik ömrü boyunca herhangi bir olumsuzluğa yol açmadan işlevselliğini koruması için sürdürülmesi gereken etkinlikler ile birlikte baraj haznesinde biriktirilen suyun taşkın veya barajların elden çıkması nedenleri ile denetimsiz olarak akışaşağısına ulaşması sonucunda görülebilecek can ve mal yitimleri ile çevresel etkilerin önlenmesi veya hafifletilmesi için alınması gerek önlemler bütünüdür. Barajlar, ve genel anlamda su mühendisliği yapıları, hacimce büyük, planlama ve yapım süreleri uzun ve ekonomik giderleri yüksek tesislerdir. Dolayısıyla planlama/yapım/işletme süreçlerinden herhangi birinde ortaya çıkacak güvensizliklerin daha fazla sayıda insanı etkilemesi daha büyük bir olasılıktır. Bu nedenle günümüzde, gelişmiş ülkelerde baraj güvenliği çalışmalarına planlama/yapım/işletme aşamalarındaki çalışmalar kadar önem verilmekte, hem “olay”ın görülmesinin önlenmesi ve hem de olayın görülmesi durumunda doğacak zararların olanaklı en alt düzeye indirgenmesi bağlamlarında çok yönlü inceleme ve çözümlemeler gerçekleştirilmektedir. Babil kralı Hamurabi’nin koyduğu, yaklaşık S.Ö. 1772’ye tarihlenen ünlü yasaların 229, 230, 231, 232 ve 233. maddelerindeki anlatımlar dikkat çekicidir. Baraj yapımlarının çoktan başladığı yıllara tarihlenen Hammurabi Yasaları tüm yapı türleri için geçerli olan genel kurallar ortaya koymuştur. Bu nedenle, öyle görünmese bile, bu yasaların aslında baraj güvenliği ile de doğrudan ilgili olduğu, dolayısıyla baraj güvenliği konusunda konmuş ilk yazılı kurallar olduğunu söylemek pek yanlış olmaz. Tarihte barajlar önceleri sulama ve içme suyu amaçlarına yönelik olarak inşa edilirken, özellikle sanayi devriminden sonra artan endüstrileşmeye ve kentleşmeye bağlı olarak hızla artan enerji istemi doğrultusunda, hidroelektrik santrallerin sayısı da hızla artmıştır. İnşaat tekniklerinin de gelişmesi ile birlikte daha çok enerji üretebilmek için “büyük barajlar çağı” başlamıştır. Bu dönemin ilk örnekleri genişliği fazla akarsular üstünde büyük debileri tutmayı sağlayan payandalı barajlar için Eski Asvan Barajı (Mısır, 1902) ve derin vadiler üstünde çok büyük düşüler kazanma olanağı sağlayan kemer ağırlık barajlar için Hoover Barajı’dır (ABD, 1936). Çağdaş baraj güvenliği çalışmaları da bu dönemin hemen ertesinde başlamıştır. Baraj güvenliği çalışmalarının başlama ve gelişme nedenleri şöyle sıralanabilir (Dinçergök, 2007):


1) Baraj stokunun artması ve barajların yaşlanması: Çevresel ve sosyo-ekonomik etkilerin en aza indirgenmesi

2) 1959-1982 yılları arasında ardı ardına yaşanan yıkılma olayları: Çevresel bozulma ve sosyo-ekonomik zararlar; Toplum üzerindeki sarsıntı etkisi

3) Baraj sahiplerinin işlettikleri barajın güvenli olduğunu güvence altına alma gereksinimi: Çevreci grupların uyguladığı propaganda; Çevresel ve sosyo-ekonomik etkilerin en aza indirgenmesi

4) Uluslararası sorumlulukları yerine getirebilme yeteneği: Çevre ve sınırgeçen sular ile ilgili uluslararası anlaşmalar

5) Kalkınma stratejileri ve finansal yükümlülükler: Uluslararası kredi kuruluşları; Çevresel Etkileşim Değerlendirme (ÇED) raporları; Baraj güvenliği raporları

Baraj yıkılmalarına ilişkin ilk ciddi çalışmalar 1953’te Middlebrooks tarafından 1850-1950 zaman aralığına ilişkin 200 örnekle yapılmış; bu çalışmalarda dolusavak veya hava payı yetersizliği nedeniyle baraj üzerinden su aşmasının yıkılma nedenlerinde %30 ile ilk sırayı aldığı, sızma ve borulanmanın %25 ile ikinci, şev yetersizliğinin de %15 ile üçüncü sırada yer aldığı sonucuna ulaşılmıştır (Yıldız, 2007). Bu ilk çalışmalardan sonra 1900’lü yıllarda başlayan dünyada nüfus artışı eğiliminin 1950’lerde ivmelenmesi ve 2. Dünya Savaşı sonrası yaşanan ekonomik büyüme ile birlikte içme-kullanma, tarım ve sanayi için su ve enerji gereksinimi doruğa çıkmış (ki bu süreçte -1970-1980 döneminde- dünyada 7.600 adet baraj işletmeye alınmıştır), yoğun baraj yapım işlerine koşut olarak baraj güvenliği alanında yapılan aşağıdaki çalışmalar ile baraj güvenliği kavramı da hızla gelişmiştir (Dinçergök, 2007):

1) Güvenlik ölçütlerinin yeniden belirlenmesi: Mühendislik kabullerinin yeni teknoloji ve bilgiler ışığında güncellenmesi; Zemin ve yapı mekaniğinde meydana gelen ilerleme; Barajların gerekli görülen bölümlerinin güçlendirilmesi (temel içitimi vb.)

2) Taşkın hidrograflarının güncellenmesi: Dolusavak kapasitelerinin artırılması; Tehlike dolusavaklarının eklenmesi; Baraj gövdesi kret kotlarının yükseltilmesi

3) Duraylılık çözümlemelerinin güncellenmesi: Sonlu elemanlar, sınır elemanlar, sonlu farklar yöntemlerini kullanarak çözümleme yapan programların devreye girmesi

4) Ölçüm aygıtlarının denetimi ve güncellenmesi: Real-time veri akışı sağlayan uzaktan denetimli otomatik ölçüm aygıtları (ABD (Amerika Birleşik Devletleri), Kanada, Almanya, İspanya, Fransa ve Avusturya); ALARM düzeneklerinin yasa ile zorunlu hale gelmesi (Avusturya)

5) Yasal yükümlülüklerin yaşama geçirilmesi: Baraj güvenliğinden sorumlu ve yetkili birimlerin oluşturulması; Baraj yıkılma çözümlemelerinin yapılarak Acil Eylem Planları’nın (AEP) oluşturulması; Erken Uyarı Sistemi tesislerinin oluşturulması

Özellikle, su potansiyelinin tümüne yakınını değerlendirmiş olan ABD’de baraj güvenliği çalışmalarında büyük aşamalar kaydedilmiş, uygulamaya dönük çok sayıda proje geliştirilmiş, konu üstünde uzmanlaşan özel kuruluşların önü açılmıştır. Bugün baraj güvenliği konusunda, gerek yapılan yatırımların büyüklüğü, gerekse akademik/uygulamalı çalışmaların çokluğu bakımından ABD dünyada ilk sırada yer almaktadır.


Türkiye’de baraj güvenliği çalışmalarının tarihine bakıldığında, uygulamaya yönelik baraj güvenliği çalışmalarının DSİ (Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü) öncülüğünde fakat dünya ülkelerinden çok sonra başladığı görülmektedir. Bu kapsamda gerçekleştirilen çalışmalar 1998’de Baraj Emniyeti Çalışma Programı’nın hazırlanması, 2001’de bu programın ara raporunun yazılması, 2002’de yeni çalışma programının yazılması, 2003’de Baraj Emniyet Rehberi taslağının hazırlanması, 2005’te Baraj Emniyeti Şube Müdürlüğü’nün kurulması olarak sıralanabilir. Ayrıca 2004 yılında bir grup akademisyen ve genç mühendis tarafından ülkemizde barajlar ile ilgili ilk sivil toplum kuruluşu olan Baraj Güvenliği Derneği kurulmuş ve bu dernek 10 yıl içinde, sonuncusu 2014 Ekim'inde yapılan dört adet Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu düzenlemiştir.

Barajların Yıkılma Nedenleri

Genel Barajların yıkılması farklı etmenlere bağlı olduğundan bu yıkılmalar sırasında da farklı mekanizmalar oluşmaktadır. Baraj yıkılmalarında çoğu zaman tek bir mekanizmanın değil, birkaç mekanizmanın karmaşık bir bileşimin etkili olduğu görülmektedir. Bu mekanizmaların tarih boyunca yıkılmış barajlar üzerinden incelenmesi hem günümüzün baraj güvenliği çalışmalarına yön göstermesi hem de gelecekte yapılacak çalışmalara altlık oluşturulması bakımlarından önem taşımaktadır. Barajların yıkılma mekanizmaları arasında, üstten su aşması, kayma dayanımı yetersizliği, inşaat aşaması ve artı boşluk suyu basıncı, işletme aşaması, anlık boşalma, düşük kayma dayanımı ve çatlak oluşması/borulanma/içsel yıkanma sayılabilir. Yıkılma nedenleri şu biçimde özetlenebilir: 1) Üstten Su Aşması: Yetersiz dolusavak ve gövde kapasitesi üstten su aşmasının en önemli iki nedenidir (Şekil 1) 2) Kayma Dayanımı Yetersizliği: Boşluk suyu basıncının yüksek olması veya kayma dayanımı parametrelerinin düşük olması durumunda görülür (Şekil 2) 3) İnşaat Aşaması ve Artı Boşluk Suyu Basıncı: İnşaat sırasında dolgu belirli bir su içeriğinde yerleştirilir, baraj gövdesi yükseldikçe dolgu sıkılanır ve boşluk suyu basınçları oluşur. Kuramsal olarak enbüyük boşluk suyu basıncı dolgu bittiğinde oluşmaktadır. Hem akışaşağısı hem de akışyukarısı şevlerinde inşaat sırasında kritik durumlar görülebilir 4) İşletme Aşaması: Baraj haznesi doluyken akışaşağısı şevi kritik durumu oluşturur 5) Anlık Boşalma: Baraj haznesi belirli bir süre dolu tutulduktan sonra boşaltılınca, doygun durumdaki zemindeki boşluk suyu basıncına karşı koyan su kuvveti ortadan kalkmış olur. Bu durumda akışyukarısı şevi kritik durumdadır 6) Düşük Kayma Dayanımı: Killerde, kayma dayanımı birim deformasyon eğrisi üstünde etkin gerilme cinsinden enbüyük değere ulaştığında, birçok kil türünde dayanım azalırken birim deformasyon, kalıcı dayanım değerine ulaşılıncaya kadar artmaya devam eder 7) Çatlak Oluşması/Borulanma/İçsel Yıkanma: Günümüzde baraj güvenliği açısından en dikkat edilmesi gereken nokta, olası bir hidrolik çatlama sonucu görülecek sızma ve yıkanmadır.


Haznede heyelan

Tırmanan dalganın tepeyi aşması

Akışyukarısı şevinde kayma

Giren akışın yanılgılı

kestirimi

ÜSTTEN AŞMA

Yanılgılı dolusavak tasarımı

Dolusavakta engelleme

Kapaklarda arıza

Yetersiz hava payı Haznedeki suyun tepeyi aşması

Şev kayması

Temelde çökme- deprem sonucu su

seviyesinin yükselmesi

Malzeme özelliklerinin yanılgılı kestirimi

Yanılgılı duraylık

çözümlemesi

Kayma gerilmesi parametrelerinin

yetersizliği

Yetersiz sıkılama

Süreksiz kil temellerde

ardarda yıkılma

BARAJ VE/VEYA TEMELDE KAYMA

Tasarım verilerinin yanılgılı seçimi

Yetersiz akaçlama

İşlevsiz akaçlama

Yüksek boşluk suyu basınçları

Hızlı yapım

Yüksek su içeriğinde sıkılama

Dinamik yükleme

Şekil 1 Üstten Su Aşma Nedenleri. Şekil 2 Kayma Nedenleri.

Tarih Boyunca Barajların Elden Çıkma Örnekleri

Tarihteki ilk barajlarından Sedd-el-Kefere Barajı’nın yapıldıktan hemen sonra ortadan ikiye yarıldığı bilinmektedir. Dolayısıyla bu baraj aynı zamanda kayıtlara geçmiş ilk yıkılma örneklerinden biridir. Sedd-el-Kefere Barajı’nın yapımında herhangi bir savak inşa edilmemiş ve Mısır piramitlerinde olduğu gibi bağlayıcı malzeme (çimento, harç, vb.) kullanılmamıştır. Yıkılmanın, gevşek/sıkılanmamış gövde malzemesinin oturması sonucu aşırı yağışta suyun gövde üstünden aşması, akışaşağısı yüzünde aşınım oluşturması, yüzeyde geçirimsiz bir tabaka bulunmaması nedeniyle suyun gövde içinden akarak gövdeyi yarması yoluyla gerçekleştiği sanılmaktadır (Smith, 1972). Dolayısıyla tasarım, yapım tekniği, savak yapımı ve geçirimsizliğin baraj güvenliği bakımından ne denli önemli olduğu insanoğlunun yaptığı daha ilk barajlardan birinde ortaya çıkmıştır. Bunun yanında S.Ö. 750’lerde Araplarca inşa edilerek 500’lerde yıkılmış Merib Barajı, 13. yüzyılda Moğollarca inşa edilerek yaklaşık 700 yıl işletilmiş Sevi Barajı gibi barajların varlığı bilinmektedir. Kasıtlı baraj yıkılmaları da insan eliyle ortaya çıkarılan en büyük tesisler olan barajların yine insan eliyle yıkılması açısından ilginç örnekler oluşturmaktadır: 2. Dünya Savaşı’nda 1943’te İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetleri’nce gerçekleştirilen Chastise Operasyonu’nda Almanya’nın altyapısının ve üretime yönelik enerji tesislerinin etkisiz duruma getirilmesi amacıyla Eder ve Möhne Barajları vurulmuştur. Diğer örnek ise barajların yapım amaçlarından biri olan taşkın denetiminin tersine işletildiği bir uygulamadır. 1975 yılındaki Nina Tayfunu sırasında ÇHC tarafından kendi barajlarından bazıları, üstten su aşması ile karşılaşılmadan önce bombalanarak hazneleri


boşaltılmıştır. Bugün, Nina Tayfunu’nun 2000 yılda bir görülecek bir taşkına neden olduğu ve bu barajlar vurularak boşaltılmasaydı hiçbirinin ayakta kalamayacağı kestirilmektedir. Bu bölümde, barajların tarihsel gelişimi, baraj güvenliği çalışmalarının tarihsel gelişimi ve barajların yıkılma mekanizmaları ışığında, tarih boyunca yıkılan/elden çıkan barajlardan örnekler verilmiştir. Tarihte yıkılan barajların tamamını bu çalışma kapsamında ele almak olanaklı olmadığından baraj yıkılmalarının ekonomik zarar, tesis yitimi, çevresel zararlar ile karşılaştırıldığında en istenmeyen yitim olan insan ölümlerini vurgulamak amacıyla, dünya tarihindeki başlıca baraj yıkılmaları ölü sayısına göre sıralanmış ve 50’nin üstünde ölüme yol açan baraj yıkılmaları aşağıda sunulmuştur (Çizelge 1) (https://en.wikipedia.org/wiki/Dam_failure).

Çizelge 1 Başlıca Baraj Yıkılmalarından 50’yi Aşkın Ölüm İle Sonuçlananlar.

Sıra Baraj Yıl Ülke Ölü Sayısı Yıkılma Nedeni 1 Banqiao/Shimantan 1975 ÇHC 171.000 Katastrofik yağış 2 Machchu 2 1979 Hindistan 5.000 Üstten su aşması 3 Sempor 1967 Endonezya >2.000 Üstten su aşması 4 South Fork 1889 ABD 2.209 Aşırı yağış 5 Vaiont 1963 İtalya 2.000 Üstten su aşması 6 Tigra 1917 Hindistan 1.000 Temele su sızması 7 Panshet 1961 Hindistan 1.000 Gövde yıkılması 8 Puentes 1802 İspanya 608 Yumuşak zemin 9 St. Francis 1928 ABD 600 Jeolojik duraysızlık 10 Malpesset 1959 Fransa 423 İnşaat aşamasında 11 Gleno 1923 İtalya 356 Hatalı tasarım ve inşaat 12 Val di Stava 1985 İtalya 268 Hatalı tasarım ve inş. 13 Koshi 2008 Nepal 250 Aşırı yağış 14 Dale Dike 1864 İngiltere 244 Hatalı İnşaat 15 Canyon Lake 1972 ABD 238 Taşkın 16 Kantale 1986 Siri Lanka 180 Hatalı İşletme 17 Tangiwai 1953 Yeni Zelanda 151 Krater gölü taşması 18 Bouzey 1884 Cezayir 150 Kayma 19 Vega de Tera 1959 İspanya 144 Gövde yıkılması 20 Mill Nehri 1874 ABD 139 Hatalı tasarım 21 Buffalo Creek 1972 ABD 125 Aşırı yağış 22 Sella Zerbino 1935 İtalya 111 Jeo.duraysızlık/Taşkın 23 Vratsa 1966 Bulgaristan 107 Çamur ve su taşkını 24 Situ Gintung 2009 Endonezya 98 Aşırı yağ./Hatalı işlet. 25 Certej 1971 Romanya 89 Gövde yıkılması 26 Bilberry 1852 İngiltere 81 Aşırı yağış 27 Austin 1911 ABD 78 Hatalı tasarım 28 Sayano/Shushenskaya 2009 Rusya 75 Türbin kopması 29 Eder ve Möhne 1943 Almanya 70 Kasıtlı yıkım 30 Shakidor 2005 Pakistan 70 Aşırı yağış 31 Desna 1916 Av.-Mac.imp. 62 Yapım hatası 32 El-Zeyzun 2000 Suriye 50 Filtre tabakası sıkıntısı

Ayrıca, 50 ila 40 arasında ölümlü 2, 40 ila 30 arasında ölümlü 3, 30 ila 20 arasında ölümlü 3, 20 ila 10 arasında ölümlü 7, 10’dan az ölümlü 11 ve can yitimi olmayan 25 adet yıkılma aynı başlıca baraj yıkılmaları listesinde yer almaktadır (https://en.wikipedia.org/wiki/Dam_failure). Bunun yanında aynı listede çeşitli büyüklükteki yıkılmaların 2010’larda 12, 2000’lerde 19, 1990’larda 7, 1980’lerde 5, 1970’lerde 9, 1960’larda 8, 1950’lerde 3, 1940’larda 2, 1930’larda 1, 1920’lerde 3,


1910’larda 6, 1900’larda 2, 1800’lerde 7 ve öncesi dönemde 1 adet olarak gerçekleşmiştir. Çeşitli büyüklükteki bu baraj yıkılmalarında görülen ekonomik yitimler ile ölü sayıları doğal olarak anlamlı bir korelasyon göstermemektedir. Örneğin 2.209 kişinin öldüğü South Fork Barajı’nda 17 milyon ABD$, 125 kişinin öldüğü Buffalo Creek Barajı’nda 400 milyon ABD$ maddi zarara uğranmışken, 14 kişinin öldüğü Teton Barajı’nda da 400 milyon ABD$ maddi zarara uğranmıştır. Tarihteki en büyük baraj felaketindeyse, ÇHC’de 8 Ağustos 1975’te yıllık yağış miktarının sadece 24 saat içinde düşmesi ile Banqiao ve Shimantan Barajları yıkılmış; 62 adet büyüklü küçüklü barajın da yıkılması ile 11 milyon kişinin yaşamı etkilenmiş; taşkın sırasında 26.000, sonraki süreçte açlık ve salgın hastalıklar nedeniyle 145.000 kişi yaşamını yitirmiş (toplam 171.000 ölü); sayısız insan yaralanmış; 5.960.000 bina yıkılmıştır. Çok uç bir örnek olmasına karşın bu olay baraj güvenliğinin önemini ve yıkılmaların nasıl ağır sonuçlar doğurabileceğini açıkça gözler önüne sermektedir. Genel anlamda barajların tarihteki yıkılma/göçme/hasar görme nedenleri aşağıda verilmiştir (Çizelge 2). Buna göre dolusavak kapasitesi ve hava payı yetersizliği ile zemin sorunları (oturma, depremsellik) barajların elden çıkmasında % 85'lik bir orana sahiptir.

Çizelge 2 Barajların Yıkılma Nedenleri ve % leri.

Yıkılma Biçimi

Yıkılma % Yıkılma Nedeni

Üstten su aşması 34 -Uygun olmayan dolusavak tasarımı; -Dolusavakta sürüntü maddesi

birikmesi; -Baraj tepesinin oyulması Temel sorunları 30 -Farklı oturmalar; -Kayma ve şev duraysızlığı; -Yüksek tabansuyu basıncı; -

Denetimsiz sızma Borulanma ve sızma 20

-Borulanma nedeniyle içten çöküntü; -Dipsavak çıkışı gibi hidrolik yapılar boyunca sızma ve göçme; -Baraj gövdesinde çatlak

Boru ve vanalar 10 -Bağlantı noktaları veya çatlaklardan dolgu malzemesinin girmesi

Diğer 6 -Otlanma, hayvan etkileri v.b.

Sonuçlar ve Öneriler

Barajlar, üzerlerinde son dönemlerde yapılan çok çeşitli tartışmalara karşın sürdürülebilir kalkınma için önemli aktörler durumundadır. İnsanlığın ilk dönemlerinden başlayarak barajlar, tarımsal üretimde, içme/kullanma suyu sağlamada ve sonraları enerji üretiminde oynadıkları rol sayesinde uygarlığın gelişmesine önemli katkılar sağlamışlardır. Dünyanın en gelişmiş kesimleri olan ABD ve AB (Avrupa Birliği) ülkeleri su kaynaklarının tümüne yakınını değerlendirmiş; bunun ötesinde baraj güvenliği, yeni işletme yöntemleri, varolan barajların çok-amaçlı olarak yeniden işletilmesi için yapılabilecek eklentiler, barajların elektro-mekanik anlamda iyileştirmesi, vb. çalışmalarda önemli aşamalar kaydetmiştir. Bu nedenlerle, insanlık tarihi boyunca olduğu gibi gelecekte de barajların vazgeçilmez yapılar olacağı ve bunların güvenlik önlemlerinin arttırılması bağlamında çalışmalar yapılması gerekeceği ortadadır.


Tarihteki baraj yıkılmaları incelendiğinde 1950’li yıllara değin üstten su aşması ve borulanma sonucu yıkılmaları şev duraysızlığı kaynaklı yıkılmaların izlediği; 2000’li yıllara gelindiğinde, geçen 50 yıllık sürede inşaat tekniklerindeki gelişme, tasarımda bilgisayar destekli çağcıl yöntemlerin kullanılması, baraj güvenliği kavramının önem kazanması, eski barajların yenilenmesi, zemin mekaniği ve zemin iyileştirme yöntemlerindeki gelişmelere koşut olarak şev duraysızlığı kaynaklı yıkılmaların azaldığı görülmektedir. Ancak üstten su aşması kaynaklı yıkılmalar %34 ile tüm zamanlar için ilk sırada yer almaktadır. Bu bağlamda hava payı ve dolusavak kapasitesinin zaman içindeki değişiminin incelenmesi de özel bir önem taşımaktadır. Gelişmiş ülkelerde baraj güvenliği çalışmaları yaklaşık 60 yıl önce başlamış ve olumlu sonuçları bile gözlemlenebilir duruma gelmişken, Türkiye’de bu çalışmalar için geç kalındığı söylenebilir. Su kaynaklarının planlanması ve değerlendirilmesi konusunda tek otorite olan DSİ’nin 1954’te kurulmasına karşın baraj güvenliği açısından yönetsel yapılanma ancak 50 yıl sonra 2005’te başlatılabilmiştir. Yine de baraj yapımına görece yeni tekniklerin yaygınlaştığı 1930’lu yıllarda başlayan ve genel anlamda homojen dolgu baraj yapımına gitmemiş olan Türkiye'nin, şev dayanımı yetersizliği kaynaklı yıkılmalardan etkilenmediği söylenebilir (Yıldız, 2007). 1970’li yıllara gelindiğinde dünyada baraj stokunda yaşanan artış, varolan barajların çoğunun yaşlanmış duruma gelmesi, 1959-1982 döneminde yaşanan baraj yıkılmalarının toplum ve çevre üstünde yarattığı sosyo-ekonomik etkiler, hatta “travma”, barajların ve akışaşağısındaki alanların güvenliğini baraj mühendisliği açısından çok önemli duruma getirmiştir (Dinçergök, 2007). Barajların tarihte elden çıkma nedenlerinin araştırılması; mekanizmalarının belirlenmesi; geçmişteki baraj yıkılmalarının bilgisayar destekli yöntemler kullanılarak modellenmesi, baraj yıkılmaları üstüne kestirimler yapılması ve şimdiye değin var olmayan verilerin türetilmesi/değerlendirilmesi hem varolan barajların güvenlik bakımından iyileştirilmesi, hem de yeni baraj tasarımlarına gidilebilmesi açılarından önem taşımaktadır.

Kaynaklar Dinçergök, T. (2007) Dünya’da ve Türkiye’de Baraj Emniyeti Kavramının Gelişimi. 1. Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, Ankara, s. 557-570.

DVWK (1987) Historische Talsperren. (bearbeitet: Günther Garbrecht, Technische Universität Braunschweig). Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart, 464 s.

DVWK (1991) Historische Talsperren 2. (bearbeitet: Günther Garbrecht, Technische Universität Braunschweig). Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart, 457 s.

Öziş, Ü. (2008) Su Yapılarının Tarihi Gelişmesi. Tarihi Su Yapıları Konferansı, Bildiriler Kitabı, İzmir, s. 1-19.

Smith, N. (1972) A History of Dams. Peter Davies, London.

Yıldız, G. (2007) Tarihte Baraj Yıkılmaları ve Yıkılmalardan Öğrenilenler. 1. Ulusal Baraj Güvenliği Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, Ankara, s. 701-717.


Malabadi Köprüsü'nün Tarihsel Mirasın Sürdürülebilirliği Açısından Değerlendirilmesi

Veysel Süleyman YAVUZ Batman Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

Tel: (488) 2173500 (3615) E-Posta: [email protected]

Öz

Tarih boyunca Artuklu Devleti, Eyyubiler, Anadolu Selçuklu Devleti, İlhanlılar, Akkoyunlular, Karakoyunlular, Safeviler, Osmanlı İmparatorluğu ve günümüzde de Türkiye Cumhuriyeti’ne yaklaşık dokuz asırdır hizmet vermiş, ipek yolunun güzergâhında görevini devam ettirmiş olan Malabadi Köprüsü dünyadaki taş kemer köprüler içerisindeki kemer açıklığı en geniş olan köprüdür. Diyarbakır’ın Silvan ilçesi sınırları içinde kalan köprü, yapıldığı tarihteki ve tarihsel süreçteki işlevlerini yitirmiştir. Bu tarihi köprüyü seçmedeki maksat yaklaşık dokuz asırdır ayakta kalmayı başarabilmesi ve şüphesiz en geniş kemer açıklığına sahip taş kemer köprü unvanını elinde bulundurmasıdır. Bu çalışmadaki amaç Malabadi Köprüsü’nün tarihsel mirasın sürdürülebilirliği açısından neler yapılması gerektiği hususunda önerilerde bulunmak ve bu önerilerin yapısı benzer durumda olan diğer tarihi köprülere de örnek teşkil etmesini sağlamaktır. Aynı zamanda günümüzde aynı yerde modern tekniklerle yapılmış olan betonarme köprünün gerek işlevsellik gerekse de estetik açıdan Malabadi Köprüsü ile karşılaştırılması sunulacaktır. Anahtar sözcükler: Taş kemer köprü, Malabadi Köprüsü, betonarme köprü, tarihsel miras, sürdürülebilirlik.

Giriş

Bu çalışmada tarihsel mirasın sürdürülebilirliği açısından günümüzde Diyarbakır’ın Silvan ilçesinde bulunan dünyadaki taş kemer köprüler içerisindeki kemer açıklığı en geniş köprü olan Malabadi Köprüsü’nün değerlendirilmesinin yapılmasına çalışılmıştır. Tarihi köprü, tarih boyunca birçok medeniyete hizmet vermiştir. Yaklaşık dokuz asırdır da ayakta kalmayı başarabilmiştir. Şimdilerde tarihsel süreçteki işlevlerini tamamen yitirmiş ve diğer tarihi taş kemer köprüler gibi sessizliğine bürünmüştür. Aynı yerde modern tekniklerle yapılan betonarme köprü günümüzde ulaşımı sağlamaktadır. Tarihsel süreçte taş kemer köprülerin işlevlerini günümüz modern dünyasında yitirmiş olmaları hayli üzücü bir durum teşkil etmektedir. Gerek tarihi köprülere işlev kazandırma gerekse de tarihsel miras bağlamında bu köprülerin hak ettiği konuma kavuşması adına büyük sorumluluk taşıdığımızın altını çizmek gerekir. Bu çalışmada yapılan değerlendirme ve getirilen önerilerin Malabadi Köprüsü’ne fayda sağlaması ve tarihi yapısı benzer durumdaki diğer taş kemer köprülere de örnek teşkil etmesi amaçlanmıştır.


Malabadi Köprüsü’nün Sürdürülebilirlik Açısından Değerlendirilmesi

Malabadi Köprüsü’nün tarihsel mirasın sürdürülebilirliğinin değerlendirilmesine geçmeden önce köprünün tarihi hakkında kısa malumat verilecektir. Bu malumatın verilmesinde yararlanılan başlıca kaynaklar Fügen İlter’in ‘Osmanlılara Kadar Anadolu Türk Köprüleri’ adlı eseri ve Şevket Beysanoğlu’nun 1996 yılında basılan ‘Diyarbakır Tarihi’ adlı iki ciltlik eserleridir. Malabadi Köprüsü, Diyarbakır-Silvan-Bitlis yolunda, Silvan-Bitlis arasında Silvan’ı 10 km. geçince bir köprüden aşılır. Köprü Dicle’ye dökülen Batman Suyu üzerindedir (İlter, 1978). Köprü ile ilgili Beysanoğlu (1996) ise köprünün her biri başka başka uzunluklarda ve kırık hatlar halinde üç bölümden oluştuğunu, doğu ve batıda hafif eğilimlerle yollara bağlandığını ve orta bölümünün kayalıklar üzerine oturtulmuş bir kitle halinde olduğunu belirtmiştir. Bu orta bölümde sivri şekilde ve 38.60 m açıklıkta çok büyük bir kemer ile sepet kulpu şeklinde 3 m açıklıkta küçük bir kemerin varlığından bahsetmektedir. Köprünün boyu 150 m, eni (korkuluk dâhil) 7 m, yüksekliği ise alçak su seviyesinden kilit taşına kadar 19 m’dir. Köprünün Kitabesinin Türkçesi: Besmele. Bu köprünün yapılmasını ve masraflarının kendi malından ödenmesini beş yüz kırk iki yılında, Artuk oğlu İlgazi oğlu Timurtaş buyurdu. Kitabenin, köprünün 542 (m. 1147–1148) tarihinde, Mardin Artukluları (İlgaziler) hükümdarı Timurtaş tarafından yaptırıldığı anlaşılıyor. Bu dönemde İlgaziler için Mardin yanında Meyyafarikin (Silvan) de önemli bir şehir, ikinci bir başkent durumunda idi. Burada daha önceleri de bir köprünün var olduğu muhakkaktır. İbnü’l-Ezrak, ilk köprünün 539 (m. 1144–1145) yılında yıkıldığını, yerine bu son köprünün yapıldığını, köprünün yapımına 541 (m. 1146) tarihinde başlandığını ve 549 (m. 1154) senesinde de müthiş bir selin köprünün bazı kısımlarını tahrip ettiğini, Necmeddin Alpı’nın 550 (m. 1155) yılında Evkaf nazırlığına atadığı Zahid el-Tavıl tarafından yeniden onarıldığını yazar (Beysanoğlu, 1996). Malabadi Köprüsü ile ilgili köprünün yapımından yaklaşık beş yüz yıl sonra büyük seyyah Evliya Çelebi’nin gözlemleri de o dönemki gerek köprü olsun gerekse de yöre ile ilgili bilgilere ışık tutmaktadır. ‘‘Köprünün iki tarafında kale kapıları gibi demir kapıları vardır. Bu kapıların içinde, sağ ve solda, köprünün temeli beraberliğinde, kemerin altında hanlar vardır ki gelip geçen, sağdan ve soldan geldikleri vakit misafir olurlar. Köprünün kemeri altında birçok odalar vardır. Demir pencereler şahneşinlerinde misafirler oturup, kemerin karşı tarafındaki adamlarla kimi sohbet eder, kimi ağ ve oltalarla balık avlarlar. Doğrusu, üstat mühendis var kuvvetini sarf ederek bu köprüde öyle sanatlar göstermiştir ki, bu işçiliği geçmiş mimarlardan hiç birisi göstermemiştir’’ (Beysanoğlu, 1996). Bu tarihten neredeyse bir üç asır sonra da 20. yüzyılda ülkemizde birçok çalışmalar yapan mimar ve aynı zamanda bir gezgin olan Albert Gabriel de köprü için şunları diyor: ‘‘Modern statik hesabının olmadığı devirde bu açıklıkta o zaman için böyle bir eser hayranlık ve takdiri muciptir. Ayasofya’nın kubbesi köprünün altına rahatlıkla girer. Balkanlarda, Türkiye’de, Orta Şark’da bu açıklıkta, bu yaşta köprü yoktur.


Şekil 1. Malabadi Köprüsü

Betonarme Köprü ile Karşılaştırılması

Malabadi Köprüsü’nün tarihsel süreçteki yalnız ulaşım değil birçok işlevini yitirmesinden sonra köprünün bulunduğu yerin yaklaşık 50 metre yanına modern tekniklerle betonarme köprü yapılmıştır. Günümüzde ulaşım bu betonarme köprü vasıtasıyla sağlanmaktadır. Aşağıda fotoğraflarla beraber olmak üzere Malabadi Köprüsü ile karşılaştırılması yapılacaktır. Aşağıdaki fotoğraflarda görüldüğü üzere betonarme köprünün estetik ve sanat yapısı olarak tarihi Malabadi Köprüsü ile mukayesesi söz konusu edilemez. Aynı zamanda yer bakımından da bu kadar yakın bir mesafeye yapılması, Malabadi Köprüsü’nün sanatına ve ihtişamına gölge düşürdüğü gözlenebilir (Şekil 4–5).


Şekil 2. Malabadi Köprüsü ve Betonarme Köprü

Şekil 3. Malabadi Köprüsü batı yönden görünümü


Şekil 4. Betonarme Köprü ve Malabadi Köprüsü yan yana

Şekil 5. Betonarme Köprü ve Malabadi Köprüsü’nün birbirine mesafesi


Malabadi Köprüsü’nün tarihsel süreçteki işlevlerine geri döndürmek ve bu sayede bizlere emanet olan böyle tarihsel mirasların sürdürülebilirliğini idame ettirmek üzere tarihi köprünün turizm vasıtasıyla ekonomik olarak da canlandırılması sağlanmalıdır. Modern dünyada örnekleri aşikâr olan benzer tarihi yerlerde yapılan festivaller aracılığıyla da tarihi Malabadi Köprüsü’nün sürdürülebilirliği himaye altına alınabileceği de öngörülmektedir. Özellikle müzik festivalleri bunların öncüsü olabilir. Köprünün mansap tarafındaki Devlet Su İşleri’nin sosyal tesisleri hem yer açısından hem de barınma açısından göz önünde bulundurulabilir. Tesis gayet güzel bir yerde kurulmuş ve insanların ihtiyaçlarını karşılayabilecek düzeydedir. Aynı zamanda ilgili tesisin ağaçlandırılmış olması ve sahip olduğu temiz havası da çevreye ayrı bir katkı sağlamaktadır (Şekil 6).

Şekil 6. Malabadi Köprüsü’nün mansap tarafındaki DSİ’ye ait tesisler Malabadi Köprüsü’nün gerek turizme, gerek ekonomiye ve gerekse de tarihsel mirasa katkı sağlayacak şekilde canlandırılması dünyada sadece dört tane örneği olan ve bunların bir tanesi de ülkemiz sınırları içinde bulunan çarşılı köprü şeklinde olabilir. Bursa ilinin sınırları içerisinde bulunan Tarihi Irgandı Köprüsü ülkemizin tek çarşılı köprüsüdür. Bu köprüye benzer şekilde Malabadi Köprüsü’nün de köprünün tarihsel yapısına ve dokusuna zarar vermeyecek şekilde çarşı şeklinde yapılmasının değerlendirilmesi düşünülebilir (Şekil 7).


Şekil 7. Tarihi Irgandı Köprüsü

Sonuç ve Öneriler Bu çalışmada Malabadi Köprüsü’nün, geçmişteki işlevleri, sanatsal değeri ve günümüzdeki durumu tartışılmış ve şu tespitlerde bulunulmuştur: 1) Malabadi Köprüsü’nün geçmişte sadece ulaşım amaçlı kullanılmadığı aynı zamanda dinlenme ve yolcuların bazı ihtiyaçlarının karşılanması için de kullanıldığı söylenebilir. Zira köprü, yapımından 5 asır sonra bile bir yaşam alanı olarak kullanılmıştır. 2) Köprü, büyük açıklığı ile bir mühendislik harikası olarak değerlendirilebilir. 3) Taş ustalığı, işlemeleri ve genel mimarisi itibari ile bir mimari şaheserdir. 4) Modern dünyada tarihi eserlere, gerek siluetlerinin gerek yapısının korunması açısından yeterli önemin verilmediği söylenebilir. Bu nedenle dünyanın birçok bölgesinde birçok tarihi eser ya yok olmuştur ya da modern yapılar arasında görünmez hale gelmiştir. 5) Daha çok geç kalınmadan, başka bir ifade ile daha çok tarihi eser yok olmadan mevcutların koruma altına alınması gerekmektedir. 6) Genelde tüm tarihi eserlerin, özelde Malabadi Köprüsü’nün, turistik faaliyetlere açık tutularak ve belli dönemlerle festivaller düzenlenerek ulusal ve uluslararası düzeyde tanıtılmasında yarar görülmektedir. 7) Yeni köprünün kaldırılmasının tarihi köprünün siluetinin tam olarak ortaya çıkması için faydalı olacağı düşünülmektedir.


Kaynaklar

Beysanoğlu, Ş. 1996. Anıtları ve Kitabeleri ile Diyarbakır Tarihi, iki cilt. sf. 343–346 İlter, F. 1978. Osmanlılara Kadar Anadolu Türk Köprüleri. sf. 39–42. Evliya Çelebi Seyahatnamesi, Zuhuri Danışman yayını, c. 6 sf. 165–166. Albert Gabriel, a.g.e., sf. 232-33. İbnü’l-Ezrak, Tarihü Amid ve Meyyafarikin, 179a-179b. Not: Şekiller için kaynak, Veysel Süleyman YAVUZ’dur.


Denizli İli İçme Suyu Tarihsel Gelişimi

Ülker GÜNER BACANLI Sibel ÇUKURLUOĞLU

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Kınıklı

Yerleşkesi DENİZLİ

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Kınıklı Yerleşkesi

DENİZLİ

[email protected] [email protected]

Öz Su, canlılar için en önemli ihtiyaçtır. En eski çağlardan günümüze, su temini ve kullanımı yaşamımızın bir parçası olmuştur. Suyun kaynağından kullanıcıya getirilmesi sırasında iletim ve dağıtım sistemlerinde bazı kayıplar meydana gelmektedir. Su kaynaklarının yönetimindeki eksiklik ve yanlışlıkların tarih boyunca pek çok olumsuz etkisi görülmüştür. Sunulan çalışmada, geçmişten günümüze Denizli ili içme suyu tarihsel gelişimi ortaya konulmuştur. Öncelikle Denizli ilindeki tarihsel gelişimi içinde eskil kentlerdeki önemli su teminin tesisleri tanıtılmıştır. Daha sonra Denizli ili merkezinin mevcut su kaynakları, su temini sistemi, potansiyeli, ihtiyacı ve tamamlanmış alt yapı tesisleri tanımlanmıştır. Mevcut durum ve problemler ortaya konulmuştur. Anahtar sözcükler: Denizli, içme suyu tarihsel gelişimi, su kaynakları.

Giriş

Dünya nüfusundaki hızlı artışa bağlı olarak kentleşme hızla artmaktadır. Kentlerin büyümesiyle paralel olarak ihtiyaçları da büyümektedir. Bu ihtiyaçların başında su, iletişim ve enerji gelmektedir. Su, tüm canlılar için en önemli ihtiyaçtır. Dünyadaki toplam su miktarının; % 97,5’i okyanuslarda ve denizlerde tuzlu su, % 2,5’i ise nehir ve göllerde tatlı su olarak bulunmaktadır. Tatlı su kaynaklarının da % 90’ının kutuplarda ve yeraltında bulunması sebebiyle insanoğlunun kolaylıkla yararlanabileceği elverişli tatlı su miktarının ne kadar az olduğu anlaşılmaktadır. Ancak içilebilir su kaynakları dünyada % 3 ile sınırlıdır (http://www.dsi.gov.tr). Türkiye, kişi başına düşen yıllık su miktarına göre su azlığı yaşayan bir ülke konumundadır. Kişi başına düşen yıllık kullanılabilir su miktarı 1.519 m3 civarındadır. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) 2030 yılı için nüfusumuzun 100 milyon olacağını öngörmüştür. Buna göre 2030 yılı için kişi başına düşen kullanılabilir su miktarının 1.120 m3/yıl olacaktır (Toprak ve diğ., 2007). Mevcut büyüme hızı, su tüketim alışkanlıklarının değişmesi gibi faktörlerin etkisi ile su kaynakları üzerine olabilecek baskıları daha da artacaktır. Ayrıca bütün bu tahminler mevcut kaynakların 20 yıl sonrasına hiç tahrip edilmeden aktarılması durumunda söz konusu


olabilecektir. Bu sebeple Türkiye’nin gelecek nesillerine sağlıklı ve yeterli su bırakabilmesi için kaynakların çok iyi korunup, akılcı kullanılması gerekmektedir (http://www.dsi.gov.tr). Ülkemizde suyun büyük bir kısmı tarımsal sulamada değerlendirilmektedir. Daha sonra evsel ve endüstriyel kullanım gelmektedir. Şekil 1’de görüldüğü gibi önümüzdeki 20 yılda tüm su kaynaklarımızı değerlendirirsek, tarıma ayrılan su oranı azalıp sanayiye ayrılan su oranının artması ve içme suyu oranının ise aynı kalması öngörülmektedir (Toprak ve diğ., 2007). Suyun kaynağından kullanıcıya getirilmesi sırasında iletim ve dağıtım sistemlerinde bazı kayıplar meydana gelmektedir. Su kaynaklarının yönetimindeki eksiklik ve yanlışlıkların tarih boyunca pek çok olumsuz etkisi görülmüştür.

SULAMA:

29.6 milyar m3

SULAMA:

72.0 milyar m3

İÇMESUYU: 6.2 milyar m3 İÇMESUYU: 18.0 milyar m3 SANAYİ: 4.3 milyar m3 SANAYİ: 22.0 milyar m3 TOPLAM: 40.1 milyar m3 TOPLAM: 112.0 milyar m3

Şekil 1. Ülkemizdeki su kullanımının sektörlere göre dağılımı.

Denizli, Türkiye'nin en kalabalık yirmi birinci şehridir. 2013 itibarıyla 963.464 nüfusa sahiptir. Anadolu Yarımadası'nın güneybatı, Ege Bölgesi'nin güneydoğusunda yer almaktadır. Ege ve Akdeniz Bölgeleri arasında bir geçit durumundadır. Yüzölçümü 11.692 km², denizden yükseltisi ise 427 m’dir. Bu çalışmada, geçmişten günümüze Denizli ili tarihsel gelişimi ortaya konulmuştur. Öncelikle Denizli ilindeki tarihsel gelişimi içinde eskil kentlerdeki önemli su temini tesisleri tanıtılmıştır. Daha sonra Denizli ili merkezinin mevcut su kaynakları, su temini sistemi, potansiyeli, ihtiyacı ve tamamlanmış alt yapı tesisleri tanımlanmıştır. Mevcut durum ve problemler ortaya konulmuştur.

İçme Suyu Tarihsel Gelişimi Denizli yöresinde tarih öncesi kültürlere rastlanmaktadır. Özellikle kalkolitik çağdan bu yana Çivril yakınlarında bulunan ve kazısı yapılan Beycesultan Höyüğü ve çevresi en iyi örneği vermektedir. Hitit öncesi kültürler ile birlikte Hititler, Frigler, Lidyalılar ve Persler yöreye egemen olmuşlardır. Büyük İskender dönemiyle başlayan Helenizm devrinde Denizli çevresinde birçok metropol kent kurulmuştur (www.denbir.com/denizli tarihi). Anadolu'nun Helenistik dönemi devletlerinden Bergama Krallığı tarafından M.Ö.190 yıllarında Hierapolis kenti kurulmuştur. Bugünkü eşsiz Pamukkale Hierapolis kentinin üzerinde bulunmaktadır. Hiyerapolis, 18 km’yi aşan toplam borulu hatları, su köprüleri ve çağdaş düşünceli içmesuyu dağıtım haznesiyle eskil dünyanın en ilginç su iletim ve dağıtım sistemlerinden birini bünyesinde barındırmaktadır. 3 kaynaktan getirilmiş suyun 0,8 ila 3,1 m3/s arasında değişmiş olabileceği hesaplanmıştır (Kayhan ve diğ. 2008; Öziş, 1987; 1994).


Hiyerapolis Çaltılı Hattı Pişmiş Toprak Boru Pamukkale, Denizli; Kent Haznesi (Hierapolis) Denizli il merkezinin bulunduğu yerlerde Diospolis, onun ardından Rhoas adlı kentlerin varlığından söz edilmektedir. Ancak yine de ilk belirgin yerleşim Kral 2. Antiochus'un (M.Ö. 261-253) karısı Laodicia adına kurduğu yine aynı isimle anılan Laodicia kentindedir. Laodicia, Denizli'nin 6 km kuzeyinde Eskihisar Köyü dolaylarındadır. Türkiye’nin ikinci Efes’i olarak tanımlanıyor. Hristiyanlığın Anadolu’daki önemli 7 kilisesinden birine de sahip olan kentte yapılan kazılardan anlaşıldığına göre, onu savaşlar değil, deprem yıkmıştır. Denizli Laodikya Su Yolu, Efes’e giden suyollarından biridir. Uzunluğu 45 km’dir. Helenistik dönemde kente su iki sıra halinde döşenmiş olan kalın pişmiş toprak borularla taşınmış. Roma zamanında ise ters sifon yapan taş borular inşa edilmiştir. 40 m basınç altında çalışan yaklaşık 800 m’lik taş bloklar oyularak ve birbirine bitiştirilerek oluşturulmuş ters sifon, eskil dünyanın en ilginç yapılarındandır. Vadi bu şekilde birleşik kaplar yöntemine göre akılcı bir biçimde ve ekonomik olarak geçilmiştir. (Şimşek, 2007; Baykan, 2008; Öziş, 1987; 1994).

Ters Sifon: Vadi geçiş Pamukkale Denizli; Su Terazisi (Laodiceia) Sebastapolis eskil kentindeki ilginç su yapılarından biri de yaklaşık 680 m uzunluğa ulaşan seddedir. Bu seddenin bir biriktirme haznesi (rezervuar) olarak kullanıldığı açıktır. Bu çalışmada Denizli ilinin güney batısında, Tavas ilçesinin Kızılca kasabası sınırları içinde bulunan Sebastapolis eskil kentindeki sedde incelenmiştir. Bugün bile Kızılca beldesine hizmet eden “Çaylakpınarı” eskil Sebastapolis’in içmesuyu kaynağını oluşturmuş, buradan derlenen 8-10 l/s mertebesindeki su Höyüktepe’deki kent merkezine galerilerle taşınmıştır. Bu arada kente getirilen suyun fazlası, civardaki bazı pınarlar ve yağmursuyunun Çalca mevkiinde bulunan 2 metre yüksekliğinde, iki dipsavağı bulunan bir sedde arkasında toplanarak gerek hayvanların su gereksinmesinin giderilmesi, gerekse sulamada kullanılmış olmalıdır (Yaşar, 2001; Yaşar ve diğ., 2008; Öziş, 1987; 1994). Babadağ Herakliyası kentinde yapılan araştırmalar sonucunda eskil kentin suyunun, günümüzde de kullanılan galerilerle oluşturulan kısa bir geçgiyle ve dağdan (Salbakos-Babadağ-) gelen suyla beslenen yeraltısuyundan sağlandığı düşünülmektedir. Kente 150 l/s ile 200 l/s arasında su getirilmiş olduğu hesaplanmıştır. Galerinin yer yer havalanmasını sağlayan bacalar beton koruma altına alınmıştır. (Türken ve diğ., 2008; Öziş, 1987; 1994).


Sebastapolis sedde Sebastapolis sedde dipsavağı Attuda ve Trapezopolis eskil kentlerinin su iletim dizgeleri kesin olarak belirlenememiş olmakla birlikte, her iki kentin su sağlanımının da Babadağ’daki (Salbakos) kaynaklardan sağlandığı biçimindedir. 600 m yükseltide, üstüne bugünkü Hisarköy beldesinin oturduğu Attuda’ya 10-20 l/s dolayındaki suyun, 1210 m yükseltideki İkizce kaynağından, 5,1 km lik bir geçgiyle ve büyük olasılıkla pişmiş toprak borular kullanılarak getirilmiş olabileceği düşünülmektedir (Akbaş ve diğ. 2002; Tanrıöver 2002; Öziş, 1987; 1994). Trazpezopolis kentinin suyu da Attuda’nınki gibi, Salbakos’un batı yüzündeki kaynakların derlenmesiyle, 1153 m yükseltideki kaynakların derlenmesiyle ve büyük olasılıkla Bolu Düzü diye adlandırılan 480 m yükseltideki düzlüğe getirilmiştir. Olası geçgi uzunluğu 10 km dolayındadır (Akbaş ve diğ., 2002; Tanrıöver 2002; Akbaş ve diğ., 2008; Öziş, 1987; 1994). Selçuklular ve Bizanslılar arasındaki savaşlar sonucu Laodikya yıkıma uğramıştır. Özellikle de suyolları bozulmaya başlanmıştır. Yerleşim 11. yüzyıldan başlayarak bol su kaynaklarının bulunduğu Denizli Ladik'e doğru yer değiştirmeye başlamıştır. 1702-1703'teki bir deprem sırasında kent büyük zarara uğramış ve daha sonra yeniden kurulmuştur. Denizli`de ilk Belediye teşkilatı 1876`da kurulmuştur. Bu tarihlerde Denizli, mülki bölünmede Aydın Livasına bağlı bir kaza merkezidir. 1883`te Sarayköy, Buldan ve Tavas İlçelerinin bağlanmasıyla "Sancak" haline getirilen Denizli, 1884`te Çal 1888`de Acıpayam ilçelerinin katılımıyla Aydın`a bağlı mutasarrıflık, Türkiye Cumhuriyeti`nin kuruluşuyla da il olmuştur. 1927`de yapılan ilk nüfus sayımına göre, il merkezinde 15.704 kişi sayılmıştır. Cumhuriyetten önce, Denizli bir köy karakteri gösteren bir kent idi. Şehirde belediye hizmetleri çok yetersizdi, Denizli, 1950 yılından sonra hızlı bir tempo ile büyümeye başlamıştır. Bu hızlı gelişmeyle birlikte altyapı ve benzeri hizmetlerde sorunlar yaşanmıştır. Ege kıyılarından iç kesimlere sokulan doğal bir yol üzerinde bulunan Denizli, özellikle 1950'li yıllarda karayollarının düzelmesinden sonra, bu konumunun ve çevresindeki tarım etkinliklerinin gelişmesi sonucu hızla kalabalıklaşmış ve 1950'de 22.000 olan nüfusu, aradan geçen 60 yıl içinde yaklaşık 25 kat artmıştır. Sanayisi, turizmi, ticareti ve hizmet sektörü çok gelişmiş olan Denizli, Türkiye'nin en kalkınmış kentlerinden biridir (http://www.denizli.bel.tr; https://tr.wikipedia.org/wiki/Denizli).

Denizli İli İçme Suyu Kaynakları

Denizli’nin içme suyu kaynaklardan ve yeraltısuyu kuyularından sağlanmaktadır. Temin edilen su klorlandıktan sonra tüketime sunulmaktadır. İsale hatları, depolar, pompa istasyonları ve şebeke kentin ihtiyacına göre geliştirilmiştir. Büyükşehir nüfusunun tamamına sağlıklı ve yeterli içmesuyu sağlanmıştır. Ancak, dağıtım şebekesinin eski olmasından dolayı yüksek miktarda fiziksel kayıplar oluşmaktadır. Denizli’ye su sağlayan en büyük kaynaklar


Gökpınar, Derindere, Yukarı Santral ve Başkarcı-İsrafil kaynaklarıdır. Bu kaynakların haricinde de irili ufaklı birçok kaynak şebeke ve depoları beslemektedir (DESKİ, 2015). Derindere Kaynağı: Derindere Kaynağı şehrin güneydoğusunda yeralmaktadır. Kaynağın verimi mevsimsel olarak değişmekle birlikte, kaynaktan maksimum 328 l/s veya % 80 kapasite ile 8.275.000 m3/yıl su almak mümkündür. Kaynak 615.00 m. kotundadır ve orman alanı içerisindedir, bu nedenle çevresel etkilerden uzaktır. Çevre çiti ve diğer emniyet sistemleri ile girişler kontrol altına alınmıştır. Kaynaktaki yapı, vanalar ve kontrol mekanizması iyi durumdadır (DESKİ, 2015). Gökpınar Kaynağı: Gökpınar Kaynağı da Derindere Kaynağı gibi ve Derindere Kaynağı’ndan 1,5 km uzakta şehrin güney-doğu’sunda yer almaktadır. Bu kaynakta mevsimsel değişimler göstermektedir. Kapasitesi, maksimum 773 l/s veya % 80 verimle 19.500.000 m3/yıl’dır. Kaynak 573.00 m. kotunda yeralmaktadır. Kaynak Denizli – Muğla karayoluna çok yakın olduğu için yüksek kirlenme potansiyeli taşımaktadır. Etrafı tel çit ile çevrilerek giriş-çıkışlar kontrol altına alınmıştır. Ana isale hattı girişindeki klor binasından suya klor eklenmektedir (DESKİ, 2015). Yeraltısuyu Kaynakları: Denizli, hidrojeolojik açıdan yüksek yeraltı suyu potansiyeline sahip bir bölgede yer almaktadır. Denizli Büyükşehir Belediyesi sınırları içerisinde İller Bankası, DSİ ve Belediye tarafından açılmış çok sayıda kuyu vardır. Bu kuyular birçok farklı bağlantı ile şehir şebeke ve depolarını beslemektedir. Kuyuların bir kısmı tüm yıl boyunca aktif biçimde çalıştırıldığı gibi, büyük bir kısmı da su talebinin artıp, kaynak debilerinin azaldığı yaz aylarında içmesuyu amaçlı kullanılmaktadır. Şehirdeki yeşil alanların sulanması için de bu kuyulardan faydalanılmaktadır. Tüm kuyuların içmesuyu depoları ile bağlantısı sağlanmıştır. Denizli kent merkezindeki faal kuyuların debileri toplamı 1271 l/s’dir. İçmesuyu kaynakları ve kuyulardan elde edilen toplam içmesuyu debisi 2751 l/s’dir (DESKİ, 2015). Tablo 1. İçme Suyu Debileri

Kaynaklar Ortalama Debiler (l/s) Gökpınar İçme Suyu Kaynağı 985 Derindere İçme Suyu Kaynağı 435 İsrafil 20 Yukarı santral 40 Sondaj kuyuları 1271

Mevcut Su Temini Sisteminde Daha Önce Yapılan Projeler

Denizli’nin gelişimine bağlı olarak yeterli suyu sağlamak amacıyla, 1952 yılından itibaren çeşitli projeler hazırlanmıştır. Bu projelerin bir çoğu bazı semtlerin su ihtiyacını karşılamak üzere geliştirilmiştir. Tüm kentin su ihtiyacını irdeleyen proje 1992-1994 yılları arasında ALTER Mühendislik Ltd. Şti. tarafından hazırlanmıştır. Bağbaşı belediyesi su temin projesi ise 1999 yılında SEDES Mühendislik Ltd.Şti. tarafından yapılmıştır. ALTER Projesi: Bu proje 1992-1994 yılları arasında hazırlanmıştır. ALTER öncelikle Denizli için yapılmış geçmiş yıllarara ait proje bilgilerini toplamış ve inşa edilmiş boruların tespitini yapmıştır. Yapılan projeye göre nüfus çalışmaları sonunda, şehir merkezindeki nüfusun N=543.000 kişi, şehirde yerleşebilecek nüfusun ise en çok N=700.000 kişi olabileceği kabul edilmiştir. Bu nüfuslar proje yılı 2027 içindir.


Bu çalışmalar sırasında mevcut şebekedeki kayıpların % 44 civarında olduğu tespit edilmiştir Şehir 6 bölgeye ayrılmıştır. Projenin su ihtiyacını karşılamak üzere; 573.00 kotundaki Gökpınar Kaynağı (Q=600 l/s), 615.00 m kotundaki Derindere Kaynağı (Q=100 l/s) ve şehrin çeşitli yerlerindeki 16 derin kuyudan (Q=516 l/s) suların kullanılması uygun bulunmuştur. Bu debilerin şehre iletilmesi için 2 adet isale hattı öngörülmüştür. Bunlardan Gökpınar isale hattı Q=1.300 l/s debiyi iletebilecek şekilde Ø 1100 mm çelik boru olarak tasarlanmıştır. Derindere isale hattı ise Q=372 l/s debiye göre Ø 500 mm AÇB ve çelik boru olarak tasarlanmıştır. Her iki isale hattıda cazibeli çalışmakta olup, güzergah üzerindeki depolara su ileterek son depoya kadar gitmektedir. ALTER bu isale hatlarından beslenen şebekede; 14 adedi mevcut, 23 adedi 1992 yılındaki ihtiyacı karşılamak için yapılması gereken ve 15 adedi 2027 yılı ihtiyacını karşılamak için olmak üzere toplam 52 adet depo önermiştir (DESKİ, 2015). Denizli Merkez İlçe İçmesuyu İnşaatı işi, İller Bankası 1995 yılı birim fiyatları üzerinden 195.000.000.000 TL. bedelle 1995 yılında ERKOÇ İnşaat Tic. A.Ş.’ne ihale edilmiştir. İş bünyesinde çeşitli çaplarda 46 km jütlü çelik boru, 8 adet depo, 2 tane terfi merkezi, Gökpınar Kaptajı’ndaki sanat yapıları ve klorlama binası inşa edilmiştir. SEDES Projesi: Bu proje 1999 yılında tamamlanmıştır. Yapılan nüfus hesapları sonucunda 2035 yılı nüfusunun 51.000 kişi olacağı ve bu nüfusun yaklaşık 100 kişi/ha yoğunlukta yerleşeceği kabul edilmiştir. Su tüketiminin yıllar itibatiyle artış göstereceği fakat 2035 yılı için Q=170 l/kişi/gün’e ulaşacağı kabul edilmiş, bu durumda bölgenin ihtiyacı olan debi Q=105 l/s olarak hesaplanmıştır.. Bu ihtiyaç; Gökpınar isale hattından Q=47 l/s (işletme basıncı=568.59 m), Zeytinköy kaynağından Q=13 l/s (Kuyu kotu=430.00 m) ve 20/3063 numaralı kuyudan Q=50 l/s sağlanacak şekilde planlanmıştır. SEDES projeyi hazırlarken; mevcut depo (YSE, Belediye) ve boruları yok kabul etmiş, 4 adet depo, 3 adet pompa istasyonu, 3 adet terfi hattı ve 4 adet basınç düşürücü vana ile şebekeyi beslemiştir (DESKİ, 2015).

Mevcut Su Temin Sistemi

İsale hatları, depolar, pompa istasyonları ve şebeke kentin ihtiyacına göre geliştirilmiştir ve Belediye nüfusunun yaklaşık % 99’una sağlıklı ve yeterli içmesuyu sağlanmaktadır. Temin edilen su klorlandıktan sonra tüketime sunulmaktadır. Kaynaklardan alınan sular isale hatları ile cazibeli olarak depolara iletilmektedir. Ana isale hatları Derindere ve Gökpınar isale hattıdır. Derindere isale hattı Toplam uzunluk: 11.955 m

Boru: Ø 500 mm AÇB + Ø 500 mm SPÇ (spiral çelik boru) Gökpınar isale hattı Toplam uzunluk: 20.075 m

Boru: Ø 600 mm çelik + Ø 1000 mm SPÇ (spiral çelik boru) Denizli İçmesuyu Rehabilitasyon Projesi Fizibilite Raporu (2005)’na göre proje alanında 18 adet içmesuyu deposu olduğu ve hepsinin kullanıldığı belirtilmektedir (Tablo 2). İçmesuyu depolarının toplam kapasitesi 35.350 m3’tür. Depoların tamamı gömme depo olarak tasarlanmıştır.


Tablo 2. İçmesuyu Depoları ve Su Verilen Mahalleler Depo İsmi

Depo Sayısı

Su Verilen Mahalleler

Çamlık 3 Çamlık, Kiremitçi, Karaman. Kuruçay 2 Mehmetçik, Kuşpınar, Feslikan, Dükkanönü, Değirmenönü,

Atalar, Kuyupınar, Delikliçınar, Altıntop, Yücebağ, Musa, Gürpınar, Günbattı, Saltak, Sırakapılar, Akkonak, İstiklal, Merkezefendi, Yeni Mahalle’nin bir kısmı.

Kiremitçi

1 Pelitlibağ, Gündoğdu, Hacıkaplanlar, Hatipoğlu, Kayalık, Gürcan, Çaybaşı, Uçancıbaşı, Topraklık, Saraylar, Muraddede, Yeşilyurt, İlbadı, Bakırlı.

Hastane 1 Anafartalar, Dokuzkavaklar, Kirişhane, Sümer, Sevindik, Zafer. Zeytinköy 1 Aktepe, Deliktaş Fatih, Cumhuriyet, Yeni Mahalle’nin bir kısmı,

Yunus Emre Benlipınar 1 Karşıyaka Yenişehir 1 Yenişehir Bahçelievler 4 Bahçelievler, Esentepe. Şirinköy 1 1200 Evler. Esnaf Sitesi 2 Yenişehir bölgesi. Karşıyaka 1 Karşıyaka, Ankara Asfaltı, refüjlerin bir kısmı.

Denizli içmesuyu şebekesi toplam uzunluğu yaklaşık 1.822 km’dir. Şebeke font, PVC, AÇB ve çelik borulardan oluşmaktadır. Boru çapları Ø 60 - Ø 500 mm arasında değişmektedir. 1952 yılından başlayarak günümüze kadar değişik projeler ile Denizli ilinin su şebekesi geliştirilmiştir.

• 1952-1958 Ø 60 - Ø 200mm font • 1975-1981 Ø 80 - Ø 500mm AÇB • 1976 Ø 80 - Ø 150mm AÇB ve PVC • 1980 Ø 100 - Ø 150mm AÇB • 1981-1982 Ø 100 - Ø 200mm PVC • 1992-1993 Ø 80 - Ø 150mm AÇB

İçmesuyu temin sistemine bağlı çalıştırılmakta olan 3 adet terfi merkezi mevcuttur. Ana terfi merkezleri haricinde sistemde su kaynağı olarak yeraltı suyu kullanılması nedeni ile her bir kuyudan su temin sistemine su basan muhtelif pompalar mevcuttur. Denizli’de abonelerin su kullanımları sektörel olarak Tablo 3’teki gibi değişmektedir. Tablo 3. Denizli Merkez İlçe Su Kullanımı Sektörel Dağılımı

Sektör Dağılım oranı (%) Sektör Dağılım oranı (%) Evsel 80-85 Kamu 5-1

Ticaret 10-13 Endüstri 5-1 Denizli Büyükşehir Belediyesi, Belediye Hizmetleri Projesi ve Belediye Hizmetleri Projesi II (Ek finansman) kapsamında İller Bankası A.Ş. aracılığıyla Dünya Bankası’ndan yaklaşık 63 milyon avro kredi temin etmiştir. Belediye Hizmetleri Projesi kapsamında Denizli il merkezinin en eski yerleşim bölgelerinde 5 ayrı ihale paketi halinde içme suyu, atık su ve yağmursuyu şebekeleri inşaatları tamamlanmıştır. Belediye Hizmetleri Projesi II kapsamında


yaklaşık 121 km içme suyu şebekesi inşaatı planlanmış olup imalatlar başlamıştır. Aynı iş kapsamında içme suyu şebekesi üzerine şebekenin otomasyon sistemi ile yönetilmesini hedefleyen SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - Denetleme Kontrol ve Veri Toplama) sistemi yapım aşamasındadır (DESKİ, 2015).

SCADA işi kapsamında; mekanik bileşenlerin rehabilitasyonu da dahil olmak üzere 57 depoda inşaat ve metal işleri (içmesuyu manevra odalarının tadilatı), 5 pompa istasyonu ve 2 hidroforda inşaat ve metal işleri, 27 derin kuyuda inşaat ve metal rehabilitasyon işleri, 33 derin kuyu binası inşaatı, pompa istasyonlarında, kuyularda, depolarda, kaynaklarda ve hidrofor setlerinde enstrümantasyon ve otomasyon sisteminin kurulumu işleri gerçekleştirilecektir (DESKİ, 2015). Belediye Hizmetleri Projelerinin ana hedefi içmesuyu şebekesindeki fiziksel kayıp ve kaçakların azaltılması, birleşik çalışan atıksu ve yağmursuyu drenaj sistemlerinin ayrıştırılmasıdır. Belediye Hizmetleri Projesi kapsamında imalatı yapılan ve Belediye Hizmetleri Projesi II (Ek Finansman) kapsamında imalatı tamamlanan içmesuyu hatlarına ait metraj aşağıdaki Tablo 4’te gösterilmiştir (DESKİ, 2015). Tablo 4. İmalatı Tamamlanan İçmesuyu Hatlarına Ait Metraj

Tamamlanan Hatların Metrajı Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Toplam

İçmesuyu Ana Hattı (m) 46.173,98 46.409,07 38.967,48 36.073,40 36.864,52 167.623,93 İçmesuyu Abone (m) 35.215,28 33.460,78 23.637,91 15.993,41 27.766,00 136.073,38

Su Temini Sisteminde Karşılaşılan Genel Sorunlar ve Öneriler Hızlı nüfus artışı, göç ve yasal düzenlemeler ile yerleşim planları değişikliklere uğramaktadır. Bunun sonucunda ise plansız yapılaşmayı ortaya çıkmaktadır. Plansız yapılaşma ve plan değişiklikleri alt yapı tesislerinin yapımını zorlaştırmakta, maliyetlerini artırmaktadır. Planlı yapılaşma, uzmanlaşma, halk ve sanayicinin çevre eğitimi, mevcut kapasitenin etkin kullanımı verimliliğin sağlanması için gereklidir. En önemli sorunlardan biri finansmandır. İçme suyu, kanalizasyon ve katı atık tesislerinin yapımı için yeterli finansman bulunamamaktadır. Elektrik, Doğalgaz, Telekom, Türksat vb. diğer alt yapı tesisleri imalat aşamasında çalışmaların gerçekleştirilmesi yönünden zorluklara neden olabilmektedir. Ayrıca eski içmesuyu şebekesinde bulunan pik ve asbest borular gibi çeşitlilikler ve PVC borularının noktasal koordinatlarının olmaması gibi belirsizlikler çalışmaları olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Su kaynaklarının geliştirilmesi, kullanılması ve korunmasıyla ilgili yasal düzenlemeler yapılmalıdır. Ülkemizde etkili su kullanımı, içmesuyu tesislerinin ve su kaynaklarının korunması konusunda ek eğitime ve yeterli organizasyona ihtiyaç duyulmaktadır. Bu düzenlemeler havza bazında ele alınmalıdır. Mevcut çevre kanunları buna göre düzenlenmelidir. Böylelikle çevre bütünlük içinde ele alınabilir. Memba kısmındaki kirlenmenin mansap bölgesine zararı önlenebilir. Türkiye genelinde % 50’ye varan su kaçakları, içme suyu tesislerinin etkin kullanımını etkilemektedir. İçme suyu tesislerinin yanlış işletilmesi ve ev bağlantılarının uygun şekilde yapılmamasından dolayı fiziki su kaçaklarının ileri gelmektedir. Kamu kurumlarında ve yerel yönetimlerde uzman personel sınırlı sayıda bulunmaktadır. Ülke genelinde bilgi tabanında eksiklikler vardır. İçme suyu tesisleri uzman eleman eksikliği nedeniyle gerektiği gibi işletilememektedir.


Kırsal kesimde bilinçsiz gübre ve tarım ilacı kullanılarak su kaynaklarının kirletilmesi önlenmelidir. Temin edilen içme suyunun potansiyel atıksu olduğu hususu göz önünde bulundurularak, içme suyu alt yapısı tamamlanmış sistemlerde eksik olan atıksu altyapısının tamamlanmasına öncelik verilmelidir. Planlamada uluslararası anlaşmaların bağlayıcılığı ve turizm açısından değerleri de dikkate alınarak turizm yörelerinin altyapı projelerinin yapımına öncelik verilmelidir. Belediyeler ve İller Bankası’nın kuruluş yasalarında gerekli düzenlemeler yapılarak eğitim, işletme ve proje hizmetlerinde sağlanan imkânlar geliştirilmelidir (Denizli İl Özel İdaresi, 2005; DPT, 2000).

Sonuç

Denizli içmesuyu sistemlerinin tarihsel gelişimi değerlendirildiğinde Helenistik dönemde kente su iki sıra halinde döşenmiş olan kalın pişmiş toprak borulardan, günümüzde depreme dayanıklı borulardan oluşan bir içmesuyu şebekesi karşımıza çıkmaktadır. Anadolu’nun Helenistik döneminde Hierapolis 18 km’yi aşan toplam borulu hatları, su köprüleri ve çağdaş düşünceli içmesuyu dağıtım haznesiyle eskil dünyanın en ilginç su iletim ve dağıtım sistemlerinden birini bünyesinde barındırmaktaydı. 45 km uzunluğa sahip Laodikya Su Yolu, kente su iki sıra halinde döşenmiş olan kalın pişmiş toprak borularla taşımıştır. Roma zamanında ise 40 m basınç altında çalışan yaklaşık 800 m’lik taş bloklar oyularak ve birbirine bitiştirilerek oluşturulmuş ters sifon, eskil dünyanın en ilginç yapılarındandır. Kent 1702-1703’teki bir deprem sırasında büyük zarara uğramış ve daha sonra yeniden kurulmuştur. Denizli`de ilk Belediye teşkilatı 1876’da kurulmuştur. Denizli, 1950 yılından sonra hızlı bir tempo ile büyümeye başlamıştır. Bu hızlı gelişmeyle birlikte altyapı düzenlemeleri başlamıştır. Denizli’nin içmesuyu kaynaklardan ve yeraltısuyu kuyularından sağlanmaktadır. İsale hatları, depolar, pompa istasyonları ve şebeke kentin ihtiyacına göre geliştirilmiştir. Denizli’ye su sağlayan en büyük kaynaklar Gökpınar, Derindere, Yukarı Santral ve Başkarcı-İsrafil kaynakları olarak sıralanabilir. Bu kaynakların haricinde de irili ufaklı birçok kaynak şebeke ve depoları beslemektedir. Su kayıplarının değerlendirilebilmesi için periyodik ve güvenilir ölçümlere ihtiyaç vardır. Denizli’de içmesuyu şebeke kayıpları % 35-40 mertebesindedir. Özellikle yüksek basınçla çalışan şebekelerdeki kaybın yüksek değerlere ulaştığı ve bu bölgelerde sık sık arızalar meydana geldiği bilinmektedir. Denizli Büyükşehir Belediyesi bu konuda oldukça geniş araştırmalar ve ölçümler yapmış, % 60 su kaybı azaltılmış, mevcut su kaynaklarından yararlanılan debi artmış ve işlenmiş suyun kaybı önlenmiştir. Hatlardaki tamirat miktarı azalmıştır. Kaçak tespit ve onarım işlerinin uzun dönemli uygulanması ile 2020 yılında su kaçaklarının %10’un altına düşürülmesi planlanmıştır. Faturalandırılamayan veya fiziksel olarak kaybedilen suyun belediyelere maliyeti çok yüksek miktarlara ulaşmaktadır. Bu konuda alınacak önlemler belediyelerin altyapı yatırımlarına daha fazla kaynak ayırmasına yardımcı olacaktır. SCADA sistemi gelecekte su bütçesinin daha detaylı çıkarılabilmesine yardımcı olacak, hatlardaki ani basınç ve debi değişimleri izlenerek olası arızalara daha çabuk müdahale imkanı sağlanacaktır.

Kaynaklar

Akbaş, A.O.; Bakır, H.; Ekşi, İ. (2002). Attouda (Hisarköy-Babadağ-Denizli) ve Trapezopolis (Bekirler-Babadağ-Denizli) Tarihsel Su İletimleri, Denizli, Pamukkale Üni., Müh. Fak., İnşaat Müh. Böl., Diploma Çalışması (Yön.: N.O. Baykan; Y.E. Tanrıöver).


Akbaş, A.O.; Bakır, H.; Ekşi, İ.; Baykan, N.O.; Tanrıöver, Y.E. (2008). Attouda ve Trapezopolis Eskil Su Yolları. Tarihi Su Yapıları Konferansı Bildiriler Kitabı, s.153-156, 26-27 Haziran 2008, İzmir. Baykan, N.O. (2008). Laodikya’nın Ters Sifonu. Tarihi Su Yapıları Konferansı Bildiriler Kitabı, s.141-144, 26-27 Haziran 2008, İzmir. Denizli Belediye Başkanlığı (2005). Denizli İçmesuyu Rehabilitasyon Projesi Fizibilite Raporu. Denizli İl Özel İdaresi (2005). Denizli İl Özel İdaresi Stratejik Plan Taslağı (2006-2010).

DESKİ (2015). Denizli Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon İdaresi, Kentsel Altyapı Sistemleri sunumu, Pamukkale Üni. Müh. Fak. Çevre Müh. Böl. Öğrenci Çalıştayı, Denizli.

DPT (2000). DPT VIII: Beş Yıllık Kalkınma Planı (2001-2005). İçme Suyu, Kanalizasyon, Arıtma Sistemleri ve Katı Atık Denetimi Özel İhtisas Raporu. 2000, Ankara. http://www.denizli.bel.tr/Default.aspx?k=tarihce

http://www.dsi.gov.tr/toprak-ve-su-kaynaklari

https://tr.wikipedia.org/wiki/Denizli

Kayhan, M.B.; Kurban, A.; Vardar, B.; Akınal, E.; Baykan, N.O.; Tanrıöver, Y.E. (2008). Hiyerapolis Eskil Suyolu Sistemi Haznesi. Tarihi Su Yapıları Konferansı Bildiriler Kitabı, s.145-148, 26-27 Haziran 2008, İzmir.

Öziş, Ü. (1987). Su Mühendisliği Açısından Anadolu'daki Eski Su Yapıları (Genişletilmiş 2.Basım). İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, N.73, 226 s.

Öziş, Ü. (1994). Su Mühendisliği Tarihi Açısından Türkiye’deki Eski Su Yapıları. D.S.İ.’nin 40. Kuruluş Yılı (1954-1994) Su ve Toprak Kaynaklarının Geliştirilmesi Konferansı, Ankara.

Şimşek, C. (2007). Laodikeia, Ege Yayınları, Seri: Eski Anadolu Kentleri, ISBN 978-975-807-169-2, 384 s.

Tanrıöver, Y.E. (2002). Karia Bölgesi (Güney-Batı Ege) Tarihsel Su Yapıları, Denizli, Pamukkale Üni., Fen Bil. Ens., İnşaat Müh. ABD, Yüksek Lisans Tezi (Yön. N.O. Baykan).

Toprak, S.; Koç, A.C.; Bacanlı, Ü.G.; Dikbaş, F.; Fırat, M.; Dizdar, A. (2007). İçme Suyu Dağıtım Sistemlerindeki Kayıplar, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 10-14 Eylül 2007, Gümüldür, İzmir.

Türken, E.N.; Can, K.; Baykan, N.O.; Tanrıöver, Y.E. (2008). Babadağ Herakliyası Yeraltısuyu Derleme Yapısı. Tarihi Su Yapıları Konferansı Bildiriler Kitabı, s.129-132, 26-27 Haziran 2008, İzmir.

Yaşar, M. (2001). Sebastapolis (Kızılca-Tavas-Denizli) Tarihsel Su İletimi, Pamukkale Üni., Müh. Fak., İnşaat Müh. Böl., Diploma Çalışması (Yön. N.O. Baykan; Y.E. Tanrıöver). Yaşar, M.; Baykan, N.O.; Tanrıöver, Y.E. (2008). Sebastapolis Pınar Derleme Yapısı ve Seddesi. Tarihi Su Yapıları Konferansı Bildiriler Kitabı, s.129-132, 26-27 Haziran 2008, İzmir.


Akarsu Köprülerinde Yıkılma Riskinin Azaltılması Üzerine Bir Çalışma

Meriç Selamoğlu Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara


Melih Çalamak

Yard. Doç. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, TED Üniversitesi, 06420, Ankara Tel: (312) 585 01 01


A. Melih Yanmaz Prof. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara


Öz Akarsu köprülerinin yıkılmasının veya aşırı derecede hasar görmesinin başlıca sebebi, köprülerin orta ve kenar ayakları etrafında oluşan aşırı yerel oyulmalardır. Köprülerin oyulma nedeniyle yıllık yıkılma riskini hesaplamada, Amerika Birleşik Devletleri, Federal Karayolu İdaresi tarafından geliştirilen HYRISK isimli bir yazılım kullanılmaktadır. Bu yazılım, bir veya bir dizi köprünün yıllık yıkılma riskini bir tahmin modeliyle hesaplamaktadır. Kullanılan risk tahmin modeli, akarsu köprülerinin aşırı yerel oyulmaya olan eğilimlerini ve köprü açıklıklarının akım taşıma kapasitesini değerlendirmektedir. Aynı zamanda, risk tahmininde, köprü civarında akarsu taban ve şev koşulları ile köprü altyapı elemanlarının yapısal koşulları da gözden geçirilmektedir. Bu koşullar, belirli puanlama sistemleri ile yazılıma tanımlanmakta ve bu koşullara karşılık gelen yıllık yıkılma riski hesaplanmaktadır. Bu çalışmada, Doğu Karadeniz Bölgesi’nde örnek bir köprü ele alınarak bu köprünün oyulma eğilimini azaltmaya yönelik akarsu boyunca ve köprü açıklığında yapılabilecek düzenlemelerin köprünün yıllık yıkılma riski üzerindeki etkileri ve hassasiyeti tartışılmaktadır. Anahtar sözcükler: Akarsu köprüleri, Köprü ayaklarında yerel oyulma, Oyulma önleyici düzenlemeler, Risk değerlendirmesi, HYRISK


Giriş Akarsu köprüleri, köprü ayakları etrafında yerel oyulma ve akarsu taban dengesizliği gibi hidrolik bağlantılı nedenlerden ötürü yıkılma veya aşırı derecede hasar görme riskine maruz kalmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri’nde (ABD) 1950 – 1990 yılları arasında yıkılan köprülerin yıkılma nedenleri araştırıldığında, %60 oranla hidrolik bağlantılı nedenlerin öne çıktığı görülmektedir (Shirole ve Holt, 1991; Lagasse ve diğ., 2007). Bu oran, 1966 – 2005 yılları arasında yıkılan köprülerde ise %58’dir (Briaud, 2006). Akarsu köprülerinin hidrolik bağlantılı yıkılmasına ise, %64 oranla orta ve kenar ayaklar etrafında oluşan aşırı yerel oyulmaların neden olduğu gözlenmiştir (Lin ve diğ., 2014). Şiddetli taşkınlardan dolayı ayaklar etrafında oluşan aşırı yerel oyulmalar, köprü ayaklarının yük taşıma kapasitesini düşürmekte ve köprünün yapısal dengesini bozmaktadır. Ülkemizde de birçok akarsu köprüsünün hidrolik-bağlantılı nedenlerden ve ayaklar etrafındaki aşırı yerel oyulmalardan dolayı yıkıldığı veya zarar gördüğü bilinmektedir. Bu durumu yansıtan en yakın örneklerden birisi, 2012 yılında Filyos Çayı üzerinde bulunan Çaycuma Köprüsü’nün yıkılmasıdır. Köprünün orta ayakları etrafında hem çevrinti hem de uzun dönemli taban malzemesi çekilmesi nedeniyle alçalan akarsu yatak seviyesi sonucunda oluşan aşırı yerel oyulmalar nedeniyle orta ayak kazıkları taşıma gücünü yitirmiş ve tabliye yükünü taşıyamamasından ötürü köprüde çökme meydana gelmiştir. Çaycuma Köprüsü’nün yıkılmasından dolayı 15 kişi yaşamını yitirmiştir (Sevindik, 2015). Köprü ayakları etrafında aşırı yerel oyulmaların can kaybına ve yüksek maddi hasara yol açabilmesi, köprülerin servis ömrü içerisinde böyle kayıplara yol açmayacak şekilde tasarlanma gerekliliğini göstermektedir. Köprülerin uygun tasarımı ve inşasının yanı sıra, köprü alt ve üstyapı elemanları ile akarsu taban koşullarının düzenli olarak kontrol edilmesi, gerektiği takdirde oyulma önleyici düzenlemeler yapılması da önem teşkil etmektedir. Köprü ayakları etrafındaki oyulmalar tasarım debisi (100-yıl dönüş aralıklı) ve kontrol debisi (500-yıl dönüş aralıklı) altında incelenmelidir (AASHTO, 2007). Bu çalışmada, köprülerin aşırı yerel oyulma nedeniyle yıllık yıkılma riskleri değerlendirilmiş ve oyulma önleyici düzenlemelerin yıllık yıkılma riskini azaltmadaki etkileri incelenmiştir. Bu bağlamda, ABD Federal Karayolları İdaresi’nin (FHWA) önerdiği risk tahmin modeli ve bu yönteme bağlı olarak geliştirilen HYRISK (Pearson ve diğ., 2002) yazılımı kullanılmıştır. Risk tahmin modelinin uygulamasını göstermek amacıyla Doğu Karadeniz Bölgesi’nde Fol Deresi üzerindeki mevcut Fol-1 Köprüsü ile örnek bir uygulama yapılmıştır.

Risk Tahmin Modeli Köprülerin ayaklar etrafında oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskini değerlendirmede FHWA’nın önerdiği risk tahmin modeli kullanılmıştır. Genel olarak bu model, bir köprünün oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskini, yıllık yıkılma olasılığı ile yıkılmadan dolayı ortaya çıkacak maliyetin çarpımı ile ifade etmektedir (Briaud, 2006). Dolayısıyla, bir köprünün oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskini etkileyen ana etkenler yıllık yıkılma olasılığı ve maliyeti olup, bu etkenler dikkatle belirlenmelidir. Risk tahmin modelinin kolay uygulanabilmesi, bir köprünün çeşitli senaryolar altında risklerinin görüntülenmesi veya çok sayıda köprünün risklerinin kıyaslanabilmesi için FHWA tarafından geliştirilen HYRISK yazılımı kullanılmaktadır (Pearson ve diğ., 2002). Yıllık


yıkılma olasılığı ve maliyet hesabında birtakım değişkenler kullanılmaktadır. Bu değişkenler, FHWA uzmanları tarafından belirlenmiş olup, yine FHWA uzmanlarınca geliştirilen Ulusal Köprü Envanteri (NBI) isimli veri tabanında yer almaktadır. NBI veri tabanında ABD’de bulunan yaklaşık 600,000 köprünün bilgileri bulunmaktadır (FHWA, 1989). Risk tahmin modelinde, köprünün yıkılma durumunda tali yol kullanılırken fazladan katedilen yol uzunluğu, köprünün bulunduğu yol sınıflandırması, inşa edildiği yıl, günlük ortalama araç trafiği, köprünün işlev sınıflandırması, köprünün yapı tipi, köprü uzunluğu ve genişliği, köprünün savaklanma frekansı ve oyulma kritikliği derecesi gibi NBI değişkenleri kullanılmaktadır. NBI değişkenleri kullanılarak oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riski, Pearson ve diğerleri (2002) tarafından önerilen eşitlik ile hesaplanmaktadır: R=KPAC (1) Burada, K = köprü üstyapı ve temel cinsine bağlı düzeltme çarpanı, PA = oyulmaya bağlı yıllık yıkılma olasılığı (1/yıl) ve C = yıkılmadan dolayı ortaya çıkacak toplam maliyettir ($). Denklem (1)’de K çarpanı, köprünün üstyapısı ve temel cinsi değişmeyeceği için sabit bir sayıdır. Dolayısıyla, köprünün yıkılma riskini etkileyen değişkenler PA ve C değişkenleridir. Burada, toplam maliyet, köprünün yıkılması durumunda yerine aynı köprüyü inşa etmenin maliyeti, yeni köprü inşası sırasında tali yol kullanılırken fazladan kat edilen yoldan dolayı araçlardaki işletim maliyeti ve yine tali yol kullanılırken kaybedilen zamanın kişiler ve ticari araçlar için yarattığı zarar maliyetinin toplamıdır. Maliyet değişkenleri ile beraber risk hesaplaması açık olarak şöyle ifade edilebilir:

SD

C DCCKPR A 321

(2)

Burada, C1 = yeniden inşa maliyeti ($), C2 = toplam araç işletim maliyeti ($/km), D = tali yol kullanılırken fazladan katedilen yol uzunluğu (km), C3 = kişiler ve ticari araçlar için toplam kayıp zaman maliyeti ($/saat) ve S = tali yolda azami hızdır (km/saat) (Pearson ve diğ., 2002). Denklem (2)’de yer alan maliyetlerin hesaplanması ile ilgili detaylara Apaydın (2010)’dan ulaşılabilir. Riski etkileyen maliyet değişkenlerinde, C1, C2 ve C3 değerleri, köprünün cinsi, günlük ortalama araç trafiği, kişiler ve ticari araçların saatlik maliyetlerine bağlı olan sabitlerdir. Dolayısıyla, D ve S değişkenleri maliyet hesabını etkilemekte olup, bu değişkenler köprünün yıkılması durumunda kullanılacak tali yolun özelliklerine bağlıdır. Risk hesabında yer alan bir diğer değişken ise oyulmaya bağlı yıllık yıkılma olasılığıdır. Yıllık yıkılma olasılığı, PA hesaplanırken, önce bir deneme yıkılma olasılığı, Ptr bulunur, daha sonra köprünün mevcut yaşına göre bu olasılık değiştirilir (Pearson ve diğ., 2002). Deneme yıkılma olasılığı, köprünün oyulma kritikliğine ve savaklanma frekansına göre bulunur. Çeşitliği oyulma kritikliği ve savaklanma frekansı değerlerine bağlı deneme yıkılma olasılıkları Tablo 1’de sunulmuştur. Tablo 1’de yer alan Ptr değerleri, FHWA bünyesindeki köprü oyulması uzmanları tarafından belirlenmiştir (Stein ve Sedmera, 2006). Tablo 1’de ilgili oyulma kritikliği derecesi ve savaklanma frekansına bağlı bulunan Ptr değeri kullanılarak Denklem (3) ile köprünün beklenen ömrü hesaplanır.


)1log()90.01log(

90trP

X

(3)

Burada, X90 = binom dağılımına göre %90 güven aralığında köprünün beklenen ömrüdür (yıl). Köprünün mevcut yaşı beklenen ömürden yüksekse, köprünün beklenenden iyi durumda olduğu kabulü yapılır. Bu durumda, Denklem (3)’te X90 yerine köprünün mevcut yaşı girilerek yıkılma olasılığı hesaplanır ve bu değer PA olarak Denklem (2)’de risk hesaplamasında kullanılır. Mevcut yaşın X90’dan küçük olduğu durumda ise Tablo 1’den bulunan Ptr değeri değiştirilmeden Denklem (2)’de kullanılır. Yıllık yıkılma olasılığı ile ilgili ABD’de bazı eyaletlerin ulaşım birimleri detaylı çalışmalar yürütmüş olup, Tablo 1’de yer alan olasılık değerlerini güncellemişlerdir (Bkz. Stein ve Sedmera (2006)). Ancak bu çalışmalar eyaletler kapsamında yıkılan köprülerin verisi ile hesaplandığı için, daha genel bir bilgi vermesi bakımından bu çalışmada HYRISK yazılımındaki orijinal risk tahmin modeli olasılıkları kullanılmıştır.

Tablo 1 Köprülerin oyulma kritikliği ve savaklanma frekansına göre deneme yıkılma olasılığı (Pearson vd., 2002).

Oyulma Kritikliği

Savaklanma Frekansı Çok Seyrek Seyrek Sık Çok Sık

0 (Köprü yıkılmış) 1 1 1 1 1 (Köprünün yıkılması muhtemel) 1 1 1 1 2 (Çok kritik oyulma) 0.457 0.483 0.628 0.726 3 (Kritik oyulma) 0.248 0.267 0.398 0.495 4 (İleri derecede oyulma) 0.127 0.137 0.228 0.298 5 (Hafif oyulma) 0.005 0.006 0.031 0.057 6 (Bilinmeyen taban koşulları) 0.187 0.202 0.313 0.396 7 (Yapısal düzenlemeler yapılmış) 0.187 0.202 0.313 0.396 8 (Köprü ayakları çok iyi durumda) 0.003 0.004 0.014 0.028 9 (Köprü ayakları mükemmel durumda) 0.002 0.002 0.004 0.006

Köprünün deneme yıkılma olasılığı, Tablo 1’de görüldüğü üzere oyulma kritikliği ve savaklanma frekansına bağlıdır. Savaklanma frekansı taşkın şiddetine, köprü açıklığında akım taşıma kapasitesine ve köprünün bulunduğu yol sınıflandırmasına bağlıdır. Köprülerin oyulma kritikliği ise, ayaklar etrafında oyulma derinliği köprü yerinde ölçülmediği takdirde, köprünün altyapı elemanlarının yapısal koşulları ve gözlemlenebilen (niteliksel) oyulma seviyesi ile köprü civarındaki akarsu taban ve şev koşulları incelenerek belirlenebilir. Köprü altyapı elemanlarının koşulları Yanmaz ve diğerleri (2007) tarafından önerilen, köprü yerinde yapılacak gözlemlere dayalı derecelendirme yöntemi ile belirlenebilir. Akarsu taban ve şev koşulları ise, yine köprü yerinde yapılacak gözlemler yardımıyla Johnson ve diğerleri (1999) tarafından önerilen akarsu stabilite göstergeleri yöntemi ile belirlenebilir. Akarsu taban ve şev koşulları ile köprü altyapı elemanlarının yapısal koşullarının derece ve açıklamaları, ve bu değerlere bağlı oyulma kritikliği dereceleri Tablo 2’de sunulmuştur (Stein ve Sedmera, 2006). Ancak, Tablo 2’de sunulan derecelendirmelerde derece 6 ve derece 7, Tablo 1’de orijinal HYRISK derecelendirmelerinden farklıdır. Stein ve Sedmera (2006) tarafından güncellenmiş yıllık yıkılma olasılıkları Tablo 2’deki derecelendirmelere bağlı olarak monotonik bir davranış sergilemektedir. Ancak orijinal HYRISK tanımlarına göre Tablo 1’de görülen derece 6 ve derece 7 belirsiz durumları açıkladığı için, yıkılma olasılıklarında monotonik bir davranış görülmemektedir. Uygulama örneği üzerinde bu durum daha net irdelenecektir.


Tablo 2 Akarsu taban ve şev koşulları ile köprü altyapı elemanlarının yapısal koşullarına bağlı oyulma kritikliği dereceleri (Stein ve Sedmera, 2006).

Köprü Altyapı Elemanlarının Yapısal Koşulları

Akarsu Taban ve Şev Koşulları

0 (K

öprü

yık

ılmış)

1 (K

öprü

nün

yıkı

lmas

ı m

uhte

mel

)

2 (Ç

ok k

ritik

dur

umda

)

3 (K

ritik

dur

umda

)

4 (Z

ayıf

duru

mda

)

5 (V

asat

dur

umda

)

6 (Y

eter

li du

rum

da)

7 (İy

i dur

umda

)

8 (Ç

ok iy

i dur

umda

)

9 (M

ükem

mel

dur

umda

)

0 (Köprü yıkılmış) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 (Köprünün yıkılması muhtemel) 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 (Çok kritik durumda) 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 (Kritik durumda) 0 1 2 2 3 4 4 4 4 4 4 (Zayıf durumda) 0 1 2 3 4 4 5 5 6 6 5 (Vasat durumda) 0 1 2 3 4 5 5 6 7 7 6 (Yeterli durumda) 0 1 2 3 4 5 6 6 7 7 7 (İyi durumda) 0 1 2 3 4 6 6 7 7 8 8 (Çok iyi durumda) 0 1 2 3 4 6 7 7 8 8 9 (Mükemmel durumda) 0 1 2 3 4 7 7 8 8 9

Uygulama Akarsu köprülerinde oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskinin hesaplanması ve riskin azaltılmasına yönelik çalışmaların etkilerini incelemek için Doğu Karadeniz Bölgesi’nde Fol Deresi üzerinde bulunan Fol-1 Köprüsü ile örnek bir uygulama yapılmıştır. Vakfıkebir ve Tonya ilçelerini birbirine bağlayan yol üzerinde bulunan Fol-1 Köprüsü (41°02'08'' K, 39°16'44'' D) 1979 yılında inşa edilmiştir. İki adet dik duvar kenar ayak ve iki adet dörder silindir orta ayak grubu ile desteklenen köprüye ait trafik bilgilerini içeren NBI değişkenleri, Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) 10. Bölge Müdürlüğü’nden elde edilmiştir. Fol Deresi havzasının coğrafi ve hidrolojik özellikleri, daha önce Yanmaz ve Coşkun (1995) tarafından yürütülen bir çalışmadan elde edilmiştir. Havzanın taşkın frekans analizine göre 100-yıllık tasarım debisi, Q100 = 181 m3/s, 500-yıllık taşkın debisi ise Q500 = 213 m3/s olarak belirlenmiştir (Bilen, 1999). Köprü yakınında yer alan akım gözlem istasyonunda ölçülen en yüksek akım, 412 m3/s ile 1990 yılı taşkınında meydana gelmiştir (Apaydın, 2010). Yerel yetkililerden alınan bilgiye göre bugüne kadar köprüde savaklanma hiç gerçekleşmemiştir. Çeşitli dönüş aralıklı taşkın debileri altında Fol Deresi’nin su yüzü profili HEC-RAS yazılımı (Brunner, 2002) ile oluşturulmuştur. Oluşturulan su yüzü profilleri de, Q500 debisinde dahi köprüde savaklanma gerçekleşmediğini göstermektedir. Bu nedenle, yıllık yıkılma olasılığı hesaplarında savaklanma frekansı çok seyrek olarak belirlenmiştir. Apaydın (2010) çalışması kapsamında köprü bölgesine yapılan arazi gezisinde, köprü altyapı elemanları ve akarsu koşulları hakkında bilgi toplanmıştır. Altyapı elemanlarının yapılan gözlemlere dayanılarak vasat durumda (derece 5) olduğu belirlenmiş ve makul bir emniyet seviyesinde olduğu saptanmıştır. Akarsu taban ve şev koşullarının ise


Johnson ve diğerlerinin (1999) yöntemi uygulanarak yine vasat durumda (derece 5) olduğu saptanmıştır. Bu çalışmada, arazi gezisinde gözlenen koşulların halen geçerli olduğu varsayımı yapılmıştır. Saptanan köprü alt yapı ve akarsu koşullarına bağlı olarak oyulma kritikliği derecesi hafif oyulma (derece 5) olarak belirlenmiştir (bkz. Tablo 2). Ancak, HEC-RAS yazılımı ile Q100 ve Q500 debileri altında, sağ orta ayak grubunda kritik seviyede oyulma gerçekleşebileceği görülmüştür. Dolayısıyla, tasarım ve kontrol debileri altında köprü altyapı koşulları derecesi ve buna bağlı olarak oyulma kritikliği derecesinin 5’in altına düşeceği tahmin edilmektedir. Köprünün yıkılması halinde kullanılabilecek en yakın tali yolda katedilen fazladan yol, D = 1 km, tali yoldaki azami hız ise S = 50 km/saat olarak belirlenmiştir. Köprünün üstyapı ve temel tipine göre K çarpanı 1.0 alınmıştır (Apaydın, 2010). Köprünün yıkılması durumunda ortaya çıkacak maliyet Apaydın (2010) tarafından Amerikan Doları cinsinden hesaplanmış olup, göreceli bilgi vermesi açısından maliyetler güncellenmemiştir. Bu durumda, köprünün yeniden inşa maliyeti C1 = 481,074 $ olarak hesaplanırken, seçilen tali yolun özelliklerine bağlı olarak toplam araç işletim maliyeti C2 = 94,535 $/km, toplam kayıp zaman maliyeti ise C3 = 11,684,526 $/saat olarak bulunmuştur. Tali yol ile ilgili D ve S değişkenleri dikkate alınarak Denklem (2)’de görülen maliyetler hesaplandığında, araç işletim maliyeti 94,535 $, kayıp zaman maliyeti 233,690 $, toplam maliyet ise C = 809,299 $ olarak bulunmuştur. Fol-1 Köprüsünün Yıllık Yıkılma Riski Fol-1 Köprüsünün mevcut durumunda oyulma kritikliği derecesi 5, savaklanma frekansı çok seyrektir. Buna bağlı olarak, Tablo 1’den deneme yıkılma olasılığı 0.005 olarak bulunmuştur. Köprünün beklenen ömrü Denklem (3) ile hesaplandığında, köprünün mevcut yaşından (36 yıl) oldukça büyük bir yaş elde edilmektedir. Dolayısıyla, Tablo 1’de bulunan deneme yıkılma olasılığı değiştirilmeden yıllık yıkılma olasılığı, PA = 0.005 olarak kullanılmıştır. Köprünün K çarpanı 1.0, toplam maliyeti ise C = 809,299 $ olduğu için, oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riski Denklem (1), kullanılarak R = 4046 $/yıl olarak hesaplanmıştır. Bu risk seviyesi, köprünün taşkına maruz kalmadığı zamanlar için hesaplanmıştır. Taşkın tasarım ve kontrol debileri altında, önceki bölümde de bahsedildiği gibi, özellikle sağ orta ayak grubunun kritik seviyede oyulmaya maruz kalması beklenmektedir. Bu durumda oyulma kritikliği derecesi 5’in altına düşecektir. Tablo 3’te, düşük oyulma kritikliği seviyelerinde bulunan deneme yıkılma olasılıkları, bu olasılıklar ile köprünün beklenen ömrü sunulmuştur. Beklenen ömürler köprünün mevcut yaşından düşük olduğu için Denklem (3) ile yıllık yıkılma olasılığı yeniden hesaplanmış ve buna bağlı yıllık yıkılma riski sunulmuştur.

Tablo 3 Fol-1 Köprüsü’nün taşkın altında oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riski.

Oyulma Kritikliği

Deneme Yıkılma Olasılığı

Beklenen Ömür (yıl)

Yıllık Yıkılma Olasılığı

Risk ($/yıl)

2 0.457 3.8 0.062 50,177 3 0.248 8.1 0.062 50,177 4 0.127 17.0 0.062 50,177


Tasarım ve kontrol taşkın debileri altında hesaplanan yıllık yıkılma riski, R = 50,177 $/yıl çok yüksek bir risktir. Dolayısıyla, köprünün yıllık yıkılma riskini azaltmak için köprü ayakları etrafına koruyucu düzenlemeler ve akarsu taban ve şev koşullarını iyileştirici ıslah çalışmaları yapılmalıdır. Oyulma Önleyici Düzenlemelerin Yıllık Yıkılma Riskine Etkileri Fol-1 Köprüsü’nün altyapı elemanlarının yapısal koşulları ile akarsu taban ve şev koşullarının dereceleri 5, yani vasat durumdadır. Tablo 2’de farklı altyapı ve akarsu koşullarına bağlı oyulma kritikliği dereceleri verilmiştir. Bu oyulma kritikliği derecelendirmelerinde, derece 6 ve 7 Stein ve Sedmera (2006) tarafından yeniden adlandırılmış olup, Tablo 1’de sunulan orijinal HYRISK derecelendirme tanımlarından farklıdır. Stein ve Sedmera (2006), oyulma kritikliği derecelerini ve buna bağlı yıllık yıkılma olasılıklarını monotonik artış gösterecek şekilde yeniden düzenlemişlerdir. Ancak bu çalışmada orijinal HYRISK olasılıkları kullanıldığı için, Tablo 1 ve Tablo 2’de uyumsuzluk olmaması adına, derece 6 ve 7 dikkate alınmamıştır. Johnson ve diğerlerinin (1999) yöntemi uygulanarak yapılan akarsu koşulları değerlendirmesinde belli başlı hususlar dikkate alınmıştır. Köprü açıklığında kum/çakıl birikmesi, akım alanının daralması, şevlerde erozyon, akarsu en-kesitlerinin düzensiz olması, bu değerlendirmede etkili olmuştur (Apaydın, 2010). Dolayısıyla, akarsu taban ve şev koşullarında birtakım iyileştirmeler gerekmektedir. Ancak, köprü altyapı elemanlarının mevcut durumu (derece 5) sabit tutularak sadece akarsu koşullarında iyileştirme yapılması durumunda, akarsu koşullarının derece 5’ten derece 9’a çıkması, oyulma kritikliği derecesini en yüksek seviyeye çıkaramamaktadır (bkz. Tablo 2). Aynı şekilde, köprü altyapı elemanlarının koşullarında iyileştirme yapılırken akarsu koşullarının mevcut durumu (derece 5) korunduğunda, yine Tablo 2’de görüldüğü üzere oyulma kritikliği derecesi yeterince yükselmemektedir. Bu nedenle, Fol-1 Köprüsü’nün oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskini azaltma çalışmalarında, mutlaka akarsu taban ve şev koşulları, köprü altyapı elemanları ile beraber iyileştirilmelidir. Akarsu taban ve şev koşullarını iyileştirmek için akarsu ıslahı, köprü açıklığında biriken malzemenin temizlenmesi, akım alanı içinde yetişen bitkinin temizlenmesi ve şev koruması yapılması önerilmektedir. Köprü altyapı elemanlarının iyileştirilmesi için ise ayaklar etrafına yerleştirilecek oyulma önleyici yapısal düzenlemeler yapılmalıdır. Köprünün yersel koşulları ile uygulama kolaylığı göz önüne alındığında, Fol-1 Köprüsü’nün altyapı elemanlarını güçlendirecek ve oyulmayı önleyecek düzenlemeler, kısmi harçlı riprap kaplama, harç dolgulu yastık ve taş sandık olarak belirlenmiştir. Bu düzenlemelerin, ayakların etrafına yerleşimi ve maliyet detayları Apaydın (2010) ve Yanmaz ve Apaydın (2012) çalışmalarında açıklanmıştır. Fol-1 Köprüsü için, tüm akarsu koşulları ve köprü altyapı koşulları altında olası yıllık yıkılma riskleri Şekil 1’de sunulmuştur. Daha önce açıklandığı üzere, oyulma kritikliği derecesini 6 ve 7 yapan akarsu ve köprü altyapı koşul kombinasyonları ise boş bırakılmıştır. Şekil 1’de görüldüğü üzere, akarsu ve köprü altyapı koşulları taşkın dönemlerinde kritik seviyelere düştüğü takdirde, yıllık yıkılma riskleri (50,177 $/yıl) çok yüksek olmaktadır. Köprünün taşkın dönemi haricindeki mevcut durumunda R = 4046 $/yıl olup, akarsu ve altyapı koşullarında iyileştirme yapıldığı takdirde bu risk daha da azalacaktır.


23456

78

9

0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

2 3 4 5 6 7 8 9

Akarsu koşulları

Risk

($/y

ıl)

Altyapı koşulları

Şekil 1. Altyapı ve akarsu koşullarına bağlı yıllık yıkılma riski.

Akarsu koşulları ve köprü altyapı koşullarında, yukarıda anılan iyileştirmeler yapıldığı takdirde, bu koşullar Tablo 4’te sunulan derecelere yükselecek, buna bağlı olarak yıllık yıkılma olasılıkları ve riskleri de belirgin bir şekilde düşecektir. Yapılacak iyileştirmelerin kusursuz olması halinde, yıllık yıkılma riski 1,619 $/yıl’a kadar düşebilecektir. Yeterli seviyede iyileştirme olması halinde ise yıllık yıkılma riskinin 2,428 $/yıl’a düşmesi beklenmektedir.

Tablo 4 Fol-1 Köprüsü’nün iyileştirme sonrası oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riski.

Akarsu Koşulları

Köprü Altyapı

Koşulları

Oyulma Kritikliği

Yıllık Yıkılma Olasılığı

Risk ($/yıl)

7 9 8 0.003 2,428 8 8 8 0.003 2,428 8 9 8 0.003 2,428 9 7 8 0.003 2,428 9 8 8 0.003 2,428 9 9 9 0.002 1,619

ABD’de köprülerin yıllık yıkılma riskleri, 1,000 $/yıl için kabul edilebilir risk, 10,000 $/yıl için orta seviye risk, 100,000 $/yıl için ise kabul edilemez risk olarak sınıflandırılmıştır (Briaud ve diğ., 2012). Ülkemizde de benzer risk sınıflandırmasını uygulamak ve yıllık yıkılma risklerini kabul edilebilir risk seviyesine yakın tutmak uygun olacaktır. Yapılacak iyileştirmeler sonrasında, köprünün oyulma kritikliğinin iyi seviyelerde korunması ve yıllık yıkılma riskinin yeniden yükselmemesi için köprü ve akarsu koşulları düzenli olarak incelenmeli ve gerekli görüldüğü takdirde yapılan düzenlemeler yenilenmeli veya iyileştirilmelidir.

Kullanılan Tali Yolun Yıllık Yıkılma Riskine Etkisi Köprülerin yıllık yıkılma riski üzerinde kullanılan tali yolun özelliklerinin de etkili olduğu, Denklem (2)’de görülmektedir. Fol-1 Köprüsü örneğinde, köprünün yıkılması durumunda kullanılacak tali yolun özelliklerine göre araç işletim maliyeti ve kayıp


zaman maliyeti toplamda 328,225 $ olarak hesaplanmıştır. Mevcut durumda kullanılabilecek olan tali yolun ulaşıma kapanması durumunda, Doğu Karadeniz Bölgesi’nin coğrafi koşullarının zorluğu nedeniyle yeni bir tali yol ancak dağ yolundan verilebilecektir. Bu durumda, katedilecek fazladan yol, yani D artacak, tali yoldaki maksimum hız ise S = 30 km/saat’e düşecektir. Bu da, köprünün mevcut yıllık yıkılma olasılığı göz önüne alındığında (PA = 0.005), yıllık yıkılma riski, R = 4046 $/yıl değerini fazladan katedilecek her bir kilometre başına 779 $/yıl daha artıracaktır. Dolayısıyla, köprünün yıkılması durumunda, trafiğin dağ yoluna yönlendirilmek suretiyle araç işletim ve kayıp zaman maliyetlerinin daha fazla artmaması için, köprü konumuna yakın olan tali yolun sürekli kullanılabilir durumda olması gerekmektedir.

Sonuçlar Bu çalışmada, köprülerin oyulmaya bağlı yıllık yıkılma riskinin hesaplanmasını ve oyulma önleyici düzenlemelerin risk üzerinde etkilerini göstermek için Fol Deresi üzerinde bulunan Fol-1 Köprüsü ile örnek bir uygulama yapılmıştır. Hesaplamada, FHWA’nın önerdiği risk tahmin modeli ve bu modelin pratik uygulaması için HYRISK yazılımı kullanılmıştır. Köprünün mevcut durumunda, hem taşkın dönemi dışı hem de tasarım ve kontrol taşkın debileri altında yıllık yıkılma riski hesaplanmıştır. Buna bağlı olarak, Fol-1 Köprüsü oyulmaya karşı kritik çıkmış olup, yıllık yıkılma riski taşkın dönemi haricinde 4,046 $/yıl, taşkın döneminde ise 50,177 $/yıl olarak hesaplanmıştır. Yıllık yıkılma riskini azaltmak için akarsu taban ve şev koşullarında ve köprü altyapı elemanlarında iyileştirmeler yapılması gerektiği belirtilmiştir. Akarsu ıslahı ile beraber ayaklar etrafına kısmı harçlı riprap kaplama, harç dolgulu yastık ve taş sandık gibi oyulma önleyici düzenlemeler yapılması durumunda, yıllık yıkılma riski 1,619 $/yıl’a kadar düşürülebilmektedir.

Kaynaklar

American Association of State Highway and Transportation Officials, (AASHTO). (2007) AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 4. baskı. AASHTO, Washington, D.C.

Apaydın, M. (2010) A Study on Risk Assessment of Scour Vulnerable Bridges. Yüksek lisans tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.

Bilen, S. V. (1999) Investigation of Design Criteria for River Bank Protection Facilities. Yüksek lisans tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.

Briaud, J. L. (2006) Bridge Scour. Geotechnical News, Vol. 24, No. 3.

Briaud, J. L., Gardoni, P. ve Yao, C. (2012) Bridge Scour Risk. Proceedings of the 6th International Conference on Scour and Erosion, Paris.

Brunner, G. W. (2002) HEC-RAS River Analysis System User’s Manual Version 3.1. US Army Corps of Engineers Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering Center, California.


Federal Highway Administration (FHWA). (1989) Public Disclosure of National Bridge Inventory (NBI) Data. http://www.fhwa.dot.gov/bridge/nbi/20070517.cfm adresinden 27.07.2015 tarihinde erişildi.

Johnson, P. A., Gleason, G. L. ve Hey, R. D. (1999) Rapid Assessment of Channel Stability in Vicinity of Road Crossing. Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, No. 6, 645–651.

Lagasse, P. F., Clopper, P. E., Zevenbergen, L. W. ve Girard, L. W. (2007) Countermeasures to Protect Bridge Piers from Scour. NCHRP Report 593. National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board of the National Academies, Washington, D.C.

Lin, C., Han, J., Bennett, C. ve Parsons, R. (2014) Case History Analysis of Bridge Failures due to Scour. Climatic Effects on Pavement and Geotechnical Infrastructure, 204–216.

Pearson, D., Stein, S. ve Jones, J. S. (2002) HYRISK Methodology and User Guide. Federal Highway Administration Report No. FHWA-RD-02-XXX. Federal Highway Administration, Virginia.

Sevindik, D. (2015) 15 kişinin öldüğü köprü faciası, soruşturma izni verilmeyince kapandı. http://www.hurriyet.com.tr/gundem/28731460.asp adresinden 27.07.2015 tarihinde erişildi.

Shirole, A. M. ve Holt, R. C. (1991) Planning for a Comprehensive Bridge Safety Assurance Program. Transportation Research Record, No. 1290, 137-142.

Stein, S. ve Sedmera, K. (2006) Risk-based Management Guidelines for Scour at Bridges with Unknown Foundations. National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Project 24-25 Final Report. Springfield, VA.

Yanmaz, A. M. ve Apaydın, M. (2012) Bridge Scour Risk Assessment and Countermeasure Design. Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol. 26 No. 4, 499–506.

Yanmaz, A. M., Caner, A. ve Berk, A. (2007) Renovation of a safety-inspection methodology for river bridges. Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol. 21, No. 5, 382–389.

Yanmaz, A. M. ve Coşkun, F. (1995) Hydrological Aspects of Bridge Design: Case Study. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 121, No. 6, 411–418.


Ürkmez Barajı Çarpıtılmış Modelinde Ani Göçme Sonucu Oluşan Taşkın Dalgalarının Deneysel Araştırılması

M. Şükrü GÜNEY (1), Eser YAŞİN (2)

1 Dokuz Eylül Üniversitesi, [email protected] 2 Dokuz Eylül Üniversitesi, [email protected]

Gökmen TAYFUR(3), Gülpembe NEYİŞ(4)

3 İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, [email protected] 4 Dokuz Eylül Üniversitesi, [email protected]

Öz

Dokuz Eylül Üniversitesi Hidrolik Laboratuarı açık alanında inşa edilmiş olan Ürkmez Barajı ve mansap bölgesinin çarpıtılmış modeli yardımıyla barajın ani göçmesi durumunda oluşan taşkın dalgalarının yayılması deneysel olarak araştırılmıştır. Yatay ölçeği 1/150 ve düşey ölçeği 1/30 olan bu fiziksel model baraj gölünü ve baraj mansabında denize kadar olan yerleşim yerini de içermektedir. Modelin geometrik parametreleri mevcut haritalar ve benzeşim kanunları kullanılarak belirlenmiştir. Bu bağlamda modelde baraj gölü yaklaşık olarak 12 m3, baraj uzunluğu 2,9 m ve baraj yüksekliği 1,1 m olup Ürkmez beldesinin yaklaşık olarak 200 m2 lik bölümde yansıtılan kısmı temsil edilmiştir.

Ürkmez Barajı fiziksel model için makul boyutlara sahip olduğu ve yerleşim yerine yakın olduğu için seçilmiştir. Evler ve karayolu gibi hususlar da modelde yerleştirilmiştir. Su derinlikleri e+ WATER L seviye ölçerleri kullanılarak ölçülmüştür. Hızlar Ultrasonic Velocity Profiler (UVP) algılayıcıları ile belirlenmiştir. Taşkın dalgasının yayılması kamera vasıtasıyla kaydedilmiştir.

Elde edilen deneysel bulgular ve bunların prototipte karşılık gelen değerleri yorumlanmıştır.

Anahtar sözcükler: fiziksel model, çarpıtılmış model, benzeşim kanunları, baraj yıkılması, taşkın yayılması


1. Çarpıtılmış Fiziksel Modelin Tasarımı

İncelenen alanın genel görünüşü Şekil 1’de verilmektedir.

Bu fiziksel model TÜBİTAK 110M240 nolu proje kapsamında tasarlanmış ve inşa edilmiştir (Bayram, 2015; Güney vd., 2013; Güney vd., 2014a; Güney vd., 2015).

Fiziksel model yerçekimi kuvveti daha etkin olduğundan Froude benzeşim kanununa göre tasarlanmıştır (Güney, 2013). Yatay ve düşey ölçekler, modelin belirlenen alana uygun olarak inşa edilerek çalıştırılabileceği ve hızların ve derinliklerin yeterli hassasiyetle ölçülebileceği şekilde seçilmiştir. Yatay ölçeğin lxr=1/150 ve düşey ölçeğin lxz= 1/30 olarak seçilmesiyle aşağıdaki ölçekler tanımlanabilmektedir:

Çarpıklık katsayısı:

rx

zrn

= 5 (I)

Eğim ölçeği:

xrrzrS = 5 (II)

Şekil 1. İncelenen alanın genel görünüşü (maps.google.com).

Enkesit alanı ölçeği:

zrxrrA =1/4500 (III)

Hacim ölçeği:

rV 2xr rz = 1/675000 (IV)

Ürkmez Barajı (prototip) ve fiziksel modelinin geometrik özellikleri Tablo 1’de verilmektedir:


Tablo 1. Ürkmez Barajı ve modelinin geometrik özellikleri.

Özellik Prototip Fiziksel model

Kret uzunluğu (m) 426 2.84

Kret genişliği (m) 12 0.08

Barajın temelden yüksekliği(m) 32 1.07

Baraj gölü minimum hacmi (m3) 375 000 0.556

Baraj gölü maksimum hacmi (m3) 8 625 000 12.778

Baraj gölü normal seviye hacmi (m3) 7 950 000 11.778

Baraj gölü aktif hacmi (m3) 7 575 000 11.222

Hız ve zaman ölçekleri için aşağıdaki ifadeler yazılabilmektedir (Yalın, 1971):

Froude hız ölçeği:

rzxrr = 1/5,48 (V)

Zaman ölçeği:

rz

rz

xrr n

t

1 = 1/27,4 (VI)

2. Çarpıtılmış Fiziksel Modelin İnşaatı

Fiziksel model için ayrılmış bulunan yaklaşık 300 m2 lik alanın inşaat öncesi görüntüsü Şekil 2’de verilmektedir.

Şekil 2. Model inşaatı öncesinde tahsis edilen alanın görünüşü.

İlgili haritalardan çıkarılan en kesitler modeldeki boyutları belirlenerek metal levhalarla imal edilmiş ve yerleştirilmiştir (Şekil 3).


Şekil 3. En kesitlerin imal edilmesi ve yerleştirilmesi.

Göl bölgesi etrafı duvarla örüldükten sonra içi dolgu malzemesi ile doldurulmuştur (Şekil 4).

Şekil 4. Göl bölgesinin duvarla örülmesi ve dolgu malzemesi ile doldurulması.

Mansap bölgesi de benzer bir şekilde inşa edilmiştir (Şekil 5).

Şekil 5. Mansap bölgesinde kesitlerin yerleştirilmesi ve dolgu malzemesiyle doldurulması.

Yerleşim yerindeki bina yükseklikleri göz önüne alınarak binalar ve Seferihisar-Kuşadası karayolu yerleştirilmiştir. Tamamlanmış modelin genel bir görünüşü Şekil 6’da verilmektedir.


Şekil 6. Fiziksel modelin inşaatı bittiğinde görüntüsü ve ölçüm cihazlarının konumları.

3. Deneysel Bulgular

TÜBİTAK 110M240 nolu proje kapsamında hem trapez gedik veya üçgen gedik oluşması şeklindeki kısmi yıkılmalar hem de bu bildiride anlatılan ani yıkılma senaryoları geçekleştirilmiştir (Bayram, 2015; Güney vd., 2013; Güney vd., 2014a; Güney vd., 2015). Ani yıkılma deneyleri Şekil 7’de gösterilen kapağın aniden açılması sağlanarak gerçekleştirilmiştir (Güney vd., 2014b). Seviye ölçer ve hızölçerlerin konumları Şekil 6'da gösterilmektedir. S1 seviye ölçeri baraj gölü içine yerleştirilmiş olup bu cihazdan ölçülen değerler baraj gölü seviyesindeki değişimleri vermektedir. Deneyler öncesinde yapılan kalibrasyon ile modeldeki baraj gölü için su derinliği- hacım eğrisi elde edilmiştir. Baraj gölünde belirli zaman aralıklarında oluşan hacım değişimleri kullanılarak taşkın hidrografları elde edilmiştir.

3.1. Su Derinlikleri

Şekil 7’ de gösterilen baraj kapağının aniden kaldırılmasıyla elde edilen hidrograf Şekil 8 de verilmiştir. Deneyler tekrarlanarak ölçüm hataları en aza indirilmiştir.

Şekil 7. Ani yıkılmayı oluşturmada kullanılan kapak.


Şekil 8 Kapağın aniden kaldırılmasıyla elde edilen hidrograf.

Mansap Bölgesinin değişik noktalarında ölçülen su derinlikleri Şekil 9 da verilmektedir.

Şekil 9. S1, S2, S3,S4, S5 ve S10 seviye çubuklarında ölçülen zamana bağlı su

derinlikleri.


3.2. Hızlar

Seviye ölçerlerin yakınına yerleştirilen hız ölçerlerden T01, T02, T03, ve T04 algılayıcıları ile elde edilen ortalama hız profilleri Şekil 10 da verilmektedir.

Şekil 10. T01, T02, T03 ve T04, algılayıcılarından elde edilen ortalama hız değerleri.

Hız ölçer algılayıcılarından elde edilen anlık değerler düzensiz noktasal değerler şeklinde olup düzgün bir eğriye dönüştürülebilmeleri için filtrelenmeleri gerekmektedir. Filtreleme işlemi ya Moving Average (Hareketli ortalama) ya da FFT (Fast Fourier Transform: Hızlı Fourier Dönüşümü) yöntemlerinden biri kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir (Neyiş, 2015). S4 seviye ölçeri yakınındaki T04 algılayıcısıyla t=13.4 ve t=18.2 s anlarında farklı düşey konumlar için elde edilmiş olan ve Moving Average (2x2) yöntemiyle filtrelenmiş hız dağılımı Şekil 11’de örnek olarak verilmektedir. Moving Average (2x2) belirli bir düşey konumdaki hız değerinin, ondan önceki iki ve ondan sonraki iki konumdaki hız değerinin ortalaması alınarak belirlendiği anlamına gelmektedir.

Şekil 11. S4 T04, algılayıcısında t=13.4 ve 18.2 s deki filtrelenmiş hız değerleri.


3.3. Taşkın Dalgasının Yayılması

Yüksek çözünürlüklü kamera kullanılarak elde edilen taşkın dalgası yayılma kayıtları t=1, 3 ve 6 s anları için Şekil 12 a, b ve c de verilmektedir.

Şekil 12 a . Kapak açıldıktan 1 s sonra mansap bölgesindeki durum.

Şekil 12 b . Kapak açıldıktan 3 s sonra mansap bölgesindeki durum.

Şekil 12 c . Kapak açıldıktan 6 s sonra mansap bölgesindeki durum.


4. Sonuç

Baraj gölüne yakın bölgelerde su derinliği 10 cm mertebesinde ölçülmüş olup prototipte (doğada) 3 m lik bir derinliğe karşılık gelmektedir. Bu da o bölgede bulunan evlerin birinci katının su ile dolacağı anlamına gelmektedir. Evlerin yoğun olduğu bölgede 8 cm mertebesinde derinlikler ölçülmüş olup doğada 2.40 m lik derinlik değerine karşılık gelmektedir. Taşkın dalgası hızının baraj çıkışında 10 s de pik değere ulaştığı gözlenmiştir. Baraj çıkışında modelde ölçülen 6.00 m/s lik hız değerleri doğada 32,88 m/s lik bir hıza karşı gelmekte olup önemli hasarlar yaratabilecek mertebededir. Yoğun yerleşimin olduğu bölgelerde ölçülen 1-1,5 m/s lik hızlar ise doğada 5,48 m/s ve 8,22 m/s lik değerlere karşılık gelmekte olup yapılar üzerinde önemli bir dinamik etki oluşturacaktır. Taşkın dalgası 3 s içinde baraja yakın bölgeyi tamamen etkilemekte olup doğada yaklaşık 82.5 s lik bir süreye denk gelmektedir. Modelde 5 s sonra, prototipte ise 137 s sonrasında taşkın dalgasının denize ulaştığı gözlemlenmiştir. Taşkın dalgasının modelde 13 s sonrasında, doğada ise 356 s sonrasında oldukça sönümlendiği gözlemlenmiştir. 21. s de modeldeki (yaklaşık 10 dk sonra prototipteki) göl suyunun çok önemli bir kısmının boşaldığı ve taşkın dalgasının da çok daha fazla sönümlendiği gözlemlenmiştir. Kapak açıldıktan 30 s sonra, prototipte yaklaşık 14 dk sonrasında ise taşkın dalgasının tamamen şiddetini yitirdiği tespit edilmiştir. Elde edilen bu deneysel bulguların FLOW 3D yazılımı kullanılarak elde edilecek sayısal sonuçlarla karşılaştırılması doktora çalışmaları kapsamında devam etmektedir (Arkış, T.; Sevinç, E.). Teşekkür Bu çalışma TÜBİTAK 110M240 nolu proje kapsamında TÜBİTAK tarafından maddi olarak desteklenmiş olup gerekli verileri temin ettiğimiz DSİ İzmir Bölge Müdürlüğü ve İZSU Genel Müdürlüğüne ve tavsiyeleri nedeniyle Emekli Prof. Dr. Turhan ACATAY’a müteşekkiriz. Kaynaklar Arkış, T., Baraj Yıkılması Sonucu Oluşan Taşkın Dalgalarının Deneysel Ve Nümerik Metodlar İle Araştırılması, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi (devam ediyor, Yöneten: Prof. Dr. M. Şükrü GÜNEY) Bayram, D., O., (2015), Çarpıtılmış Fiziksel Model Yardımıyla Baraj Yıkılması Sonucu Oluşan Taşkının Deneysel Araştırılması, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi (Yöneten: Prof. Dr. M. Şükrü GÜNEY) Güney, M., Ş., (2013), Laboratuvar Uygulamalı Hidrolik,Genişletilmiş 3. Baskı, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir Güney, M., Ş., Tayfur, G., Bombar, G., ve Bayram, D., O., (2013), Experimental investigation of flood propagation due to trapezoidal breach in the distorted physical


model of Ürkmez dam. VI. International Perspectives on Water Resources & the Environment Conference (IPWE 2013), İzmir Güney M.Ş., Tayfur G., Bombar G., Elçi Ş.(2014a), A distorted physical model to study sudden partial dam break flows in an urban area, Journal of Hydraulic Engineering, DOI:10.1061//(ASCE)HY.19437 900.0000926 Güney, M., Ş., Tayfur G., Yaşin, E., Neyiş, G. ve Arkış, T. (2014b), Barajın ani yıkılması durumunda oluşan taşkın dalgalarının çarpıtılmış fiziksel model ile deneysel olarak araştırılması. IV Uluslararası Katılımlı Baraj Güvenliği Sempozyumu, Elazığ Güney M.Ş., Tayfur G., Arkış T., Bombar G.(2015), Experimental and numerical investigation of flood propagation due to trapezoidal breach in the distorted physical model of Ürkmez dam, Dam Engineering, Vol XXV,issue 4, p 171- 187 Neyiş, G. (2015), Bitki örtüsünün Taşkın Dalgası Yayılmasına Etkisi, UVP ile Ölçülen Hızların Filtrelenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Lisans Bitirme Projesi (Yöneten: Prof. Dr. M. Şükrü GÜNEY) Sevinç, E., Taşkın Dalgalarının Üç Boyutlu Yayılmasında Bitki Yapısı Etkisinin Deneysel ve Teorik Olarak Araştırılması, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi (devam ediyor, Yöneten: Prof. Dr. M. Şükrü GÜNEY) Yalın, M.S. (1971), Theory of Hydraulic Models, The Macmillan Press Ltd, London http://maps.google.com


Akarsu Köprülerinde Gözle Muayene ve Güvenlik Değerlendirme Çalışmaları

Hüseyin AKAY(*), Müsteyde BADUNA KOÇYİĞİT (**) (*), (**) Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Müh. Böl., Maltepe, Ankara.

(*)Tel: (0312) 582 32 43 E-Posta: [email protected]

(**)Tel: (0312) 582 32 23 E-Posta: [email protected]

Öz Akarsu köprülerinde meydana gelen ağır hasar veya yıkılma olayları incelendiğinde, bu olaylarda sorunun neredeyse tamamının ayaklar etrafındaki aşırı oyulmalar, ayaklar arasındaki açıklığın akımla taşınan malzemenin birikmesi sonucunda köprü membasında ve açıklığında su seviyesinin artması, akımla taşınan kaba malzemenin köprü altı elemanlarına uyguladığı dinamik itki gibi hidrolik etkenlerden kaynaklandığı görülmektedir. Türkiye’de projelendirilme aşamasında ister karayolu ister akarsu köprüsü olsun yapısal tasarım ilkelerine büyük önem verilmektedir. Ancak ülkemizde hasar görmüş veya tamamen yıkılmış akarsu köprüleri incelendiğinde bunların nedeninin çoğunlukla hidrolik etkenler olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle bir akarsu köprüsü hizmete açıldıktan sonra köprüye etki eden mevcut ve gelişen/değişen hidrolik etkenlerin belirlenerek değerlendirilmesi, köprünün periyodik olarak gözlemlenmesi, meydana gelen hasar durumuna göre gerekli önlemlerin alınması büyük önem taşımaktadır. Ancak mevcut muayene ve güvenlik değerlendirmesinde hidrolik etkenler yeterince yer bulamamaktadır. Yürütülmekte olan bir proje kapsamında Batı Karadeniz Bölgesi’nde bulunan bazı akarsu köprüleri ve bunların maruz kaldıkları hidrolik etkenler incelenip gözle muayeneleri yapılmaktadır. Böylece uygulanabilir bir güvenlik değerlendirme prosedürünün geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışma ile yürütülmekte olan çalışmalar hakkında bilgi verilerek konunun irdelenmesi amaçlanmaktadır. Akarsu köprü muayenelerinin hidrolik etkenleri de dikkate alacak şekilde, periyodik olarak, uzmanlaşmış mühendisler tarafından yapılmasının büyük önem taşıdığı, bu sayede meydana gelebilecek hasarların erken tespiti ile köprü elemanlarının zamanında onarımının söz konusu olabileceği düşünülmektedir. Anahtar sözcükler: Akarsu köprüleri, Gözle muayene, Güvenlik değerlendirmesi, Oyulma, Akarsularda sediment taşınımı.

Giriş

Türkiye’de meydana gelen akarsu köprülerinin yıkılma veya ağır hasar görme olayları incelendiğinde, bu olayların genellikle taşkınlar sebebiyle yaşandığı ve köprülerin çoğunun ayaklarındaki aşırı oyulma nedeniyle yıkıldığı gözlemlenmiştir (Yanmaz ve Apaydın, 2012; Yanmaz, 2002a). Ülkemizde son yıllarda taşkınlar nedeniyle hasar gören köprüler arasında 2011 yılında Ordu’da Cüridere ve Osmaniye’de Yarpuz 1, 2012 yılında Sinop’ta Güzelceçay 2 ve Abdest, Adana’da Gökdere ve Mersin’de Kadıköy


köprüleri sayılabilir. Özellikle Nisan 2012’de Zonguldak’ın Çaycuma ilçesinde Filyos Çayı üzerinde bulunan Çaycuma köprüsünün çökmesiyle maddi hasarın yanı sıra 15 kişi de hayatını kaybetmiştir. Yürütülen istatistiksel araştırmalarda da büyük taşkınlar esnasında köprü yıkılmalarının ana nedenlerinin hidrolik etkenlere bağlı olduğu belirtilmektedir (Yanmaz, 2002a). Bu etkenlerden bazıları doğal veya insan kaynaklı nedenlerle akarsu taban seviyesi değişimleri, akarsu köprülerinde ayaklar etrafındaki aşırı oyulmalar, ayaklar arasındaki açıklığın akımla taşınan malzemeyle birikmesi sonucunda köprü membasında ve açıklığında su seviyesinin artması, akımla taşınan kaba malzemenin köprü altı elemanlarına uyguladığı dinamik itki, köprü açıklığının yeterli genişlikte olmaması nedeniyle açıklıkta oluşabilecek hidrolik sıçrama, basınçlı ve savak tipi akımların oluşması, insan kaynaklı problemler vb. olarak sıralanabilir (Yanmaz, 2002b). Köprünün tasarımı sırasında mevcut olmayan fakat köprü trafiğe açıldıktan sonra meydana gelebilecek değişiklikler de mümkündür. Örneğin Karadeniz Bölgesi’nde kum çakıl ocağı işletmelerinin dere yatağı malzemesini usulüne aykırı olarak hemen köprü yakınından alması nedeniyle orijinal talveg hattı muhafaza edilememekte ve akarsu taban seviyelerindeki değişimlerle köprü ayaklarındaki oyulmaları artırmakta, böylece köprü stabilitesi tehlikeye girebilmektedir. Bu konuda 2006/27 numaralı Başbakanlık Genelgesi (Resmi Gazete, 2006) olmasına karşın uygulamadaki aksaklıklar halen devam etmektedir. Bu gibi durumlarda da gözle muayene büyük önem taşımaktadır. Hidrolik etkenlerin incelenip köprülerin gözle muayenesi ve değerlendirilmesi ile ilgili yazarların da yer aldığı çalışma grubu tarafından yürütülmekte olan ve TÜBİTAK 1001 tarafından desteklenen proje ile Batı Karadeniz Bölgesi’nde bazı akarsu köprülerinde muayene, ölçüm, güvenlik – değerlendirme amaçlı saha çalışmaları yapılmaktadır. Proje kapsamında gözle muayenenin yanı sıra köprünün bulunduğu akarsu yatağında belirli mesafelerde (memba, mansap ve köprü aksında) batimetrik ölçümlerin yapılarak belirli süreler içerisinde akarsu taban değişiminin incelenmesi ile birlikte bir güvenlik değerlendirme prosedürünün hazırlanması amaçlanmaktadır.

Köprü Muayenesi ile İlgili Çalışmalar

1960’lardan önce, A.B.D.’de akarsu üzerinde bulunan köprülerin denetlenme ve işletilmesine az önem verilmekteydi (Chen ve Duan, 2003). 1967 yılında Batı Virginia’da meydana gelen ve 46 kişinin ölümüyle sonuçlanan Silver Bridge faciasından sonra, Amerikalı yetkililer bu konu üzerine yoğunlaşmışlar (Phares ve diğ., 2000) ve bunun sonucunda 1971 yılında Ulusal Köprü Denetleme Standartları (National Bridge Inspection Standarts – NBIS) kurumunu kurmuşlardır (Chen ve Duan, 2003). Bu standartlara göre Amerika’da kamuya açık her köprünün iki yıllık süreyi aşmayacak zaman aralıklarında denetiminin yapılması gerekmektedir. Köprü denetlemesi temel olarak bir köprünün durumunun sistematik dış değerlendirilmesini kapsamaktadır. Köprülerin gözlemlenmesinde yaygın olarak kullanılan ana yöntem gözle yapılan muayenedir (Phares ve diğ., 2000). Bu muayenelerde detaylı gözlemlerin bir takım yerinde yapılacak ölçümlerle desteklenmesi gerekmektedir. Ancak bu değerlendirmede öznellik, tetkiki yapan kişiye bağlı olarak kaçınılmazdır (Abudayyeh ve diğ., 2004). Değerlendirmedeki tutarsızlıklar farklı kişiler


yanında aynı kişideki günlük değişimlerden de etkilenebilmektedir. İnsan kaynaklı hataların asgariye indirgenmesi veya önlenmesi için değerlendirmeler büyük bir titizlikle yapılmalı, parametreler mümkün olduğunca objektif olmalı ve değerlendirme deneyimli bir ekip tarafından gerçekleştirilmelidir (Caner ve diğ., 2006). Köprülerin muayene aralığı farklı araştırmacılar tarafından farklı sıklıkta önerilmektedir. NBIS, köprülerin trafiğe açıldıktan sonra iki yılı geçmeyen düzenli aralıklarla izlenmesi gerektiğini ifade etmektedir. Chen ve Duan (2003), su altında kalan köprü elemanlarının, düşük akım dönemlerinde beş yılı geçmeyen rutin ve düzenli aralıklarla gözlenmesini önermektedir. Ülkemizde ise akarsu köprüleri ancak herhangi bir ciddi problem, hasar veya felaket meydana gelmesi durumunda, konusunda tam uzman olmayan mühendisler tarafından incelenmekte ve köprünün genellikle yıkılarak yenisinin yapılması doğrultusunda karara varılmaktadır. Ancak hasar ve yıkılma sebebine bağlı olmak kaydıyla aynı lokasyona yapılacak yeni köprü de önceki köprünün maruz kaldığı hidrolik etkilere maruz kalacaktır. Dolayısıyla köprüye etkiyen hidrolik etkenler değişmediği ve gerekli önlemler alınmadığı sürece kaçınılmaz olarak yeni köprü de uzun dönemde risk altında olacaktır. Gelişmiş ülkelerde köprülerin bakım, onarım ve yenilenmesi ile ilgili karalar bilimsel ve teknik bilgilere dayalı veri tabanları ve programlar kullanılarak yapılmaktadır. Türkiye’de bu amaca yönelik olarak TÜBİTAK KAMAG tarafından desteklenmiş bir Ar – Ge projesi ile T.C. Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) Köprü Yönetim Sistemi (KYS) geliştirilmiş ve kullanıma girmiştir (KAMAG, 2012). Bu çerçevede Tesisler ve Bakım Dairesi Başkanlığı’nca “Köprü Muayenesi El Kitabı” (KGM, 2012) yayınlanmıştır. Köprü Muayenesi El Kitabı, (2012) Türkiye’deki köprülerin muayene edilmesi için kullanılan yegane kaynaktır. Önerilen muayene yöntemi gözle ve ekipmanla olmak üzere iki çeşittir. Hasar izlemesi, detaylı muayene ve onarım işlerinin gereklilik veya uygulama zamanlarına karar verilebilmesi için yapı elemanlarındaki kusur, eksiklik, eskime, bozulma veya hasarın derecesi, gözlem sonucu kanaat bildirme esasına göre dört ana hasar ön değerlendirme derecesine ayrılmıştır. Bunlar 1 : yok veya az, 2 : hafif, 3 : orta ve 4: ağır olarak hasar gruplarına ayrılmaktadır. Köprülerin hasar derecesi 1 veya 2 olması durumunda, köprü izlemeye alınmakta; 3 olması durumunda, onarım gerekli fakat aciliyeti olmamakta; 4 olması halinde ise, acil onarımın şart olduğu ifade edilmektedir. KYS’nin geliştirilmesi sürecinde 200 adet köprünün gözle ve bunların içerisinden 10 adet köprünün ekipmanlı muayeneleri yapılmıştır. Maalesef bu köprülerin tümü karayolu köprüsü olduğundan yapısal muayene ve değerlendirmeler üzerinde durulmuş, akarsu köprüleri için etkili olabilecek hidrolik etkenler bu sistemde sınırlı ve yetersiz kalmıştır. Köprülerin muayenesi literatürde genellikle ülkelerin yetkili organlarınca da kullanılan yapısal muayene kriterlerini içermektedir. Hidrolik etkiler için ayrıca önerilen muayene kontrol listesi oldukça azdır. Bunlardan en geniş kapsamlı olanı Johnson ve diğ. (1999) tarafından önerilmiştir. Araştırmacılar, akarsu köprülerinin üzerinde bulunduğu akarsuyun morfolojik ve sedimantolojik özelliklerini de dikkate alarak köprülerin hidrolik yönden stabilitesini inceleyen bir kontrol listesi hazırlamışlardır. Bu listeyi bazı köprülerin de bulunduğu akarsu kollarına uygulayarak köprülerin hidrolik yönden durumu hakkında fikir sahibi olmaya çalışmışlardır. Araştırmacılar, akarsu stabilitesini etkileyen göstergeler arasında şev eğimi, şev zemininin dokusu, bitki örtüsü ve şevde mevcut değişimler ile şev göçmesini dikkate alarak mevcut durumu mükemmel, iyi, vasat ve zayıf olmak üzere dört grupta toplamışlardır. Diğer göstergeler arasında akarsu


yatağında depolama bölgelerinin oluşması, köprü ayaklarında kütük, çalı, çırpı gibi malzemelerin sıkışıp kalması, akarsu taban malzemesi konsolidasyonu ve zırhlaması, akımın köprü aksıyla yaptığı açı yani verevliliği, menderesli yapının köprüye uzaklığı ile akarsu yatağı daralması yer almaktadır. Tüm bu göstergeler değerlendirilerek köprünün hidrolik etkiler açısıdan değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Johnson (2005), farklı yerlerde ve farklı akarsular üzerinde bulunan köprülerin hidrolik yönden değerlendirilmesi için daha önce önermiş oldukları muayene listesini yeniden gözden geçirmiş ve elde edilen toplam notun, akarsuyun stabilitesi açısından akarsuyun morfolojik durumuna göre farklı fikirler verebildiğini belirtmiştir. Yanmaz ve diğ., (2007), bazı akarsu köprülerini yapısal ve hidrolik değişkenlere göre muayene etmişlerdir. KGM’nin kullanmış olduğu muayene kontrol listelerini literatürde yer alan diğer yöntemlerle tekrar düzenleyerek yeni bir kontrol listesi oluşturmuşlardır. Köprülerin hidrolik değerlendirmelerini ise Johnson ve diğ. (1999) önerdikleri kriterlere göre değerlendirmişlerdir. Değerlendirme sonucunda köprü yapısal bileşenlerinin bulunduğu akarsu üzerindeki durumu hakkında bir fikir sahibi olmuşlardır. Caner ve diğ., (2008), Yanmaz ve diğ. (2007)’nin önerdikleri yapısal değerlendirme yöntemini kullanarak Türkiye’deki bazı köprüleri muayene etmişlerdir. Köprü yapısal elemanlarının yaşlarına göre muayeneden elde edilen notlar arasındaki eğilimine bakarak köprünün kalan yapısal ömrünü tahmin etmeye çalışmışlardır.

Çalışma Bölgesi ve Akarsu Köprüleri

Gözle muayenesi – güvenlik değerlendirmesi yapılan köprüler, KGM 15. Bölge sınırları içerisinde, Batı Karadeniz Bölgesi’nde, Zonguldak, Karabük, Bartın ve Kastamonu il sınırları dahilinde bulunan, farklı akarsular üzerinde yer alan, farklı hidrolojik ve havza özellikleri ile hidrolik özelliklere sahip köprülerdir. Çalışmada incelenen köprüler ile ilgili bazı bilgiler Tablo 1’de verilmektedir. Bartın I köprüsü yan şevleri oldukça dik, bitki örtüsü ve ince gövdeli ağaçlarla kaplı şevlerdir. Yatak tabanı balçık malzemeden meydana gelmekte ve akarsu yatağı içerisinde depolama bölgeleri bulunmamaktadır. Akımın köprü aksıyla yaptığı açı 20º olup köprünün olduğu bölgede akarsu en kesitinde daralma gözlemlenmektedir. Bartın III köprüsünün bulunduğu bölgede ise akarsu yatağı menderesli olup simetrik olmayan taşkın yatağı mevcuttur. Ayrıca köprünün hemen mansabına bölgede artan trafik yükünü karşılamak amacıyla yeni bir köprü inşa edilmiştir. Bartın sınırları içerisinde olan bu akarsu köprülerinin üzerinde bulunduğu Bartın Çayı akımı fazla yağış olmadığı zamanlarda oldukça sakin akmaktadır. Ancak şiddetli yağış sonrasında havzadan toplanan akış nedeniyle ani su yükselmesi ve taşkınlar meydana gelebilmektedir. Bu köprülerin havzaları birbirine yakın olup benzer hidrolojik özelliklere sahiptir. Gökçebey köprüsünün üzerinde bulunduğu bölgede Filyos Çayı yatağı çok geniş olup, akarsu debisinin düşük olduğu dönemlerde akımın köprünün tek bir açıklığından geçtiği görülmektedir. Hemen membasında Tefen HES bulunmaktadır. Taban malzemesi çok iri kaya ve çakıldan meydana gelmiştir. Şevleri çok yüksek olmamakla birlikte yer yer ağaç ve çalı çırpı ile kaplıdır. Köprünün bulunduğu bölgede akarsu doğrusal olup köprü ayakları akımı dik kesmektedir. Köprünün memba ve mansabında büyük debi


değerlerinde veya taşkın sırasında oluştuğu tahmin edilen depolama bölgeleri mevcuttur. Filyos V köprüsü de Filyos Çayı üzerinde olup köprü aksı ile akım arasında 40º’lik açı bulunmaktadır. Bu köprü şevleri de özellikle memba tarafında oldukça dik olup ağaçlarla kaplıdır. Köprü mansabında oluşan depolama bölgesi nedeniyle akım ikiye ayrılmakta sonra tekrar birleşmektedir. Akarsu tabanı çok iri olmayan ceviz büyüklüğünde çakıllardan meydana gelmiştir. Bu iki köprünün havzası birbirine yakın olup oldukça büyük drenaj alanına sahiptir. Filyos V köprüsü ile Gökçebey köprüsü aynı akarsuyun üzerinde olan, havzaları aynı özelliklere sahip ancak etkili hidrolik büyüklükleri (akım hızı, verevlilik, taban malzemesi vb.) farklı olan iki akarsu köprüsüdür. Tablo 1. Muayenesi yapılan köprüler ve genel özellikleri

Köprü adı Konumu İli Akarsu Adı Köprünün Cinsi

Bartın I 413724.47K 322000.42D

Bartın Bartın Çayı Basit Kiriş

Bartın III 413828.62K 322120.60D

Bartın Bartın Çayı Basit Kiriş

Gökçebey (Tefen)

411825.90K 320734.80D

Zonguldak Filyos Çayı Gerber Kiriş

Filyos-V 411206.89K 322235.19D

Karabük Filyos Çayı Basit Kiriş

Çatalzeytin 415710.59K 341339.69D

Kastamonu Akçay Gerber Kiriş

Yukarıda bahsedilmiş olan bu dört köprünün havzaları birbirlerinin alt havzalarına komşudur. Çatalzeytin köprüsü ise bu dört köprünün uzağında konumlanmış oldukça farklı hidrolik ve hidrolojik özelliklere sahip bir köprüdür. Köprü oldukça küçük bir drenaj alanına sahip olup havza armut şeklindedir. Akarsu tabanı iri kaya ve çakıldan meydana gelmiştir. Herhangi bir verevlilik veya mendereslilik söz konusu değildir. Diğer köprülerden farklı olarak Karadeniz’in 200 metre yakınında olup akarsu denize deşarj olmaktadır. Çalışma kapsamında bu köprülerin belirli aralıklarla yapısal ve hidrolik yönden muayeneleri gerçekleştirilmektedir. Muayeneler gözle, olanaklar dahilinde ise ekipmanla yapılmaktadır. Köprü muayene dönemlerinde akarsuyun taban batimetrisi, köprü yapısal elemanlarının konumları belirlenerek herhangi bir deformasyona maruz kalıp kalmadıkları belirlenecektir. Ayrıca, köprülerin bulunduğu akarsuların üzerinde notlandırmaya yardımcı olacak bazı ölçümler yapılarak, akarsu tabanının stabilitesinin incelenmesi amaçlanmaktadır.

Köprülerin Muayene ve Güvenlik Değerlendirmesi Bu çalışma kapsamında Çatalzeytin, Filyos V ve Gökçebey köprülerinin gözle muayenesi yapısal yönden Yanmaz ve diğ., (2007)’nin önerdiği yönteme göre incelenmiş ve Caner ve diğ., (2008) tarafından önerilen yöntem kullanılarak köprülerin tahmini kalan hizmet süreleri belirlenmiştir. Beklenenden daha az hizmet süresi kalan


köprülerde ise hidrolik yönden Johnson ve diğ. (1999)’ın önerdiği yönteme göre değerlendirme yapılmıştır. Yanmaz ve diğ. (2007) tarafından önerilen yapısal muayene–değerlendirme formu (Tablo 1), Tablo 2’deki durumlara göre notlandırılmıştır. Ayrı ayrı ana gövde bileşenleri, yüzey koruma ve servis elemanlarına ait ortalama notlar belirlenerek, ana gövde bileşen elemanları 1, yüzey koruma elemanları 1, servis elemanları 0.5 ağırlıklı ortalamalar ile çarpılıp köprüye ait kümülatif ortalama not belirlenmiştir (Tablo 3). Tablo 1. Örnek köprü gözle muayene – değerlendirme formu (Yanmaz ve diğ., 2007) Köprü Adı : Yapım Yılı : Ana Gövde Bileşenleri Yüzey Koruma Bileşenleri Tabliye N

OT

Mesnetler NOT

Kenar Ayak NOT

Çatlaklar Metalik(M)/Elastomerik(E) Deformasyon Beton Ayrışması Ana hasar Çatlaklar Donatı Açığa Çıkması

Mesnet Yatağı Beton Ayrışması

Delikler ve Çukurlar Eleman Kaybı (M) Donatı Açığa Çıkması Su sızması Sabitleme (M) Delikler ve Çukurlar ORTALAMA NOT Yüzey Düzenlemesi (E) Su ve sediment

aşındırması

Kirişler Deformasyon (E) Temelde oyulma Çelik(Ç)/Betonarme(B)

ORTALAMA NOT ORTALAMA NOT

Deformasyon Köprü Ayakları Yaklaşım Dolgusu Çatlaklar Deformasyon Oturma ve Yığılma Paslanma (Ç) Çatlaklar Yol platformunda erozyon Bulon ve Perçin (Ç) Beton Ayrışması Dolguda erozyon Kaynak (Ç) Donatı Açığa Çıkması ORTALAMA NOT Beton Ayrışması(B) Delikler ve Çukurlar Stabilizasyon Donatı Açığa Çıkması(B)

Su ve sediment aşındırması

Oturma ve Yığılma

Delikler ve Çukurlar(B)

Temelde oyulma Erozyon

ORTALAMA NOT ORTALAMA NOT Yatak seviyesinde oyulma ORTALAMA NOT

SERVİS ELEMANLARI Kaplama N

OT

Bordür-Korkuluk NOT

Genleşme Derzi NOT

Dalgalanma Bordür (B)/ Korkuluk (K) Gürültü Tekerlek izi Betonda çatlaklar (B) Su sızıntısı Çatlaklar Kabarma ve Dökülme (B) Deformasyon Oyuk ve çatlaklar Donatının açığa çıkması

(B) Boşluk ve oyuklar

ORTALAMA NOT Korkulukta deformasyon (K)

Eleman eksikliği

Drenaj Tertibatı Korkulukta paslanma (K) Fonksiyon kaybı Boru hasarı Korkulukta eleman

eksikliği (K) ORTALAMA NOT

Tıkanmalar ORTALAMA NOT Giriş ağzı hasarları ORTALAMA NOT


Tablo 2. Köprülerin durumlarına göre verilecek notlar (Yanmaz ve diğ., 2007)

Tablo 3. Köprülerin değerlendirilme sonucunda elde edilecek nihai notlar (Yanmaz ve diğ., 2007)

Yanmaz ve diğ., (2007) Ankara’da 7 adet; Caner ve diğ., (2008), Çanakkale ve Bursa illerinde 21 adet köprünün yapısal değerlendirmesini yapmışlardır. Bu çalışmada da notlandırılması tamamlanmış Çatalzeytin, Filyos V ve Gökçebey köprülerine ait yapısal değerlendirme değerleri kullanılarak Caner ve diğ., (2008)’e göre bu üç köprünün tahmini yaklaşık kalan hizmet süreleri belirlenmiştir (Tablo 4). Tablo 4. Çatalzeytin, Filyos V ve Gökçebey köprülerinin notlandırılması ve kalan tahmini hizmet süreleri

Buna göre toplamda 31 adet köprünün ana gövde bileşen elemanları, yüzey koruma bileşen elemanları, servis elemanları ve kümülatif ortalama notları köprü yaşına göre doğrusal regresyon yöntemi kullanılarak belirlenmiştir (Şekil 1a, 1b, 1c, 1d). Bu doğrunun negatif eğimi köprülerin yıllık bozulma oranını vermektedir. Batı Karadeniz Bölgesi’nde bulunan köprülerin yapısal değerlendirmesi neticesinde Caner ve diğ., (2008)’in elde ettiği değerlere göre her bir yapısal bileşenin bozulma oranı azalmaktadır. Köprülerin tahmini kalan hizmet süresi, en kritik bileşen için Eşitlik 1 ile hesaplanabilir (Caner ve diğ., 2008).

Durum Notu Tanım 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tamamen hasar görmüş veya yıkılmış 1 – 3 arasında bir not Ciddi hasar, orijinalinde projelendirildiği şekilde çalışamıyor 3-5 arasında bir not Hafif hasar, orijinalinde projelendirildiği şekilde çalışıyor 5-7 arasında bir not Yeni durum Uygulanabilir değil Bilinmiyor

Eleman Not Ana gövde bileşenleri elemanları Yüzey koruma bileşenleri elemanları Servis elemanları Kümülatif Ortalama Not

Köprü Adı Yaşı Ana Gövde Bileşenleri

Yüzey koruma

Servis elemanları

Toplam ortalama

Tahmini kalan hizmet süresi (yıl)

Çatalzeytin 52 4.42 3.73 3.23 3.91 29 Filyos V 25 3.68 3.25 3.92 3.56 13 Gökçebey 60 4.05 4.44 3.83 4.16 28


s

cl M

GB

3 (Eş. 1)

Burada, Bl = köprünün kalan tahmini hizmet süresi, Gc = köprünün mevcut durumdaki durum notu ve Ms = bozulma oranıdır. Şekil 1. İzlenen köprülerin yaşlarına göre (a) Ana gövde bileşen elemanlarının (b) Yüzey koruma elemanlarının (c) Servis elemanlarının (d) Kümülatif ortalama değerlendirme sonuçları arasındaki eğilimin gösterimi. Gözlem altındaki köprülerin tahmini hizmet süreleri incelendiğinde (Tablo 4), Çatalzeytin, Filyos V ve Gökçebey köprüleri için sırasıyla 29, 13 ve 28 yıl olduğu görülmektedir. En genç köprü Filyos V köprüsü olmasına rağmen, tahmini kalan hizmet süresi en az olan köprü de o olmuştur. Ayrıca, Eşitlik 1’e benzer bir şekilde Filyos V köprüsünün gözlem sürecine kadar olan süreçte bozulma oranı (7 – 3.68) / 25 = 0.1328 olarak hesaplanmıştır. Bu oranın başlı başına diğer tüm köprüler için de hesaplanan bozulma oranından oldukça fazla olduğu söylenebilir. Bu oran OECD ülkelerinde 0.0247, ABD’de yeni inşa edilen köprüler için 0.01 – 0.1 arasındadır (Caner ve diğ., 2008). Türkiye’de ise bu oranın 0.04 civarında olduğu hem bu çalışmada görülmüş hem de Caner ve diğ. (2008) tarafından yapılan çalışmada ifade edilmiştir. Filyos V köprüsüne ait tahmini kalan hizmet süresi incelendiğinde, köprünün toplam ömrünün 40 yıldan daha az olacağı kanaatine varılmaktadır. Proje aşamasından önce

(a) (b)

(c) (d)


köprünün ekonomik ömrünün genel kriter olarak 80 yıl civarında düşünüldüğü söylenebilir. Köprünün beklenenden daha az sürede ekonomik ömrünü tamamlayacak olması, köprü yapısal tasarım kriterlerinin göz ardı edildiği ya da tasarım ilkelerine önem verilmediği anlamına gelmemektedir. Tahmini kalan hizmet süresi belirlenirken en kritik bileşen elemanının yüzey koruma bileşen elemanları olduğu görünmektedir. Yüzey koruma bileşenleri arasında kenar ayak, yaklaşım dolgusu, stabilizasyon elemanlarının performansını etkileyecek durumlar arasında suyun erozyon, oyulma etkileri olduğu görülmektedir (Tablo 1). Kısacası, bu olumsuz sonucun nedeni köprünün hidrolojik ve hidrolik tasarım kriterlerinde göz önüne alınmayan etkenler olabileceği söylenebilir. Johnson ve diğ. (1999), köprülerin akarsu stabilitesi bakımından etkisini inceleyen göstergeleri araştırmışlardır. Filyos V köprüsünün ölçüm ve değerlendirme süreci devam ettiğinden, Johnson ve diğ. tarafından önerilen göstergelere göre hidrolik etkilerin köprünün stabilitesini nasıl etkilediği hususunda bu çalışma kapsamında sadece kısa bir durum değerlendirmesi yapılabilecektir. Değerlendirmede köprünün stabilitesini olumsuz etkileyen göstergeler şu şekilde ifade edilebilir :

i. Akarsu tabanında kohezyonsuz malzeme bulunmaktadır. ii. Akımın köprü aksıyla yaptığı açı (α ) > 30º’dir.

iii. Şevler membada yer yer yüksektir. iv. Depolama bölge oluşumu mevcuttur.

Genel olarak muayene sürecinde hidrolik göstergelerin köprüye etkisinin yapısal değerlendirme içerisinde dolaylı olarak mevcut olduğu, çok daha belirgin olarak değerlendirilmesine olanak sağlayacak yeni bir notlandırma sistematiğine ihtiyaç duyulduğu kaçınılmazdır. Çalışmaları devam eden proje kapsamındaki beş adet farklı hidrolik etkilere ve özelliklere sahip akarsu köprüsünün incelenmesindeki amaç da bu sistematiğin geliştirilmesine yardımcı olmasıdır.

Sonuç ve Öneriler

Ülkemizde akarsu köprülerinin çoğunlukla yıkılma veya hasar görme nedenlerinin başında hidrolik etkenlerin geldiği görülmektedir. Bu etkenlerin incelenerek köprü muayenesi – güvenlik değerlendirmesinde dikkate alınması ve geliştirilerek sistematik bir yöntemle KGM tarafından uygulanabilir hale gelmesi hem mal hem de can kaybını asgariye indirgemek için gerekmektedir. Bunun için taşkınların sıklıkla yaşandığı Batı Karadeniz Bölgesi’ndeki farklı hidrolik özelliklere sahip beş adet akarsu köprüsü ile ilgili çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir. Tüm bu hidrolik etkenlerin muayene sırasında kolaylıkla değerlendirilebilir ve sisteme girilerek analiz edilebilir hale gelmesi için çalışmalar devam etmektedir. Köprü sayısının artması ve farklı bölgelerdeki akarsu köprüleri ile çalışılmasının yapılan analizi zenginleştireceği düşünülmektedir. Teşekkür Yazarlar bu çalışmaya 114M292 no’lu proje ile kaynak desteği sağlayan TÜBİTAK’a teşekkürü bir borç bilir.


Kaynaklar Abudayyeh, O., M.A.Bataineh and I. Abdel-Qader (2004) An Imaging Data Model for Concrete Bridge Inspection. Journal of Advances in Engineering Software, Vol.35, No. 8 – 9, pp. 473 – 480. Caner, A., A.M.Yanmaz and A.Berk (2006) Remarks on Development of a Safety Inspection Algorithm for River Bridges. International Congress on Advances in Civil Engineering, Yıldız Technical University, Istanbul, Turkey. Caner, A., A.M.Yanmaz, A.Yakut, O.Avşar and T.Yılmaz (2008) Service life assessment of existing highway bridges with no planned regular inspections. Journal of Performance of Constructed Facilities Vol.22, No. 2, pp. 108 – 114. Chen, W. and L. Duan, (2003), Bridge Engineering: Construction and Maintenance. 1. baskı, CRC Press, Boca Raton, Fla. http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2006/09/20060909-3.htm, (2014) Genelge 2006/27. Resmi Gazete. Johnson, P.A., G.LGleason and R.D.Hey (1999) Rapid Assessment of Channel Stability in Vicinity of Road Crossing. Journal of Hydraulic Engineering, Vol.125, No.6, pp. 645 – 651. Johnson, P.A. (2005) Preliminary Assessment and Rating of Stream Channel Stability near Bridges. Journal of Hydraulic Engineering. Vol.131, No. 10, pp. 845 – 852. KAMAG (Kamu Araştırmaları Grubu, TÜBİTAK) (2012) Proje No:108G018 : Köprü Yönetim Sisteminin Geliştirilmesi. Ankara KGM (2012) Köprü Muayenesi El Kitabı. Tesisler ve Bakım Dairesi Başkanlığı, Ankara, Türkiye. Phares, B.M., D.D.Rolander, B.A.Graybea and G.A.Washer (2000) Studying the Reliability of Bridge Inspection. National Bridge Inpection Standards. A.B.D. Yanmaz, A.M. (2002a) Yıkılan Akarsu Köprüleri Üzerine Görüşler. Türkiye Mühendislik Haberleri, 420 – 421 – 422, pp. 137 – 141. Yanmaz, A.M. (2002b) Köprü Hidroliği. 1. Baskı, Odtü Yayıncılık, Ankara, Türkiye. Yanmaz, A.M., A.Caner and A.Berk (2007) Renovation of a safety-inspection methodology for river bridges. Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol.21, No.5, pp. 382 – 389. Yanmaz, A.M. and M.Apaydın (2012) Bridge Scour Risk Assessment and Countermeasure Design. Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol.26, No.4, pp. 499 – 506.


Baraj Yıkılması Probleminin Düzleştirilmiş Tanecik Hidrodinamiği Yöntemi Kullanılarak Sayısal Olarak

İncelenmesi

Ali Ersin Dinçer ODTÜ İnş. Müh. Böl. K3-109

Tel: 0 312 210 2476 E-Posta: [email protected]

Zafer Bozkuş

ODTÜ İnş. Müh. Böl. K3-210 Tel: 0 312 210 5409


Öz Bu çalışmada baraj yıkılması sonucu oluşan taşkın dalgasının hareketi sayısal olarak incelenmiştir. Başlangıçta, iki boyutlu bir su sütunu, kapak arkasında hidrostatik basınç altında durgun halde bulunmaktadır. Kapağın ani olarak kaldırılması durumu Lagrange yaklaşımı kullanan Düzleştirilmiş Tanecik Hidrodinamiği (DTH) yöntemi ile modellenmiştir. Bu model kullanılarak yapılan zamana bağlı su yüzü profili hesaplamalarında bulunan sonuçlar, Navier-Stokes denklemlerini sonlu elemanlar yöntemi kullanarak çözen bir paket programdan ve mevcut bir deney çalışmasından elde edilen sonuçlarla kıyaslandığında birbirlerine çok yakın olduğu görülmüştür. Anahtar sözcükler: Düzleştirilmiş Tanecik Hidrodinamiği (DTH), baraj yıkılması, sayısal modelleme

Giriş

Baraj yıkılması sonucu oluşan taşkın dalgasının hareketi önemli bir araştırma konusudur. Barajlar şiddetli depremler, yapısal problemler, tasarımdaki eksiklikler veya bakım eksiklikleri gibi doğal veya doğal olmayan sebeplerden zarar görebilir ve yıkılabilir (Bell ve diğ., 1992). Acil durum planları için baraj yıkılması sonucu oluşan taşkın dalgasının hızının ve derinliğinin doğru hesaplanması çok önemlidir. Bu konudaki çalışmalar 19. Yüzyılda başlamıştır. Ritter (1892) ani baraj yıkılmasını modellemek üzere, dikdörtgen bir su sütunu için su yüzü profilinin gelişimini hesaplayan teorik bir çözüm türetmiştir. Ritter bu çalışmada türbülans etkisini dikkate almamıştır ve su haznesinin ve kanalının uzunluğunu sonsuz olarak varsaymıştır. Dressler (1952) zemindeki sürtünme kaybının etkisini incelemiştir. Dressler ve Ritter’in sonuçları diğer araştırmacıların bulduklarıyla doğrulanmıştır (Pohle, 1950; Whitham,


1955). Martin ve Moyce (1952) kuru mansap yatağı durumunu incelemek için bir çok deney yapmışlardır. Dalga cephesi hızının, ilk su sütunu yüksekliğinin kare köküyle orantılı olduğu bulunmuştur. Stoker (1957), Ritter’in analitik çalışmasını ıslak mansap yatağı durumu için geliştirmiştir. Stansby ve diğ. (1998) baraj yıkılması problemini incelemek üzere, ıslak ve kuru mansap yatağı için, bir çok deney yapmışlardır. Islak mansap yatağı durumunda, baraj yıkıldıktan hemen sonra, mantara benzeyen su profilinin olduğu gözlemlenmiştir. Baraj yıkılması problemini inceleyen deneysel çalışmalar, genellikle su yüzü profilini incelemek için yapılmıştır (Miller ve Chaudhry, 1989; Aziz, 2000; Ozmen-Cagatay ve Kocaman, 2010). Aleixo ve diğ. (2011) akışkan taneciklerini izleyerek akımın hızını belirleyen bir (particle tracking velocimetry) yöntemi kullanarak iki boyutlu baraj yıkılması problemi için, su hızı profillerini hesaplamışlardır. Günümüze dek baraj yıkılması problemini inceleyen bir çok deneysel çalışma olmasına rağmen, baraj yıkılması sonucu oluşan taşkın dalgasının dinamiğini inceleyen nümerik çalışma çok fazla bulunmamaktadır (L. Lobovský ve diğ., 2014). Baraj yıkılmalarının matematiksel modeli için, genel olarak Navier-Stokes denklemlerinin çözülmesi gerekmektedir. Bu denklemler, düşey doğrultudaki ivme bileşeni ihmal edilerek, sığ-su veya Saint-Venant denklemlerine indirgenebilir (Kocaman ve Güzel, 2011). Literatürde, sığ-su denklemleri karakteristikler yöntemi ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak çözülmüş olup, bir ve iki boyutlu matematiksel modeller geliştirilmiştir (Elliot ve Chaudhry, 1992; Fennema ve Chaudhry, 1989).

Saint-Venant denklemleri Euler yöntemini kullanmaktadır. Su yüzü profilini belirlemek Euler yaklaşımı ile çok kolay değildir. Bu nedenle, Lagrange yöntemi kullanan Düzleştirilmiş Tanecik Hidrodinamiği (DTH) yöntemi baraj yıkılması sonucu oluşan su yüzü profillerinin incelenmesinde büyük avantaj sağlar. DTH yöntemi ilk olarak astrofizik problemleri için geliştirilmiştir. Fakat Monaghan (1994), bu yöntemi açık kanal problemlerine uyarlamıştır. DTH yönteminde, su tanecikleri hesaplama alanında özgür olarak hareket eder ve bu yöntemde kütle kesin olarak korunur (Liu ve Liu, 2003). DTH yönteminde Navier-Stokes denklemleri çözülür. Baraj yıkılması problemi DTH yöntemi ile modellenirken, genellikle su, çok az sıkıştırılabilir olarak kabul edilir (Colicchio ve diğ., 2002). DTH yöntemi ile ilgili ayrıntılı bilgi ikinci kısımda verilmiştir.

Bu çalışmada, Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın (2010) yaptığı deneysel çalışmalar DTH yöntemi kullanarak modellenmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen su yüzü profilleri, Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın çalışmalarında kullanılan ve Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) denklemlerini k-Ɛ türbülans yöntemi ile çözen bir paket programdan ve DTH yönteminden elde edilen su yüzü profilleri ile karşılaştırılmıştır.

Matematiksel Model

DTH denklemleri hidrodinamik problemleri için geliştirilmiş olup, yoğunluk ve hız gibi değişkenler, kısmi diferansiyel denklem olarak verilir. DTH’ın formülleştirilmesinde iki tane önemli adım vardır. Birincisi integral gösterimi ya da kernel yaklaşımı, ikincisi ise parçacık yaklaşımıdır (Liu ve Liu, 2003). Aşağıda DTH yönteminde kullanılan genel formül verilmiştir.


( ) ∫ ( ) ( ) ( )

Yukarıdaki eşitlikte f, bir pozisyon vektörünün, x fonksiyonu ve δ(x-x’) Dirac delta fonksiyonudur (Liu ve Liu, 2003). Bu integral gösterimi, Dirac delta fonksiyonunu, kernel fonksiyonu olarak değiştirerek, W(x-x’, h) ve bazı dönüşümler yapılarak aşağıdaki toplam şeklinde ifade edilebilir. Bu dönüşümler Liu ve Liu’nun (2003) çalışmalarından takip edilebilir.

( ) ∑

( ) ( )

2. eşitlikte f(x) ilgili parçacığın herhangi bir fonksiyonu, mj ilgili parçacığın çevresindeki herhangi bir parçacığın kütlesi, ρj ilgili parçacığın çevresindeki herhangi bir parçacığın yoğunluğu, W(x-xj) ise Kernel fonksiyonudur. Literatürde bir çok Kernel fonksiyonu tanımlanmıştır. Bu çalışmada kübik kernel fonksiyonu kullanılmış olup, 3. eşitlikte formulü verilmiştir.

( )

{

( )

( )

3. eşitlikte bir boyut için αd =1/h, iki boyut için αd = 15/7πh2 ve üç boyut için αd = 3/2πh3 olarak değer alır. R ise iki parçacık arasındaki göreceli mesafedir.

| | ( )

2. eşitlikten sanki bütün parçacıklar arasında etkileşim varmış gibi anlaşılabilir. Fakat, Kernel’in etkisi, çapsal olarak 2h ile sınırlıdır. Bu h mesafesine kernel fonksiyonun yumuşatma uzunluğu (smoothing length) denir.

Kütle ve momentumun korunumu parçacık biçiminde aşağıdaki şekillerde yazılabilir (Monaghan, 1992). 5. eşitlik kütle korunumunu, 6. eşitlik ise momentum korunumunu gösterir.

∑ ( ) ( )

∑ (

) ( )

Bu eşitliklerde u, parçacıkların hızı, P parçacıkların basıncı, m parçacıkların kütlesidir.

( )

( )


πij ise viskozite etkisini gösteren ampirik bir terimdir ve eşitliği aşağıda gösterilmiştir.

( )

8. eşitlikte α ampirik bir katsayı olup 0.01 ile 0.1 arasında alınır. Bu çalışmada 0.01 olarak alınmıştır. μij = h(ui – uj)( xi – xj) / (rij

2 + 0.001h2) olarak hesaplanır. Yapay viskozite ve gerçek viskozite aynı anda kullanılmıştır. Yapay viskozite sıvı parçacıkların birbiri içine girmesini engellemek için gereklidir. Yapay viskozite ile ilgili ayrıntılı bilgi için Liu ve Liu’nun (2003) çalışması incelenebilir.

DTH yönteminde akışkan az bir şekilde sıkıştırılabilir olarak kabul edilir. 6. eşitlikte kullanılan parçacık basınçları bu kabul sayesinde, yoğunluğa bağlı bir şekilde bulunur. Her bir parçacığın basıncını hesaplamak için aşağıdaki durum denklemi kullanılmıştır.

(( ) ) ( )

9. eşitlikte ɣ=7 olarak alınmıştır (Monaghan, 1994). B katsayısının formülü ise aşağıdaki eşitlikte gösterilmiştir.

( )

DTH yönteminde sınır koşulları farklı yöntemlerle belirlenebilir. Bu çalışmada tam sınırın bulunduğu yere parçacıklar yerleştirilmiştir. Bu sınır parçacıkları, sıvıyı oluşturan parçacıklara merkezi kuvvet uygularlar ve bu sayede sıvı parçacıkların sınıra girmesi veya sınırın dışına çıkması engellenir. Uygulanan kuvvetin büyüklüğü, sıvı parçacık sınıra yaklaştıkça artar. Aralarında r mesafesi bulunan sınır ve sıvı parçacığı için, sınır parçacığının sıvı parçacığına uyguladığı kuvvet, 11. Eşitlik yardımıyla hesaplanır (Monaghan, 1994).

( ) ((

)

( )

) ( )

Bu eşitlikte eğer r > r0 ise kuvvet değeri sıfır alınır ve r0 değeri sınır ve sıvı parçacıklarının arasında bulunan başlangıç mesafesidir. Sınır parçacıkları, daha kuvvetli bir engel yaratmaları amacıyla daha sık yerleştirilir. Bu çalışmada iki sınır parçacığı arasındaki mesafe, iki sıvı parçacığı arasındaki mesafenin yarısı olarak alınmıştır. Literatürde p1 ve p2 katsayıları için farklı değerler önerilmiştir. Bu çalışmada p1 değeri 12, p2 değeri ise 6 olarak kabul edilmiştir.

DTH eşitliklerinde açık (explicit) yöntemler kullanılır. Bu çalışmada Leap-Frog algoritması kullanılmıştır (Liu ve Liu, 2003). Zaman adımı Courant durumu (CFL) ile kontrol edilir. CFL ile ilgili ayrıntılı bilgi için Anderson’un (1995) veya Hirsch’ün (1988) çalışmaları incelenebilir.

Genel olarak bu kısımda anlatılan eşitlikler ve yöntemler kullanılarak, FORTRAN dilinde bir bilgisayar kodu oluşturulmuştur. Sayfa sınırlamasından ötürü, oluşturulan kod ile ilgili daha fazla bilgi verilememektedir, fakat, ayrıntılı bilgi yazarların çıkarmayı planladıkları diğer makalelerde verilecektir.


Deneysel ve Sayısal Sonuçlar

Deney Düzeneği

Oluşturulan bilgisayar kodundan elde edilen sonuçlar, Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın (2010) yaptığı deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Bu kısımda, deney düzeneğinden kısaca bahsedilecektir. Daha ayrıntılı bilgi Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın (2010) çalışmasında bulunmaktadır.

Deneyler 9 m uzunluğunda, 0.30 m genişliğinde, ve 0.34 m yüksekliğinde yatay dikdörtgen bir kanalda yapılmıştır. Baraj için koyulan plaka, kanal girişinden 4.65 m uzaklıkta bulunmaktadır. Kanalın geometrisi ve boyutları şekil-1 ‘de gösterilmiştir (Özmen-Çağatay ve Kocaman, 2010). Deneylerde başlangıç hazne yüksekliği h0 = 0.25 m olarak alınmıştır.

Şekil-1 Deney düzeneği. (a) A-A kesiti, (b) plan (cm)

Deneysel ve Sayısal Sonuçların Karşılaştırılması

Hem DTH yönteminde hem de paket program modelinde kapağın ani olarak kaldırıldığı varsayılmıştır. Deneysel modelde kapak 0.06 s ile 0.08 s arasında kaldırılmıştır. Lauber ve Hager’in (1988) çalışmalarına göre bu süre için “ani kaldırma” denebilir. DTH yöntemi için sıvı parçacıkları arasındaki mesafe 0.01 m olarak alınmıştır. 11625 adet sıvı parçacığı oluşturulmuştur. Bir parçacığın kütlesi x ve y yönündeki parçacıklar arasındaki mesafe (iki yönde de 0.01 m) ile parçacığın yoğunluğunun (1000 kg/m3) çarpımından bulunur. Kernel için gereken yumuşatma uzunluğu iki parçacık arasındaki mesafeye eşit alınmıştır (0.01 m). Sol duvarda 50, sağ duvarda 50 ve kanal tabanında 1802 adet olmak üzere, toplamda 1902 adet sınır parçacığı oluşturulmuştur. Sınır parçacıkları arasındaki mesafe 0.005 m olarak alınmıştır. DTH yönteminde zaman


adımı, sonlu elemanlar yöntemini kullanan yöntemlerdeki zaman adımından oldukça küçük olmak durumundadır. Bu deney için alınan zaman adımı dt=0.00003 saniyedir.

Kuru mansap yatağı için deneysel ve sayısal sonuçlar Şekil 2-6 arası verilmiştir. Deney ve FLOW-3D sonuçları Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın (2010) çalışmasından alınmıştır. FLOW-3D ile Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) denklemleri çözülmektedir. FLOW-3D modelinde hücre boyutu 5 mm ve kare olarak alınmıştır ve 106800 hücre kullanılmıştır (Özmen-Çağatay ve Kocaman, 2010). Özmen-Çağatay ve Kocaman sayısal modellerinde k-Ɛ türbülans yöntemi kullanmışlardır. LaRocque’a (2013) göre, k-Ɛ türbülans yöntemi baraj yıkılması problemleri için çok iyi sonuçlar vermemektedir. Fakat k-Ɛ türbülans yöntemi ile bulunan su yüzü profilleri, bu çalışma için deneysel sonuçlarla yakındır. Sonuçlar boyutsuz olarak verilmiştir. Zaman terimi T=t(g/h0)

1/2 kullanılarak boyutsuz hale getirilmiştir.

Şekil 2-6 arasında baklava simgesi ile düz çizgi Kocamanın deney sonuçlarını, çizgisiz yuvarlak simge DTH yönteminden elde edilen sonuçları ve kesikli çizgi ise FLOW 3D’den elde edilen sonuçları göstermektedir. Şekillerden görüleceği üzere deneysel ve sayısal sonuçlar uyum içindedir. T=2.76 ve x/x0= -2 ile -4 arasında iken, DTH yönteminden elde edilen sonuçlar deney sonuçlarından biraz farklılık göstermektedir.

Şekil 2 Deneysel ve sayısal sonuçların karşılaştırılması (T=1.13)

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -8 -6 -4 -2 0 2

y/h0

x/h0

Su yüzü profili (T=1.13)

Kocaman Deney

DTH

RANS




-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

y/h0

x/h0


Kocaman Deney

DTH

RANS

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

y/h0

x/h0


Kocaman Deney

DTH

RANS




0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

y/h0

x/h0


Kocaman Deney

DTH

RANS

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12

y/h0

x/h0


Kocaman Deney

DTH

RANS


Sonuçlar

Bu çalışmada diğer CFD yöntemlerine göre daha yeni olan DTH yöntemi ile kod yazılmış olup, bu kod Özmen-Çağatay ve Kocaman’ın (2010) baraj yıkılması için yaptığı çalışmaya uyarlanmıştır. DTH yönteminde kullanılan sıvı ve sınır parçacıkları ara mesafesi, yumuşatma uzunluğu veya zaman adımı gibi parametreler, literatürde önerilen değerlere uygun olarak alınmıştır. Sıvı ve sınır parçacıkları arasındaki mesafeyi azaltmak sonuçları az da olsa deneysel sonuçlara yaklaştırabilir. Fakat, sıvı ve sınır parçacıkları arasındaki mesafeyi azaltmak, simulasyonda kullanılan tanecik sayısını arttıracağından, kodun çalışma süresini önemli ölçüde arttıracaktır. Yumuşatma uzunluğu ilk durumdaki sıvı parçacıkları arasındaki mesafeye yakın bir değer alınır. Bu değeri değiştirmek sonucu etkilemeyecektir. Son olarak zaman adımı Courant–Friedrichs–Lewy (CFL) durumuna göre belirlenmiş olup daha büyük alınamamaktadır. Daha küçük alındığında ise sonuçlar değişmemektedir. DTH yönteminde en büyük sorun, açık yöntem kullanıldığı için zaman adımının çok küçük alınması gerekliliğidir. Fakat, paralel hesaplamalarla bu sorunun üstesinden gelinebilir. DTH yönteminden elde edilen sonuçlar deneyden ve RANS denklemlerini çözen paket programdan elde edilen sonuçlarla uyum içindedir. DTH yöntemi, özellikle su yüzü profillerinin takibi için çok avantajlı bir yöntemdir. (Liu ve Liu, 2003). DTH yöntemi, özellikle açık kanal problemleri için, su yüzü profillerini elde etmek açısından, Euler yaklaşımı kullanan diğer nümerik yöntemler yerine tercih edilebilir.

Kaynaklar Aleixo, R., Soares-Frazao, S., and Zech, Y. (2011). “Velocity-field measurements in a dam-break flow using a PTV Voronoi technique.” Exp. Fluids, 50(6), 1633–1649. Anderson, J. D. (1995). “Computational fluid dynamics: the basics with applications”. Mc Graw-Hill. Aziz, M. (2000). “Dam breaching model.” Proc., Joint Conf. on Water Resource Engineering and Water Resources Planning and Management 2000, ASCE, Minneapolis, 56–56. Bell, S., Elliot, R., and Chaudhry, M. H. (1992). “Experimental results of two-dimensional dam-break flows.” J. Hydraul. Res., 30(2), 225–252. Colicchio G, Colagrossi A, Greco M and Landrini M. (2002). “Free surface flow after a dam break”. Ship Technol.Res. 49:95–104

Dressler, R. (1952). “Hydraulic resistance effect upon the dam-break functions.” J. Res. Natl. Bur. Stand. (U. S.), 49(3), 217–225. Elliot, R., and Chaudhry, M. (1992). “A wave propagation model for twodimensional dam-break flows.” J. Hydraul. Res., 30(4), 467–483. Fennema, R., and Chaudhry, M. (1990). “Explicit method for 2-D transient free-surface flows.” J. Hydraul. Res., 116(8), 1013–1034.


Hirsch C. (1988). “Numerical Computation of Internal and External Flows”. Volume 1, Wiley-Interscience publication. Kocaman, S. ve Güzel, H. (2011). “Baraj yikilmasi taskin dalgasi yayilmasinin 3 boyutlu deneysel ve nümerik karsilastirilmasi”. e-Journal of New World Sciences Academy Engineering Sciences, 1A0162, 6, (1), 406-414. LaRocque, L., Imran, J., and Chaudhry, M. (2013). “Experimental and numerical investigations of two-dimensional dam-break flows.” J. Hydraul. Eng., 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000705, 569–579 Lauber, G., Hager, W.H. (1998). “Experiments to dam-break wave: Horizontal channel”. J. Hydraulic Res. 36(3), 291–308. Liu, G.R., Liu, M.B., (2003). “Smoothed Particle Hydrodynamics: a Meshfree Particle Method”. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore.

Lobovský, L., Botia-Vera, E., Castellana, F., Mas-Soler J. and Souto-Iglesias, A. (2014). “Experimental investigation of dynamic pressure loads during dam break”. Journal of Fluids and Structures. 48, 407–434 Martin, J.C., Moyce,W.J., (1952). “PartIV. An experimental study of the collapse of liquid columns on a rigid horizontal plane”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences 244 (882), 312–324. Miller, S., and Chaudhry, M. H. (1989). “Dam-break flows in curved channel.” J. Hydraul. Eng., 115(11), 1465. Monaghan, J.J., (1992). “Smoothed particle hydrodynamics”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 30, 543–574.

Monaghan, J.J., (1994). “Simulating free surface flows with SPH”. Journal of Computational Physics 110, 399 – 406.

Ozmen-Cagatay H, Kocaman S (2010). “Dam break flows during initial stage using SWE and RANS approaches”. Journal of Hydraulic Research 48(5):603-611.

Pohle, F.V., (1950). “The Lagrangian equations of hydrodynamics: solutions which are analytic functions of the time (Ph.D. thesis)”. New York University. Ritter, A. (1892). “Die fortpflanzung de wasserwellen.” Z. Ver. Dtsch. Ing., 36(33), 947–954 (in German). Stansby, P., Chegin, A., and Barnes, T. (1998). “The initial stages of dam-break flow.” J. Fluid Mech., 374, 407–424. Stoker, J. (1957). “Water waves”. Interscience/Wiley, New York. Whitham, G. (1955). “The effects of hydraulic resistance in the dam-break problem.” Proc. R. Soc. London, 227(1170), 399–407.


Karaelmalar Deresi Taşkın Koruma Yapısının Yapılma Amacının Coğrafi Bilgi Sistemleri Yardımıyla Ortaya

Konulması

Cengiz Koç1, Yıldırım Bayazıt1, Recep Bakış2, Atilla Yıldız1

1Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, 11000 Tel: (0228) 214 16 40, (0228) 214 17 69

E-Posta: [email protected], [email protected] 2Anadolu Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, 26000


Öz Taşkın bir akarsu yatağındaki akımın, sağanak yağışlar, kar örtüsünün ani erimesi, kontrolsüz olarak barajlardan su bırakılması, nehir yatak kesitlerinin elverişsizliği gibi nedenlerle hızla artması ve bu artış sonucunda yatak civarındaki arazilere, mülkiyete, altyapı ve üstyapı tesislerine, bölgesindeki canlı hayatına zarar verebilir duruma gelmesidir. Taşkınlar, dünyanın birçok yerinde büyük can ve mal kaybına neden olan doğal afetlerden bir tanesi olması nedeniyle taşkınların risk altına alabileceği alanların önceden belirlenmesi hayati bir öneme sahiptir. Bu kapsamda, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) aracılığıyla arazinin 3 boyutlu modelleri oluşturulup, oluşturulan bu model üzerinde hidrolik analiz programlarıyla taşkın büyüklüklerine göre taşkın yayılım alanlarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu taşkın yayılım haritalarının belirlenmesi bölgenin gelecekte bu afetten zarar görmemesi için gerekli önlemlerin alınmasını gerektiğini ortaya koyar. Bu çalışmada, Bilecik ilinin Pazaryeri ilçesindeki Karaelmalar deresinin Q100,Q500 ve Q1000 taşkın debileri hesaplanarak, taşkın yayılım haritaları CBS yardımıyla oluşturulmuştur. Oluşturulan bu haritalarda taşkın riski altında kalan bölgeler belirlenmiş ve bu bölgelerde Devlet Su İşlerinin planlamış olduğu taşkın koruma yapısının yapılma amacı ortaya konulmuştur. Hesaplanan debilere göre yapılan hesaplamalarda taşkın koruma yapısı duvar yüksekliği 1.7 m olarak belirlenmiştir. Anahtar sözcükler: Coğrafi Bilgi Sistemleri, Taşkın, Karaelmalar Deresi, Taşkın Koruma Yapısı.


1. Giriş

Dünyada yaşamın devam edebilmesi için suya ihtiyaç vardır. Su insan yaşamı için oksijenden sonra gelen en önemli öğedir. Dünyamızın yaklaşık dörtte üçünü oluşturmasına rağmen yeryüzünde bulunan toplam su kütlesinin %97.5’ini denizler ve okyanuslar oluştururlar. Geri kalan kütleyi ise nehirler, akarsular ve yeraltı suları oluşturmaktadır. Su insan hayatı için bu denli önemli olmasına karşın insan yaşamını tehdit eden felaketlerin de sebebi olabilmektedir (Bahçeci, 2014).

Uluslararası sigorta şirketlerince yapılan bir araştırmaya göre her yıl binlerce doğal afet meydana gelmektedir. Meydana gelen bu doğal afetler sırasıyla % 52 taşkınlar, % 17 depremler, % 15 fırtına ve kasırgalar, % 7 kuraklık ve % 9 diğerleridir. Ülkemizde de her yıl bir çok doğal afet meydana gelmekte olup bunlardan taşkın afeti depremlerden sonra can ve mal kaybına en fazla sebep olan doğal afettir (DSİ,2010).

Taşkın afetlerini yalnızca meteorolojik oluşumlara bağlı olarak ifade etmek mümkün değildir. Özellikle Türkiye gibi ekonomik gelişme faaliyetinin yoğun bir biçimde devam ettiği şartlarda, sanayileşme ve sektör çeşitliliğinin aktivitesi, akarsu havzalarının muhtelif kesimlerindeki insan faaliyetinin çeşitliliğini ve yoğunluğunu da büyük ölçüde arttırmaktadır. Bu durum ise havza bütünündeki hidrolojik dengeyi bozmakta ve sonuçta da büyük miktarda can ve mal kaybına yol açan taşkın afetleri yaşanmaktadır.

Yaşanılan bu doğal afetlerin oluşmasını önlemek pek mümkün değildir. Ancak bir takım tedbirlerle bu felaketlerin zararları azaltılabilir. Aynı şekilde taşkınlar için de birtakım yapısal olan veya yapısal olmayan tedbirlerle taşkın olasılıkları ve zararları azaltılabilir.

Taşkın zararlarını engellemek için yapılan çalışmalarda bir takım faktörlerin göz önünde bulundurulması gerekir. Dere ıslahı ve taşkın önleme çalışmaları tasarımında hangi malzemenin ne zaman ve hangi koşullar altında kullanılacağının analizi en önemli faktörlerden biridir (Coşar, 2010). Doğal dere yatağının durumu hem plan ve yüksekliği ile hem de doğal çeşitliliğin korunması ile karakterize edilmelidir. Bu durumda tasarım hipotezi ve teknik çözümler biyomühendislik ile ortak bir payda altında küresel bir yaklaşım felsefesi olarak ele alınmalıdır. Bu problemlerin çözümleri aranırken, teknik ve etik hataların olmasından kaçınarak, mühendis, jeolog, botanikçi ve mimarların ortak bir yaklaşım içinde olmaları gerekmektedir. Ayrıca çeşitli biçimde taşkınların modellenmesi ve taşkın alanlarının önceden belirlenmesi problemlerin çözümüne katkı sağlamaktadır.

Taşkınların modellenmesinde kullanılan en önemli yöntemlerden biri CBS (Coğrafi Bilgi Sistemi) uygulamalarıdır. CBS uygulamaları bünyesinde çalışan bir çok program bulunmaktadır. Bu programlar ile çeşitli modellemeler ve analizler yapılabilmektedir. Böylece risk haritaları oluşturularak çeşitli yapısal ve yapısal olmayan çözümler tespit edilmektedir (Batur ve Maktav, 2012)

Su kaynaklarının havza ve ülke bazında yönetilmesinde koordinasyon görevi DSİ Genel Müdürlüğü’nce yerine getirilmektedir. DSİ tüm ülke çapında taşkınları önlemek amacıyla taşkın koruma yapıları inşa etmek, dere yataklarında tanzim ve ıslah çalışmaları gibi birçok çalışmaları başarıyla yürütmektedir (DSİ, 2011).


Bu çalışmanın amacı, Bilecik' in Pazaryeri ilçesindeki Karaelmalar Deresinin taşkın modellemelerinin oluşturulması ve taşkın alanlarının belirlenmesidir. Çalışmada, Pazaryeri ilçesinin özellikleri, Karaelmalar Deresine yapılan taşkın yapısı ve derede kanalın yapılmamış olması halinde oluşabilecek taşkın alanı incelenmiştir. Bunun için, modellemeler ve sonuçların sunumu CBS uygulamalarından biri olan ArcGIS 9.3 programı ile, hidrolik analizler de HEC-RAS 4.1 (Hydrologic Centers River Analysis System) programı ile gerçekleştirilmiştir (HEC-RAS, 2014). Gerekli sayısal veriler Bilecik İl Özel İdaresinden alınmıştır. Gereken program ve veriler kullanılarak ilçenin yüzeysel analizleri ve derenin taşkın riski araştırılmıştır.

Taşkın analizi için yapılacak çalışmanın aşamaları; topoğrafik haritaların temini ve uygun formatta hazırlanması, CBS ile SYM (Sayısal Yükseklik Modeli)’nin hazırlanması, CBS’nin hidrolojik analiz özelliğinden faydalanarak havzanın çeşitli hidrolojik özelliklerinin (drenaj ağı, eğim, bakı, vb.) tespiti, debi değerlerinin istatistikî yöntemlerle bulunması, hidrolik analizler için ara program yardımıyla tüm topoğrafik bilgilerin hidrolik analiz yapan programa otomatik olarak aktarılması ve debi değerleri de girilerek analizlerin yapılıp, su yüzü kotlarının bulunması, tekrar CBS’ye su yüzü seviyelerinin gönderilmesi ve taşkın risk haritalarının oluşturulmasını kapsamaktadır (Uçar, 2010).

2. Çalışma Alanı

Çalışma alanı, eski adı Pazarcık olan Pazaryeri ilçesi, Marmara bölgesinin doğusunda yer alan, Bilecik il merkezine 30 km. mesafede bir ilçedir. Doğusunda Söğüt ve Bozüyük, batısında Bursa'nın İnegöl ilçesi, kuzeyinde Bilecik merkez ilçe, güneyinde Bozüyük ilçesi ile çevrilmiştir. Yüzölçümü olarak Bilecik İlinin Yenipazar’dan sonra en küçük ilçesidir. İlçenin yüzölçümü 399 kilometredir. İlçe 39° 59' 47¨ N enlem ve 29° 54' 27¨ E boylamında yer almaktadır (Şekil 1).

Şekil 1. Pazaryeri ilçesinin konumu


İlçenin topografik yapısı engebeli ve dağınıktır. Yayla görünümünde vadiler içinde küçük düzlükler bulunur. İlçe merkezinde, Kireçlik Tepesi 890 m, batısında Ahı Dağı 1110 m, kuzeyinde Esemen Sırtları (Dokuzöküz Dağları), güneyinde Ahı Dağının devamı Uzunçam, Karateke, Kertalan Sırtları 1000-1500 m. arasında değişen yüksekliklere sahiptir. İlçenin rakımı 810 m olup arazi yapısı doğuya doğru alçaktır. İlçe arazisinin tarım alanı olarak kullanılan (12204 ha) bölümleri üç tarafı dağlarla çevrili bir ovadır (Şekil 2). Ova içinde kuzey kısmını boydan boya geçen Sorgun Çayı, doğudan geçen Karasu Çayı ve bunları besleyen derelerden sulama olarak faydalanılmaktadır. Bu çaylar ve derelerin üzerine kurulan ve isimlerini kurdukları yerlerin adlarından alan Küçükelmalı, Bozcaarmut, Esere, Kamçı, Sorgun, Büyükelmalı, Sarnıç gibi göletlerin tarım arazilerinin sulanmasına ve yöre iklimine olumlu etkileri olmuştur.

Şekil 2. Pazaryeri ilçesi topografyası

3. Karaelmalar Deresi Taşkın Koruma

Taşkına sebep olan dere, İlçenin güneyinde bulunan Kuyrukalan, Gölyeri, Yelligedik ve Karagürgenlik tepelerinden doğan, Keçi, Çal ve Karaibrahim derelerinin birleşmesiyle oluşan Karaelmalar deresidir. İlçe merkezinin batı kısmında gelişim sahasından geçen dere yatak yetersizliği nedeniyle taşkın zararlarına neden olmaktadır (Şekil 3).


Şekil 3. Karaelmalar Deresi konumu

Taşkın zararının önüne geçebilmek için DSİ tarafından yapılan hidrolik hesaplar sonucunda:0+000-0+550 km arasında b=3,50 m, h=1,70 m taş duvarlı kanal olarak ıslah edilmesine karar verilmiştir (Şekil 4).

Şekil 4. Kanal kesiti

4. Pazaryeri İlçesinin CBS ile Yüzeysel Analizleri

İlçenin yüzeysel analizlerinin yapılabilmesi için ArcGIS9.3 programı kullanılmıştır. ArcGIS; haritalama, coğrafi analizler, veri güncelleme, veri yönetimi ve görüntüleme işlemlerinin gerçekleşmesini sağlayan entegre bir coğrafi bilgi sistemi (CBS) yazılımıdır. Bununla birlikte Bilecik İl Özel İdaresinden alınan Bilecik iline ve ilçelerine ait münhani (izohips) haritası kullanılmıştır. İlk olarak Bilecik ili ve ilçelerinin topografik verileri, ArcCatalog uygulamasına grafik ve sözel verileri tanımlama, gözden geçirme, yönetme ve organize etme işlemlerinin yapılabilmesi için eklenmiştir. Verilerin tanımlanmasının ardından topografya (yükseklik) haritası, eğim haritası, bakı haritası ve gölgeli kabartma haritası oluşturma aşamalarına geçilmiştir (Şekil 5).


Şekil 5. Pazaryeri ilçesi yüzeysel analizleri

5. Pazaryeri Karaelmalar Deresi Taşkın Riski

Pazaryeri ilçesinin 3 boyutlu modellenmesinin ve yüzeysel analizlerinin yapılmasının ardından HEC-RAS 4.1 programı ile hidrolik analizler ve taşkın tehlike haritaları oluşturulmuştur. HEC-RAS; tek boyutlu, sürekli akımlara ait su yüzeylerinin hesaplandığı ve süreksiz akımlara ait modellemelerin yapıldığı, veri saklama ve yönetim kapasitesi olan, su yollarında ve çevrelerindeki sel yataklarında su basma alanlarının ve su derinliklerinin bulunması gibi hidrolik analizleri yapan bir yazılımdır (Sargın, 2013). ArcGIS ile hazırlanmış 3 boyutlu modellerden alınan tüm topografik veriler, ArcGIS üzerinde çalışan HEC-GeoRAS modülü yardımıyla hidrolik analiz yapılabilen HEC-RAS’a aktarılmıştır. Taşkın yapısı tasarımı için DSİ tarafından hesaplanan Q100, Q500, Q1000 debi değerleri sırasıyla 18.3, 27.4 ve 60 m3/s olarak hidrolik modele girişi yapılarak su seviyeleri tespit edilmiş ve hidrolik analizler yapılmıştır. Hidrolik analizlerin sonucunda ise çeşitli debi değerlerine göre tespit edilen su yüzü profilleri tekrar HEC-GeoRAS kullanılarak ArcGIS’e aktarılmıştır. Böylece su yüzü profilleri arazi modellerinin üzerine eklenmiş ve çeşitli senaryolar için taşkın risk haritaları hazırlanmıştır (Uçar, 2010). Şekil 6’da Q500 debisine göre taşkın alanları gösterilmiştir.


Şekil 6. Q500 ‘a göre taşkın alanları

6. Sonuç

Pazaryeri ilçesi yerleşim yerinin konumuna bakıldığında yerleşimin Karaelmalar Deresi kenarından başladığı görülmektedir. İlçe içinden geçen ana yollara ve yan yollara bağlı dere üzerinde köprüler bulunmaktadır. Taşkın haritasına bakıldığında ilçe merkezindeki taşkın alanının, diğer yerlere göre daha fazla olduğu görülmektedir. Taşkının oluşması durumunda taşkın suyu birçok yapı ve yollarda zarara neden olacaktır. DSİ tarafından ilçe merkezine yapılan 550 m uzunluğundaki taş duvarlı kanal, oluşacak Q100 ve Q500 taşkın debilerine göre tasarlandığı için ilçe merkezinde meydana gelebilecek Q100 ve Q500 taşkın senaryolarını ve zararlarını önleyebileceği düşünülmektedir. Ancak yaşanacak büyük bir taşkın felaketinde dere yatağının kenarına yapılan taşkın koruma duvarları kendi başına tüm riskleri ortadan kaldıramaz. Bunun için derenin membaına kontrol yapısı yapılabilir. Yapılan çalışma sonucu yerleşim yerinin dere yatağı kenarındaki konumları ve dere yatağının kapasitesi belirlenmiş, oluşacak taşkın alanları ve taşkın risk haritaları oluşturulmuştur. Oluşturulan haritalar yardımıyla olası taşkın anında sular altında kalabilecek alanlar önceden belirlenebilir ve önlemler alınabilir. Oluşturulan modeller gerçeği daha iyi şekilde yansıtacağı için; erken uyarı sistemi, taşkın sigortalaması, halkın bilgilendirilmesi, gerekli taşkın yapıları ve taşkın yapı yerlerinin tespiti gibi çalışmalarda kullanılabilir.


7. Kaynaklar

Batur, E. Maktav, D. (2012). Uzaktan Algılama ve CBS Entegrasyonu ile Taşkın Alanlarının Belirlenmesi: Meriç Nehri Örneği, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, Cilt.5, Sayı.3, İstanbul.

Bahçeci, A. (2014). Aymama Deresi Havzası' nın Taşkın Analizi Modeli, İstanbul.

DSİ, (2010). Taşkın Koruma Projelerinde Yapısal Tedbirler, 2. Ulusal Taşkın Sempozyumu, 22-24 Mart 2010 Afyonkarahisar. Coşar, A. (2010). Meskun Yerlerde Dere Islah Çalışmaları ve Boğa Çayı, İnşaat Mühendisleri Odası (İMO) e-kütüphane. DSİ 3. Bölge Müdürlüğü, (2011). Bilecik Pazaryeri İlçe Merkezinin Taşkından Korunmasına Ait Ön İnceleme Raporu, Eskişehir.

HEC-RAS. (2014), Hydrologic Centers River Analysis System.

Sargın, A.H. (2013). Coğrafi Bilgi Sistemleri İle Taşkın Riski Ön Değerlendirmesi, DSİ.

Uçar, İ. (2010). Trabzon Değirmendere Havzası' nda Coğrafi Bilgi Sistemleri ile bir Hidrolik Model Yardımıyla Taşkın Analizi Yapılması, Ankara.


İnsan Hayatının Değeri

Prof. Dr. Ferhat Türkman, Prof. Dr. Ayşen Türkman

Lefke Avrupa Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü

KKTC

Tel: 0392 6602000

[email protected] [email protected]

Öz

Projelerin fizibilite çalışmalarında doğrudan değer biçilmesi zor olan, örneğin insan hayatı, tarihi eserler, endemik türler gibi unsurların değerinin parasal olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Mühendislerin çözüm seçeneklerinin ekonomik kıyaslaması aşamasında içerisinde psikolojik, sosyolojik ve etik gibi unsurları barındıran bu tür bir fiyatlandırmayı mümkün olduğunca objektif kriterler kullanılarak yapmaları gerekir.

Bu bildiride içinde can kayıplarının da bulunduğu seçenekleri içeren taşkın ıslahı fizibilite çalışması kurgusunda parasal değerinin belirlenmesinde zorluklar bulunan unsurların nasıl ele alınması gerektiği, insan hayatı değeri ile örneklenerek irdelenmiştir.

Anahtar sözcükler : İnsan hayatının değeri,Taşkın ıslahı, Ekonomik analiz.


Giriş

İnsan hayatı ‘paha biçilmez/ dünyalara değişilmez’ değerinden ‘beş para etmez’ nitelemesine kadar tüm değerler arasında en büyük fiyat değişkenliğine sahip bir unsur olarak görülmektedir. Hatta negatif değeri olan (bunca silahlanma ne için) bir yapıda da algılanabilmektedir (en değerli kızılderili ölü kızılderili).

Bu kadar değişkenliğe sahip insan hayatına fiyat biçmek rahatsız edici bir durum olarak ortaya çıkmakta ancak yapılması zorunlu bir husus olmaktadır. Bu fiyatlama olabildiğince psikolojik,sosyolojik, etnik ve dini değerlerden arındırılmış olarak yapılmalı, sübjektif unsurlardan mümkün olduğunca arındırılmalıdır. Ancak insan hayatnın değeri değişik toplumların, ülkelerin inançları, sosyolojik yapıları ve özelikle kişi başına oluşturduğu gelir ile çok yakından ilişkili olmaktadır. Toplumlar insan hayatı üstündeki riski azaltmak için ne kadar bedel ödemeye razı olduğu o toplumdaki insan hayatının değerinin belirlenmesindeki başlıca unsurdur.

Bir örnek vermek gerekirse; trafik akışında hız 10 km/saat ile sınırlı tutulsa pek çok kaza önlenmiş olacağı gibi kazalarda ölüm durumu neredeyse sıfırlanır, diğer bir değişle güvenlik çok artar. Ancak bu kadar yavaş gidip zaman tüketmenin maliyeti toplum tarafından kabul görmez. Benzeri durumlar üretim, inşaat gibi sektörler için de geçerlidir

İnsan hayatının bedelinin de masraf olarak analizlere katılması özelikle uygun güvenlik seviyesinin belirlenmesinde bir zorunluluk olmakta, ancak bu bedelin ne olması gerektiği çok zorlu bir unsur olarak karşımıza çıkmaktadır.

Küresel ölçekte bakıldığında, genellikle sigorta şirketlerinin insan hayatı için belirlediği değer 50000 USD/kaliteli yıl’dır. Stanford ekonomistleri bu değeri 129 000 USD/kaliteli yıl olarak değerlendirmektedirler (http://content.time.com/). Bu değerlendirme ülkeden ülkeye farklılık göstermektedir.

ABD’de insan hayatının değeri 5 milyon USD civarında çıkmakla beraber (http://www.livescience.com), devlet Afganistan ya da Irak’ta ölen askerlerin ailelerine 500 bin USD tazminat ödemektedir (http://content.time.com/time/health/article/) Hollanda’da, yıllık gelir 28 bin Euro, ortalama yaşam beklentisi 78 yıl ve sosyal indirim oranı %4 olduğu dikkate alınarak yapılan çalışmada, insan hayatının değeri 400 bin Euro olarak belirlenmiştir (Jongejan vd., 2004).

En gerçekçi insan hayatının değerinin belirlenmesi bunu güvenceye alacak tedbirlere toplumun ne ölçüde kaynak ayırmaya rıza gösterdiği incelenerek ortaya konulabilir.


Şekil 1’de güvenlik seviyesi ve bu güvenliği sağlamanın maliyeti arasındaki ilişkisi verilmiştir.

Şekil 1: Güvenlik seviyesi – maliyet ilişkisi.

Güvenlik arttıkça bunu sağlamanın maliyeti artmakta bu durumun pek çok örneği günlük yaşamda görünmektedir.Şekil 2’de ise güvenlik ile kaza ve tabiatın oluşturduğu felaketler gibi nedenler ile oluşan kayıp maliyeti ilişkilendirilmiştir.

Şekil 2: Güvenlik ve kayıpların maliyeti ilişkisi.


Güvenlik arttıkça kayıpların maliyeti azalmakta önlem maliyeti- güvenlik ilişkisinin tersi bir durum sergilenmektedir.Şekil 3’te görüldüğü gibi toplam maliyet ise güvenlik maliyeti + kayıp maliyeti olarak belirlenebilmekte, mühendislikte temel olarak toplam maliyeti en düşük seviyede tutmak esas prensip olmaktadır.

Şekil 3: Toplam maliyet güvenlik ilişkisi

Bu yaklaşım mühendislik projelerinin ekonomik analizlerinde sıklıkla kullanılmakta, projelendirme aşamalarında uygun sistem boyutlarının belirlenmesinde çok yararlı bir kavram olmaktadır.

İnsan hayatının değeri de dikkate alındığında toplam maliyet güvenlik değerlendirmesinde farklı rakamlar karşımıza çıkmaktadır.

Bu değer de katılarak yapılmış değerlendirme grafiği Şekil 4’te verilmiştir.


Şekil 4: İnsan hayatının bedeli de dahil edilmiş toplam maliyet – güvenlik ilişkisi

İnsan hayatına yüksek değer biçildiğinde uygun görülen güvenlik seviyesi artmakta buna karşın en düşük toplam maliyet(toplumun kabul ettiği parasal yük)artmakta, toplumun hangi seviyeye kadar onay vereceği toplumdan topluma farklılık göstermektedir.

Taşkın Kurgusu

Bu bölümde bir taşkın kurgusu yapılarak, bu kurgunun ekonomik analizi yapılmıştır.

Kurgu: Taşkınların oluştuğu bir bölgede istatistiklerden yıllık ortalama 1 milyon TL zarar ve 5 can kaybı oluştuğu belirlenmiştir. Bu sorunu gidermek/boyutunu azaltmakla görevlendirilen su muhendisi, bölgede yaptığı çalışmalar sonucu teknik olarak uygun bir kesimde sel kapanı inşaa etmek, alternatif olarak da akarsu yatağını düzenlenmesini teknik olarak yapılabilir bulmuştur.

Yaptığı metraj ve keşif çalışmalarının sonucunda sel kapanının inşa maliyetini 8 milyon TL, akarsu düzenlenmesinin (yatağın temizlenmesi, seddeler vb.) ise 5 milyon TL yatırım gerektirdiğini belirlemiştir. Sel kapanının yıllık bakım ve işletme giderlerini ihmal edilebilir mertebede bulan mühendis, akarsu yatağının düzenlenmesi seçeneğinin 0.025 milyon TL/yıl bakım gideri gerekeceğini belirlemiştir.

Su mühendisi yaptığı risk kestirimlerinin sonucu, sel kapanı seçeneğinde can kaybının yılda 3 kişiye düşeceği ve taşkın zararlarının yılda ortalama 0.2 milyon TL’ye ineceği, akarsu yatağı düzenlenirse can kaybının 1 kişiye ve zararın 0.3 milyon TL/yıl mertebesine ineceğini öngörmüştür.


30 yıllık bir perspektif (ekonomik analiz süresi) belirleyerek ve sosyal iskonto oranı (piyasada geçerli faiz oranı da düşünülebilir) olarak %5 alarak hangi seçeneğin daha uygun olacağını (ekonomik olarak düşük maliyetli) belirleme hesapları yapmıştır.

Hazne yapımı ve akarsu yatağı düzenlemesi iki belirgin seçenek olarak görünmekte iken her zaman hiç önlem almamak da bir seçenek olarak bu tür analizlerde yer alması gerekmekte diğer seçeneklerden daha uygun olabilmektedir.

Taşkın Kurgusu Ekonomik Analizi

Seçeneklerin inşa ve yıllık işletme ve bakım giderleri tanımlıdır. Bu aşamada insan hayatının değerini tanımlanabilirse, bu da bir maliyet unsuru olarak hesaba katılarak,en uygun ekonomik seçeneği belirlenerek uygulamaya konulabilir. Ancak bu aşamada bu yapılamadığı için insan hayatının ederi dikkate alınmamış şekilde hesaplama yapılmıştır.

Seçeneklerin yapım maliyetinin yıllara paylaştırılması aşağıdaki ifade ile yapılmaktadır.

( ) ( )

Bu ifadede i sosyal iskonto oranını tanımlamakta ve kurguda %5 olarak belirlenmiş bulunmaktadır.N ise ekonomik analizin yapılacağı süreyi belirlemektedir (örnekte 30 yıl olarak alınmıştır).

Bu veriler kullanılarak amortisman oranı (yatırımın giderinin yıllara paylaştırma çarpanı) 0.065 olarak hesaplanmıştır.

Seçeneklerin yıllık maliyeti (yıllık ortalama taşkın zararı + koruma amaçlı yapılan sistemlerin amortismanı + yıllık işletme ve bakım giderleri) aşağıda verilmiştir

Seçenek Yıllık Gider(milyon TL/yıl)

Taşkın yıllık zararı Yapım maliyeti Yıllık işletme gideri Toplam

amortismanı

Önlem almamak 10 0 0 10

Sel kapanı 0.2 0.52 0 0.72

Yatak Düzenleme 0.3 0.325 0.025 0.65

İnsan hayatının değerini katmadan yapılan ekonomik analizde en düşük maliyetli seçenek akarsu yatağını düzenlemek olmakta bunu sel kapanı inşa etmek seçeneği izlemekte en maliyetli durumun önlem almamak olduğu görünmektedir. Su mühendisinin bölgeye akarsu yatağı düzenlemesi yapılmasını önermesi uygun görünmektedir


Ekonomik Analizin İnsan Hayatının Değerini de Katarak Yapılması

İnsan hayatının değeri belirlenmiş olsaydı, ilgili seçeneklerin giderlerine eklenerek en uygun seçenek belirlenebilirdi. Bu değer bilinemediği için giderler karmaşık sayılara benzer bir şekilde (gerçek ve sanal kısım) ifade edilebilir.Burada simgesi insan hayatının değerini ifade etmektedir.

Bu durumu dikkate alarak revize edilmiş değerler aşağıda verilmiştir.

Seçenek Yıllık gider

Önlem almamak: 1 + 5

Sel kapanı: 0.72 + 1

Yatak düzenleme: 0.65 +3

Görüldüğü gibi önlem almama seçeneği hem parasal giderin en yüksek olması hem can kaybının yüksek olması nedeni ile elimine edilmesi gereken bir seçenek olarak ortaya çıkmakta diğer iki seçenekte ise birinin gideri küçük can kaybı yüksek diğerinin gideri düşük can kaybı yüksek olarak karar verme sürecini zorlaştırmaktadır.

Elenen seçenekten sonra kıyaslanacak sel kapanı ve yatak düzenlenmesi seçeneklerinin yıllık giderlerini birbirine eşitlersek bu kıyaslamada seçenek giderlerinin eşit olması için insan hayatına tahsis edilmesi gereken yıllık gider belirlenebilir.

0.72 + 1 = 0.65 +3

Bu ifadeden 1 = 0.07 milyon TL / yıl bulunmaktadır

Bu örnekte insan hayatına 0.07 milyon TL/yıl (70bin TL/yıl) değer biçilirse sel kapanı ve ve yatak düzenleme önlemleri eşit yıllık giderde olmakta, daha düşük değer kabul edilmesi halinde daha fazla ölüm oluşturabilecek akarsu yatağı düzenlenmesi seçeneğinin gerçekleştirilmesi ekonomik açıdan üstün olmaktadır.

Sorun, bu örnekte toplumun 2 can için yılda 140 bin TL fazla masraf yapmayı uygun karşılayıp karşılamayacağı boyutuna indirgenmektedir.

Dünya Bankası tarafından yapılan bir genel değerlendirmede, fayda fiyat analizi hesaplarına göre, felaket risklerinin azaltılması ekonomik olarak daha avantajlı olmaktadır. Çalışmada, yapılan her 1 USD harcamanın karşılığında 4-7 USD geri dönüşünün olduğu belirtilmektedir (Shrevea vd., 2014).



İnsan hayatının değerini belirlemenin güçlüğüne rağmen proje çalışmalarında alınacak güvenlik tedbirlerinin boyutunun belirlenebilmesi için bu soyut kavramın somut rakama dönüştürülmesi zorunlu hale gelmektedir.

Kurgu olarak verilen taşkın kontrolü için makul görülen seçeneklerin kıyaslanmasında eğer insan hayatının değeri 70 000 TL/yıl olarak kabul edilirse, sel kapanı ile yatak düzenlemenin bedeli aynı olmakta, daha yüksek değer biçildiğinde ise yatak düzenleme alternatifi ön plana çıkmaktadır. Benzeri yaklaşım pek çok mühendislik projelendirmesi ve işletimi için kullanılabilir olarak düşünülmektedir. Örneğin madencilikte yaşam odalarının kurulması, daha nitelikli gaz ölçüm cihazlarının tesisi,daha güçlü iksa ve havalandırma gibi unsurlar, trafik akışında hız üst sınırı bu kapsamda değerlendirilebilir. Bu çalışmanın sonucu olarak genelde insan hayatına her projelendirmede standart bir değer biçmek yerine alternatiflerin kıyaslanarak hangisinin seçilmesi hangi insan hayatı değerinde uygun olur şeklinde bir yaklaşım uygulanabilir görülmektedir.

Kaynaklar

R. B. Jongejan , S. N. Jonkman , J. K. Vrijling (2004): Methods for the economic valuation of loss of life, CiteSeerx, (http://citeseerx.ist.psu.edu).

Shrevea, C.M., Kelmanb, I. (2014): Does mitigation save? Reviewing cost-benefit analyses of disaster risk reduction, International Journal of Disaster Risk Reduction, Volume 10, Part A, December 2014, Pages 213–235.

http://content.time.com/time/health/article/

http://www.livescience.com


Coğrafi Bilgi Sistemleri Yardımıyla Anlık Birim Hidrografların Elde Edilmesi

Mustafa Utku YILMAZ Kırklareli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kırklareli


Evren ÖZGÜR İstanbul Teknik Üniversitesi, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Meteoroloji

Mühendisliği Bölümü, İstanbul E-Posta: [email protected]

E. Beyhan YEĞEN

İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul E-Posta: [email protected]

Öz Akarsu havzalarındaki yağış akış ilişkisinin karmaşıklığından dolayı bazı kabuller yapılarak sistemin bir matematik modeli kurulmaktadır. Yağış akış modellemesinde halen bir bileşen olarak bir havzanın anlık birim hidrografı kullanılmaktadır. Bu çalışmada Tokat-Akdoğan çayı havzası için anlık birim hidrografların elde edilmesi amaçlanmıştır. Anlık birim hidrografların elde edilmesinde yaygın olarak kullanılan Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yazılımlarından yararlanılmıştır. ArcGIS programı yardımıyla çalışma alanına ait 30 metre çözünürlüğündeki ASTER GDEM sayısal yükseklik modeli verileri kullanılarak bazı havza karakteristikleri belirlenmiştir. Anlık birim hidrograflar ise Rodriguez-Iturbe ve Valdes ile Gupta ve Waymire yöntemleri kullanılarak elde edilmiştir. CBS yardımıyla elde edilen anlık birim hidrograflar, güvenilir ölçümü olmayan akarsu havzalarında taşkın debilerinin tahmini için kolaylıkla kullanılabilir. Anahtar sözcükler: Havza hidrolojisi, Anlık birim hidrograf, CBS, ArcGIS.

Giriş Anlık birim hidrograf (ABH), artık yağış süresinin sonsuz küçülmesi halinde elde edilecek birim hidrografa denir (Bayazıt, 2011). Diğer bir ifadeyle ABH bir havzaya sıfır zamanda düşen birim derinlikte bir yağıştan meydana gelen birim hidrograftır. Dolayısıyla sonsuz şiddetli bir etkili yağışın sıfır zaman süresinde gelmesiyle meydana gelen doğada gözlenmeyen hayali bir hidrograftır (Usul, 2008). Yağışla akış arasında ilişki kuran bir matematiksel fonksiyon olan ABH kavramı matematik analizi kolaylaştırmak için ortaya konulmuştur (Bayazıt, 2011). ABH’ın şekli basit bir yağışın hidrografına benzemektedir. Diğer birim hidrograflardan ayıran özelliği ise yağış süresinden bağımsız olmasıdır. ABH, yağış süresine bağımlı olmadığından teorik çalışmalar için daha uygundur. ABH, jeomorfolojik havza karakteristiklerine bağlı


olarak çeşitli yöntemlerle belirlenebilmektedir. Havza karakteristikleri ise kolaylığı ve geçerliliğinin yüksek olmasından Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak belirlenebilmektedir. CBS, en genel tanımıyla dünya üzerindeki nesne ve olayları analiz etmek ve haritalamak için geliştirilmiş olan bilgisayara dayalı bir sistem olarak ifade edilebilir. Bu sistemlerin en önemli özelliği, karar verme işlemini kolaylaştırmada ve bu süreci kısaltmada etkili olmasıdır (Yomralıoğlu, 2000). CBS, günümüzde farklı disiplinlerde kullanım alanına sahiptir. Son yıllarda özellikle hidroloji ve su kaynakları alanlarında CBS kullanımı yaygınlaşmıştır. Su kaynaklarının planlamasına temel teşkil eden su toplama havzalarının belirlenmesinde CBS kullanımı büyük önem arz etmektedir (Güreşci ve diğ., 2012). Bu çalışmada, bir havzanın anlık birim hidrograflarının CBS katkısıyla elde edilmesi amaçlanmıştır. Havzanın sınırlarının oluşturulması ve anlık birim hidrografların elde edilmesinde kullanılacak havzaya ait bazı havza karakteristiklerinin belirlenmesi için CBS yazılımlarından ArcGIS programı kullanılmıştır.

Yöntem ve Uygulama Çalışma Alanı Bu çalışmada Tokat-Akdoğan çayı havzası kullanılmıştır. Bu havza Yeşilırmak havzası içerisinde yer almaktadır. Akdoğan havzası Zile ilçesine 9.0 km, Tokat il merkezine 76.0 km uzaklıktadır. Havzanın çıkış yerinin enlemi 40° 18’ 02’’ Kuzey, boylamı 35° 47’ 23’’ Doğu’dur (Sevinç ve diğ., 2000). Havzanın konumu Şekil 1’de verilmiştir.

Şekil 1. Tokat-Akdoğan çayı havzası Havzaya ait sayısal yükseklik verisi için ASTER GDEM verisi tercih edilmiştir. ASTER GDEM sayısal yükseklik modeli verileri 30 metre çözünürlüğündedir. Çıkış noktası bilinen bu havzanın sınırları ArcGIS programı ile belirlenmiş ve havzanın fiziksel ve akış karakteristikleri ortaya çıkarılmıştır (Yılmaz ve diğ., 2015). Tablo 1, Tokat-Akdoğan çayı havzasının bazı havza özelliklerine ait ArcGIS program sonuçları ile gözlenmiş değerlerin karşılaştırılmasını göstermektedir. Gözlem değerleri


ile belirlenen değerler karşılaştırıldığında sonuçların geçerliliğinin yüksek olduğu söylenebilir.

Tablo 1. Tokat-Akdoğan Havza özelliklerine ait değerlerin karşılaştırılması

Havza Karakteristikleri

Köy Hizmetleri Genel Müd.

Gözlem Sonuçları

(Güreşci ve diğ., 2012)

ArcGIS Programında

Belirlenen Sonuçlar

Havza Alanı (km2) 7.046 7.376

Havza Çevre Uzunluğu (km) 13.008 11.150

Havza Min. Yüksekliği (m) 949.0 945.0

Havza Ort. Yüksekliği (m) 1133.0 1133.0

Havza Maks. Yüksekliği (m) 1330.0 1350.0

Ana Su Yolu Uzunluğu (km) 4.800 5.173

Şekil 2’de görülen Tokat-Akdoğan çayı havzasının 3. mertebeden bir akarsu ağı ArcGIS programı ile belirlenmiştir, Tablo 2’de numaralandırılan akarsu kollarının uzunlukları aynı program vasıtasıyla ölçülmüştür.

Şekil 2. Tokat-Akdoğan akarsu ağı

Tablo 2. Akarsu kollarının uzunlukları

No Mertebe Uzunluk (km) 1 3. 0,167 2 3. 0,259 3 3. 0,584 4 3. 0,761 5 2. 0,974 6 2. 0,548 7 1. 0,639 8 1. 0,365 9 1. 2,069

10 1. 0,228 11 1. 0,472 12 1. 0,609 13 1. 2,428


Şekil 3’te Tokat-Akdoğan çayı havzasının Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü (KHGM) verileriyle elde edilen bir saatlik birim hidrografı verilmiştir.

Şekil 3. Tokat-Akdoğan çayı havzası ölçülmüş BH (Güreşci ve diğ., 2012) Anlık Birim Hidrograflar Havzanın Anlık Birim Hidrografı havza üzerine anlık ve üniform olarak bırakılan yağış taneciklerinin tutulma zamanlarının (havza çıkışına varış zamanları) olasılık yoğunluk fonksiyonudur. Çalışmada Tokat-Akdoğan çayı havzası için ABH’ı jeomorfolojik havza karakteristiklerine bağlı olarak belirleyen Rodriguez-Iturbe ve Valdes ile Gupta ve Waymire (RV ve GW) yöntemleri (I. Rodriguez-Iturbe, V.K. Gupta, 1983) kullanılmıştır.

Rodriguez-Iturbe ve Valdes Yöntemi

Rodriguez-Iturbe ve Valdes Yöntemi, literatürde üstel dağılmış jeomorfolojik anlık birim hidrograf (JABH) olarak bilinmektedir. Bu yöntemde ilk aşamada mertebelendirilen akarsu ağı için yollar (path) ve bağlantılar (link) belirlenir. Daha sonra her bir link için başlangıç olasılıkları hesaplanır. Bu durumda kanal karışım (channel merger) olasılıkları bulunur. Şekil 4’te görüldüğü gibi mertebelendirilen çalışma havzasının akarsu ağının yolları S1=1-2-3, S2=1-3, S3=2-3, S4=3 olarak 4 farklı şekildedir.

Şekil 4. Tokat-Akdoğan çayı havzası akarsu ağının mertebelendirilmesi


Akım ağında toplam 13 tane link vardır. Bunlardan 7 tanesi 1. mertebeden, 2 tanesi 2. mertebeden ve 4 tanesi de 3. mertebedendir. Öyle ise başlangıç olasılıkları π1=7/13, π2=2/13 ve π3=4/13 olur. 7 adet 1. mertebe link’ten 4 tanesi 2. mertebeye ve diğer 3 tanesi ise 3. mertebeye dökülmektedir. 2 adet 2. mertebe linkin hepsi de 3. mertebeye dökülmektedir. Bu durumda kanal karışım (channel merger) olasılıklarını yazmak istenirse, P12=4/7, P13=3/7 ve P23 =1 olur. Yol (path) olasılıkları Tablo 3’teki gibi hesaplanmıştır.

Tablo 3. Yol olasılıkları

P(S1) Π1∙P12∙P23 = 0.308 P(S2) Π1∙P13 = 0.231 P(S3) Π2∙P23 = 0.154 P(S4) Π3 = 0.308

Akarsuya ait tutma zamanı fonksiyonu (holding time density function) Tablo 4’te gösterilmiştir. Bunu olasılık yoğunluk fonksiyonuna benzetmek mümkündür.

Tablo 4. Tutma zamanı fonksiyonu

1 2 3 4 5

f1(t) 1 0 0 0 0 f2(t) 1 0 0 0 0 f3(t) 1/4 1/4 1/4 1/4 0

Tablo 4’e bakılırsa 1. mertebe durumda linklerin hepsi 1 zaman birimi sonunda suyunu bir diğer mertebe linke ulaştırmaktadır, bu durumda olasılığı 1’dir. 2. mertebe durumdaki linkler için de aynı durum geçerlidir. Yöntemin son aşamasında havzanın davranışı (response) hesaplanır. Bu adımda tutulma zamanları (holding time functions) toplanıp, bu değerler başlangıç olasılıkları ile çarpılarak nihai olasılıklar elde edilir. Bu olasılıklar da anlık birim hidrografın ordinatlarına karşılık gelmektedirler. Tablo 5’te bu hesaplamalar gösterilmiştir.

Tablo 5. Havzanın davranışı

t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 S1

f1*f2*f3 0,00

0,00 0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 0,00

0,00

S2

f1*f3 0,00

0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 0,00 0,00

0,00

S3

f2*f3 0,00 0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 0,00

0,00

0,00

S4

f3 0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 0,00 0,00

0,00

0,00

Havzanı

n davranışı

0,00

0,0769

0,1730

0,2499

0,2499

0,1730

0,0769

0,00

0,00


Gupta ve Waymire Yöntemi Doğrusal öteleme JABH olarak da bilinen bu yöntemde akarsu ağının düğüm noktalarına anlık ve üniform olarak bırakılan yağış girdisi havzanın çıkışına ötelenmektedir. Öteleme genellikle doğrusaldır. En basit hal sabit hız ile yapılan sadece ötelemedir. Bu durumda ABH, akarsu ağının genişlik fonksiyonuna benzer olacaktır. Akarsu ağının genişlik fonksiyonu havzanın zaman-alan diyagramına benzer bir düşüncedir. Akarsu ağının havza çıkışından itibaren x mesafesindeki link sayısının x’e karşı çizildiği diyagramdır. Bu fonksiyon N(x) ile gösterilir. Şekil 5’te ArcGIS programı yardımıyla elde edilen çalışma havzasının akarsu ağı için havza genişlik fonksiyonu verilmiştir. Havzanın çıkışından itibaren her 500 m mesafedeki link sayısı belirlenmiştir. Şekil 6’da çalışma havzasının akarsu kolları şematik olarak 1/50000 ölçeğinde gösterilmiştir.

Şekil 5. Havza genişlik fonksiyonu


Şekil 6. Akarsu kollarının şematik gösterimi; ölçek 1/50000 Sonuçlar ve Tartışma

Rodriguez-Iturbe ve Valdes ile Gupta ve Waymire yöntemleri kendi çalışmalarında hipotetik bir akarsu ağı üzerinde anlatılmakta ve örneklenmektedir (Rodriguez-Iturbe, Gupta,1983). Öyle ki bu akarsu ağında link uzunlukları farklı değerlerde değil, birbirlerine eşittir. Rodriguez-Iturbe ile Gupta’nın çalışmasında bu hipotetik akarsu ağı için her iki yöntemle elde edilen ABH’lar birbirinin aynı olmaktadır. Bu çalışmada ise GW yönteminin uygulamasında orijinal yöntemden farklı bir düşünce denenmiştir. Bu da akarsu ağı için link uzunluklarını gözönüne almak olmuştur. Bu çalışmada, Tokat-Akdoğan çayı havzası için CBS yardımıyla jeomorfolojik havza karakteristiklerine bağlı olarak Rodriguez-Iturbe ve Valdes ile Gupta ve Waymire yöntemleri kullanılarak anlık birim hidrograflar elde edilmiştir. Havzanın özellikleri gözönüne alınarak Gupta ve Waymire yöntemindeki suyun kanal içinde sabit ilerleme hızı yaklaşık 0,76 m/s kabul edilmiştir. Buna bağlı olarak Rodriguez-Iturbe ve Valdes yönteminde 1 birim zaman yaklaşık 17 dakika alınmıştır. Elde edilen anlık birim hidrograflar Şekil 7’de gösterilmiştir. Yukarıda vurgulandığı gibi eğer çalışmada link uzunlukları eşit alınmış olsa idi her iki ABH birbiri ile aynı olacaktı. Ancak bu çalışmada link uzunluklarının göz önüne alınması sebebiyle iki ABH birbirlerinden farklılaşmaktadırlar. Her ne kadar ABH’lar farklılaşsalar da yine de birbirleriyle uyum gösterdikleri söylenebilir. Başka bir çalışmada bu yöntemlerle farklı havzalar için ABH’lar elde edilerek ve ölçülmüş verilerle kıyaslama yapılarak çalışma geliştirilebilir.


Şekil 7. Anlık birim hidrograflar

Kaynaklar Bayazıt M. (2011). Hidroloji. Birsen Yayınevi, İstanbul. Güreşci, N. G., Seyrek, K. ve Sargın, A. H. (2012). Coğrafi Bilgi Sistemleri ile Hidroloji Uygulamaları. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Teknoloji Dairesi Başkanlığı, CBS Şube Müdürlüğü. I. Rodriguez-Iturbe, V. K. Gupta (1983). Scale Problems in Hydrology. Journal of Hydrology, Volume 65, Issues 1–3, Pages 1-257 Sevinç, A. N., Aykanlı, N., Akbay, Ş., Denli, Ö ve Acar, C. O. (2000). Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Araştırma Havzalarının Hidrolojik Karakterleri Rehberi. Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü A.P.K. Dairesi Başkanlığı, Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Şubesi Müdürlüğü, Yayın No: 113, Rehber No: 17, Menemen. Usul, N. (2008). Mühendislik Hidrolojisi. ODTÜ Yayıncılık, Ankara.


Yilmaz, M. U., Ozgur, E., Yegen, E. B., (2015). Determination of Basin Characteristics and Obtaining Synthetic Unit Hydrographs by Using GIS. 9th World Congress of EWRA, Istanbul, Turkey, 10-13 June 2015. Yomralıoğlu, T. (2000). Coğrafi Bilgi Sistemleri: Temel Kavramlar ve Uygulamalar. Akademi Kitabevi, Trabzon.


Çevresel Değişikliklerin Tasarım Taşkın Değerleri Üzerine Etkilerinin Belirlenmesi

Gülay ONUŞLUEL GÜL Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Tınaztepe Kampusu, Buca, İzmir

Tel: (232) 3017075 e-posta: [email protected]

Ali GÜL

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Tınaztepe Kampusu, Buca, İzmir Tel: (232)3017024

e-posta: [email protected]

Murat TÜRKEŞ İstatistik Bölümü Bağlantılı Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara

Tel: (312) 2102960 e-posta: [email protected]

Öz

Taşkınlar ülkemizde hala en fazla yaşanan felaketler arasında bulunmakta olup gelecekteki taşkın görülme sıklıklarının iklim değişikliği ve arazi kullanımı değişikliği gibi çevresel değişiklikler nedeniyle potansiyel artışı, taşkınların önemini korumaya devam edeceğini göstermektedir. İklim ve arazi kullanımındaki değişiklikler yeni taşkın riskleri oluşturmamakla birlikte, mevcut risklerin görülme sıklığı ve büyüklüğünün değişmesine sebep olmaktadır. Taşkın zararlarının en aza indirilebilmesi için özellikle taşkından koruma yapıları, köprüler ve menfezler gibi önemli hidrolik yapılar ve sanat yapılarının tasarım ve yönetimi konusunda, acil durum planlaması, taşkın riski haritalaması, risk yönetimi ve planlama çalışmalarında ekstrem taşkın olaylarının gerçekçi tahminlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Sunulan çalışmada, çevresel değişiklerin potansiyel etkilerinin belirlenebilmesi amacıyla Seyhan Havzası örneğinde modelleme araçları ve hidrolojik simülasyon serilerinin bir arada değerlendirilmesiyle gerçekleştirilen bütüncül yaklaşımdan hareketle, (1) çalışma alanının hidrolojik modelinin oluşturulması ve doğrulama işlemlerinin gerçekleştirilmesi, (2) meteorolojik koşullardaki olası değişikliklerin tahmini ve düzeltilmiş meteorolojik girdilerin üretilmesi, (3) arazi örtüsündeki olası değişikliklerin arazi gelişim potansiyelleri ve gözlenmiş değişiklik eğilimleri gözetilerek modellenmesi, (4) senaryo modelleme koşullarının tasarım taşkın tahminlerindeki değişiklerin tahmini için kullanılması aşamaları gerçekleştirilmiştir.


İklim ve arazi örtüsü değişimi tahminlerinin birlikte kullanılmasıyla gerçekleştirilen çalışmanın sonucu olarak; kısa dönemde taşkın büyüklüklerinde artış gözlenmiş olmakla birlikte, orta dönemde bu sonucun ortadan kalktığı ve uzun dönemde ise azalmanın görüldüğü gözlenmiştir. Anahtar sözcükler: Hidrolojik modelleme, Tasarım taşkın değeri, Çevresel değişiklikler, İklim değişikliği, Arazi örtüsü değişikliği.

Giriş Son dönemlerde artan görülme sıklığıyla beraber değerlendirilen taşkınlar, halen Avrupa'da en sık karşılaşılan doğal afetler arasında yer almaktadır (EEA, 2004; Christensen ve Christensen, 2003; Frei ve diğ., 2006; Onuşluel Gül, 2013). Taşkın frekans ve büyüklüğünde izlenen artışları, iklim değişikliğinin beklenen etkileriyle basitçe izah etmek kolay olmamakla birlikte, taşkın frekanslarında CO2 emisyonları ve buna bağlı küresel ısınmayla ilişkin olarak gelecek dönemler için artış tahmin eden dünya genelinde önemli sayıda çalışma bulunmaktadır (Milly ve diğ., 2002; Reynard ve diğ., 2004; IPCC, 2007). Benzer vurgu ile, taşkınlar konusunda tahmin edilen risklerin daha sıcak iklim koşulları ile artabileceği de ortaya koyulmaktadır (IPCC, 2007, 2012). İklim değişikliği ve taşkın frekansı üzerine etkileri konusunda yürütülen çalışmalar, bir dizi matematiksel model ve uygun analizlerin birarada değerlendirildiği bütünleşik bir yöntem çerçevesine ihtiyaç duymaktadır. Bu yönde izlenen tüm yöntemlerin temel başlangıç noktası, büyük ölçekli küresel iklim modelleri (genel çevrim modelleri) olmaktadır. Bununla birlikte, düşük çözünürlükleri nedeniyle doğrudan kullanıma pek uygun olmayan küresel model çıktıları çoğunlukla ölçek küçültme olarak bilinen yöntemler ile herhangi bir hidrolojik modelleme çalışmasında değerlendirilebilen veri setleri haline dönüştürülmektedir (Madsen ve diğ., 2013). Türkiye'de bu türden modelleme çalışmalarında kullanılabilir meteorolojik verilerin türetilmesi amacıyla gerçekleştirilen bölgesel modelleme uygulamaları çoğunlukla Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC)'nin Periyodik Değerlendirme Raporlarına girdi sağlanması hedefleriyle ve genellikle Meteoroloji Genel Müdürlüğü koordinasyonuyla geliştirilen ulusal projeler üzerinden yürütülmektedir. Sunulan çalışmada, meteorolojik koşullar ve arazi örtüsünde beklenen tahmini değişiklikler yoluyla, tasarım taşkın debileri üzerine çevresel değişikliklerin olası etkilerinin ortaya konulmasına yönelik kapsamlı bir yaklaşım ortaya koyulmaktadır. Çalışma genel itibariyle, (1) hidrolojik model kurgusu ve çalışma alanı için doğrulanması, (2) senaryo geleceğine yönelik olarak meteorolojik koşullardaki değişiklik beklentilerinin ortaya konulması ve değişen meteorolojik girdilerin türetilmesi, (3) izlenen bölgesel değişiklikler ve değişim potansiyelleri üzerinden arazi örtüsüne yönelik değişim tahminlerinin oluşturulması, ve (4) tasarım taşkın tahminlerine yönelik değişikliklerin ifade edilebilmesi için değişen koşulların senaryo modelleri şeklinde uygulanmasını içeren dört ana bölümden oluşmaktadır.


Çalışma Alanı ve Veriler Taşkın riskinin yükselmesine yol açabilecek çevresel değişikliklerin ekstrem akış koşulları üzerine potansiyel etkilerinin tahminine yönelik analizler, çoğunlukla yazları sıcak ve kurak, kışları ise ılık ve yağışlı iklim özelliklerine sahip dönencealtı Akdeniz iklim bölgesinde (Türkeş ve Tatlı, 2009, 2011; Türkeş, 1999, 2010) yer alan Seyhan akarsu havzasından seçilen çalışma alanında gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). Çalışma alanı, geniş ölçekte araştırmacılar ve araştırmacı kuruluşlar tarafından dünya üzerinde iklim değişikliği etkilerinden en yüksek derecede etkilenebileceği ifade edilen bölgelerden birisi olarak Akdeniz bölgesinde yer almaktadır (Altınsoy ve diğ., 2011; Demir ve diğ., 2013; IPCC, 2007, 2012; Sen ve diğ., 2012; UNDP, 2013; Türkeş ve diğ., 2011). Öne çıkan bu özelliği ve taşkın geçmişi üzerine mevcut tarihsel kanıtlarıyla birlikte havza, iklim değişikliğinin hidrolojik etkilerinin belirlenmesi ve beklenen etkilere karşı adaptasyon unsurlarının değerlendirilmesi kapsamında Türkiye'nin Akdeniz kıyılarında geliştirilebilecek bilimsel çalışmalar yönünden bir öncelikli araştırma alanı olarak öne çıkmaktadır.

Şekil 1 Seyhan Havzası ve Çalışma Alanı. Çalışmanın yürütülmesinde kullanılan veriler çeşitli kaynaklardan derlenmiştir. Hidrolojik modelin kalibrasyonu ve doğrulanması aşamalarında kullanılan meteorolojik veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilmiş; iklim simülasyonları için, yine Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nün de dahil olduğu, "Türkiye İçin İklim Değişikliği Senaryoları" TÜBİTAK KAMAG projesi çıktıları kullanılarak gerçekleştirilmiştir (MEU, 2013). Günlük yağışların havza üzerine dağılımları konusunda yararlanılmak üzere, TÜBİTAK destekli ICCAP (Impact of Climate Changes on Agricultural Production Systems in Arid Areas) projesi ile işbirliği içerisinde yürütülen ve Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nün de proje ortağı olarak dâhil olduğu APHRODITE (Asian Precipitation – Highly Resolved Observational Data Integration Towards the Evaluation of the water resources) projesi verileri kullanılmıştır. Hidrolojik model kalibrasyonu ve doğrulanmasında kullanılan hidrometrik veriler Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü'nden sağlanmıştır. Toprak verileri (mülga) Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü'nce üretilmiş olan sayısal veri setlerinden elde edilmiştir. 2000 ve 2006 yıllarına


ait Corine arazi örtüsü verileri, Avrupa Çevre Ajansı (AÇA) tarafından yönetilen ve genel kullanıma açık uluslararası veri tabanlarından temin edilmiştir.

Yöntem ve Uygulama Taşkınların oluşumu üzerine etkili çok farklı etmenlerin mevcut olması nedeniyle, uygun bir hidrolojik modellemenin gerçekleştirilmesinde sadece meteorolojik girdilerden yararlanmak yeterli olmamaktadır. Gerçekten de taşkın riski, iklimle ilgili olan ve olmayan birçok itici gücün birarada oluşturduğu etkiler sonucu ortaya çıkmaktadır. Bu itibarla, iklim etkilerine paralel olarak arazi kullanımı/örtüsü değişimine yönelik olası/planlanan değişikliklerin de muhtemel taşkın riski altındaki alanlarda taşkın etkilerinin ortaya konulması amacıyla geliştirilecek hidrolojik modelleme çalışmalarında göz önünde bulundurulması büyük önem taşımaktadır. Hidrolojik Modelleme Sunulan çalışmanın hidrolojik modelleme aşamasında United States Army Corps of Engineers (USACE) tarafından geliştirilen HEC-HMS v3.5 model sürümü kullanılmıştır (USACE, 2010). Bu model üzerinde alanda yayılı olarak gerçekleştirilen hidrolojik modelleme çalışmalarında, havza üzerine düşen yağışın alansal dağılımlı olarak belirlenmesi ve modele bu şekilde girdi teşkil etmesi önem taşımaktadır. Buna rağmen, ülkemizde yağışın alanda yayılı olarak reflektivite değerleri üzerinden hesaplanarak izlenmesine imkân veren radar ölçümleri, tüm gelişmelere rağmen halen bölgesel olarak sınırlı kullanımdadır. Türkiye kapsamı için DMİ istasyon günlük yağış gözlemleri esas alınarak ve 0.25 derecelik mekânsal çözünürlükte üretilmiş yağış verilerinden, proje kapsamında incelenen taşkın dönemlerine karşı gelen günlük yağış verileri ayırt edilerek havza üzerindeki yağış dağılımları önce düşük çözünürlüklü olarak elde edilmiştir. Ancak, temin edilen verilerin mekansal çözünürlüğü (0.25 derece) özellikle alt havzalar ölçeğinde gerçekleştirilecek hidrolojik modelleme çalışmaları açısından oldukça büyük olmaktadır (Şekil 2a). Mekansal çözünürlüğün yeterli bir seviyeye getirilebilmesi için hidrolojik modelleme öncesinde bir dizi mekansal işlem adımı gerçekleştirilmiştir. Öncelikle yağış gridlerine ait değerler noktasal yağış değerlerine dönüştürülmüş (Şekil 2b) ve bu noktasal veri setleri kullanılarak spline enterpolasyon tekniği yardımıyla daha yüksek çözünürlüğe sahip ve aynı zamanda da alansal yağış ortalamalarının korunduğu yeni yağış yüzeyleri (dağılımları) türetilmiştir (Şekil 2c). Hidrolojik modelleme çalışmasının saatlik olarak gerçekleştirilecek olması nedeniyle ve model kalibrasyon yeteneğinin arttırılması ihtiyacından hareketle, seçilmiş tüm taşkın dönemleri bazında günlük olarak düzeltilmiş yağış verilerinin gün içi saatlik gözlemlere dönüştürülmesi önem taşımaktadır. Bu amaçla, yağış düzeltmeleri için kullanılan istasyonlara ait gün içi kayıtlar (gün içerisinde 07:00, 14:00 ve 21:00’de kaydedilmiş) incelenmiş; havza civarı tüm istasyonlardan Thiessen alanları oranında hesaplanan havza günlük toplam yağışlarının gün içerisinde paylaşım oranları kullanılarak, farklı zaman


dilimlerine denk gelen yağış miktarları (ve ayrıca yağış şiddetleri) belirlenmiş ve bu düzenleme sonrası havzadaki muhtemel yağışların gün içi ve aynı zamanda da mekânsal dağılımları türetilmiştir.

(a) (b)

(c)

Şekil 2 25.10.1996 tarihli yağış için (a) düşük çözünürlüklü yağış dağılımı, (b) yağış gridinden dönüştürülen noktasal yağış değerleri ve (c) çözünürlüğü yükseltilmiş yağış dağılımı. HEC-HMS modeli, sadece yağışlı zamanlara ait şekilde dönemsel olarak modele sunulan yağış girdilerinden farklı olarak, modelleme çalışmaları için incelenen taşkın dönemlerinin tamamı süresince havza üzerinde dağılımlı sıcaklık verilerine (yağışın kara dönüşümü, mevcut kar yüklerinin erimeleri, evapotranspirasyon hesaplarında kullanılmak üzere) ihtiyaç duymaktadır. Seyhan Havzası için alansal yağış girdileri, havza civarı 8 istasyonda ölçülmüş günlük sıcaklık ortalamaları bir arada değerlendirilerek ve bu veriler ile istasyonların yükselti ve bakı değerleri arasında çoklu regresyon ilişkileri tayin edilerek oluşturulmuştur (Şekil 3). Hidrolojik modellemede kullanılacak olan SCS eğri numaraları, proje havzaları dâhilindeki toprak grupları ve özellikleri bazında Türkiye toprak veritabanı verileri üzerinden yeniden sınıflandırılan hidrolojik toprak gruplarının arazi örtüsü bilgileriyle bir arada değerlendirilmesi suretiyle belirlenmiş ve SCS eğrilerinin alansal dağılımları oluşturulmuştur. Hidrolojik modelleme sırasındaki evapotranspirasyon hesaplarında kullanılacak olan bitki büyüme katsayılarının (Kc) mekânsal olarak elde edilebilmesi için Kc değerlerinin, Corine arazi örtüsü üzerinden ayırt edilebilen bitki sınıflarına tayini yoluna gidilerek katsayıların mekânsal dağılımları elde edilmiştir. Hidrolojik modellemede evapotranspirasyon hesaplarında kullanılacak solar radyasyon (güneş ışınımı) değerleri için, günlük bazda havza üzerindeki radyasyon dağılımlarının modellenmesi amacıyla ArcGIS CBS yazılımı solar radyasyon modelleme araçları kullanılmış ve günlük toplam global güneş radyasyonu dağılımları ile günlük toplam doğrudan güneşlenme sürelerinin


(saat) havza üzerindeki dağılımları elde edilmiştir. Elde edilen tahmini günlük radyasyon dağılımları havza civarında radyasyon ölçümü bulunan meteoroloji istasyonlarındaki veriler ışığında havza ortalamaları eşdeğer olacak şekilde düzeltilmiştir.

Şekil 3 Modelleme dönemi içerisinde seçilen belirli tarihler için havzada sıcaklık dağılımı. Verilerin modele girilmesini takiben kalibrasyon ve doğrulama dönemleri için hidrolojik modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiş olup bu dönemler için elde edilen model çıktısı taşkın hidrografları Şekil 4'de görülmektedir. Model performansı, görsel uygunluk incelemelerinin yanı sıra üretilen bir dizi istatistik gösterge yoluyla da kontrol edilmiş ve bu şekilde hidrolojik modelin çalışma alanını temsil niteliği denetlenmiştir.

Şekil 4 Kalibrasyon ve doğrulama dönemleri için model hidrograf çıktıları.


Çevresel Değişiklikler Altında Taşkın Riski Üzerine Olası Etkilerin İncelenmesi Hidrolojik model kalibrasyonu ve doğrulamasını takiben sunulan çalışmada, mekânsal gözleme dayalı arazi örtüsü ve değişiklik verileri ancak kısa vadedeki değişimleri ortaya koyduğu ve buna karşın iklim değişikliği etkilerinin nispeten daha uzun vadede incelenebildiği bilgisinden hareketle, orta ve uzun vadedeki olası tüm değişimleri dikkate alacak şekilde arazi örtüsü senaryo dağılım potansiyelleri belirlenmiş ve bu potansiyel dağılımlar dönemsel iklim değişikliği tahminleriyle entegre edilerek modellenen süreçler birlikte değerlendirilmiştir. İklim değişikliği öngörüleri altında taşkın riskleri üzerine olası etkilerin değerlendirilmesi amacıyla, çalışma kapsamında referans dönem olarak nitelendirilen 1961-90 dönemi ile sırasıyla 2010-2039 yakın dönem, 2040-2069 orta dönem ve 2070-2099 uzak dönemi arasındaki farklılaşmalar değerlendirilmiştir. Yağış ve sıcaklık değişimleri, bölgesel iklim modeli aylık yağış ve sıcaklık ortalamaları model çıktı veri setleri üzerinden belirlenmeye çalışılmıştır. Referans dönem ve ardışık üç senaryo dönemine ait yağış ve sıcaklık dönem ortalamaları, bölgesel modelin aylık çıktıları mekânsal olarak analiz edilerek belirlenmiş ve Türkiye kapsamında ortalamaların alan dağılımları elde edilmiştir. Hidrolojik modellemeye girdi oluşturmak üzere senaryo yağışlarının türetilmesi, 2, 5, 10, 25, 50 ve 100 yıl tekerrürlü tasarım yağışları dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Referans dönem model sonuçlarıyla karşılaştırılmak üzere oluşturulan ardışık üç dönemin senaryo yağışları da, yine aynı tekerrür aralıklarına sahip 24 saat standart süreli yağışlar şeklinde hesaplanmış ve böylece senaryo yağış girdi setleri oluşturulmuştur. Referans ve senaryo dönemi sıcaklık model girdilerinin oluşturulması aşamasında ise, NCEP/NCAR yeniden analiz sıcaklık verilerinden yararlanılmıştır. Havza ortalama sıcaklıkları ortalama kotlarla ilişkilendirildikten sonra sıcaklığın yükseltiyle değişiminin modellenmesi amacıyla standart atmosferdeki lapse oranından yararlanılarak (0.65 °C/100 m) yükseltiye dayalı havza sıcaklık dağılımları elde edilmiş (Türkeş, 2010) ve referans dönem ortalama koşulları için oluşturulan yağış dağılımları üzerine iklim değişikliği tahmini etkileri kaynaklı sıcaklık değişimleri havzadaki tüm konumlarda etki ettirilerek senaryo dönemleri havza tahmini sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Sunulan çalışmada da, arazi kullanımları işlevlerinde gelecek dönemlerde görülebilecek olası değişimler ve bu değişimlerin beraberinde getireceği akış değişimlerinin belirlenebilmesi için Corine arazi örtüsü verilerinden yararlanılmıştır. Arazi sınıflarının münferit değişim potansiyelleri, Fransız Çevre Enstitüsü (IFEN), Hypercarte Araştırma Grubu ve Fransa Ulusal İstatistik ve Ekonomi Araştırmaları Enstitüsü (INSEE) tarafından herhangi bir arazi parçası üzerinde arazi örtüsü yoğunluklarının/potansiyellerinin hesaplanması amacıyla öne sürülmüş bulunan Corilis arazi örtüsü gelişim potansiyelleri yöntemi kullanılarak elde edilmeye çalışılmıştır (Páramo, 2008). Arazi örtüsü değişim potansiyellerinin ortaya konulmasında ışık tutmak üzere ayrıca, çalışma alanında 2000 ve 2006 yılları arasında gözlenmiş arazi örtüsü değişimlerinden hareketle belirlenen ve Avrupa Çevre Ajansı (AÇA) tarafından öne sürülen arazi örtüsü akış sınıflandırmaları göz önüne alınmıştır (Gómez ve Páramo, 2005). Çalışma alanında 2006 yılına kadar izlenen arazi örtüsü değişikliklerine dayalı olarak tarım alanlarının gelişimine yönelik gelecek dönemler için tahmin edilen arazi örtüsü değişim potansiyelleri de Şekil 5'de sunulmaktadır.


Bu şekilde arazi örtüsü potansiyelleri yoluyla modellenen arazi örtüsü değişimleri, öncelikle Kc bitki katsayılarının senaryo dağılımlarının elde edilmesi için kullanılmıştır. Corilis yöntemine göre potansiyel dağılımları belirlenen arazi örtüsü türleri toprak gruplarıyla üst üste çakıştırılıp birlikte değerlendirilerek, söz konusu arazi örtüsü – toprak grubu kombinasyonlarına ait eğri numaralarının dağılımları da elde edilmiştir.

Şekil 5 (a) Genel olarak tarım alanı yüzdeleri, (b) Corilis yöntemiyle belirlenen arazi örtüsü potansiyelleri, (c) orman vasfından tarım alanına geçiş arazi örtüsü akışı için kaynak arazi örtüsü türleri ve (d) arazi örtüsü değişikliği için nihai akış potansiyelleri.

Sonuçlar ve Değerlendirme İklim ve arazi kullanımı gibi çevresel değişikliklerin taşkınlar üzerindeki etkilerinin belirlenebilmesi için oluşturulan senaryolar kapsamında geliştirilen bölgesel iklim modeli bulguları, tüm senaryo dönemlerinde giderek artan sıcaklık artışlarını, ilk senaryo dönemindeki yağış artışlarına karşılık orta vadede değişim etkilerinin ortadan kalkacağını ve hatta uzak senaryo döneminde ortalama yağışlarda azalmalar yaşanacağını öngörmektedir. Arazi kullanımı değişim senaryoları ile entegre edilen bu iklim öngörüleri altında referans dönemi ve senaryo dönemleri için gerçekleştirilen hidrolojik modelleme bulguları, yağış değişimlerine paralel şekilde yakın senaryo döneminde (2010-2039 dönemi) her iki havzadaki akışlarda % 5-6 civarında artışlar yaşanabileceği; orta vadede (2040-2069 dönemi) akışlardaki değişimin ortadan kalkarak referans dönemle uygunluk göstereceği; 2100 ufkuna doğru uzak dönemde (2070-2099 dönemi) Seyhan Havzası'nda % 8’lere varan azalmalar görülebileceğine işaret etmektedir. Teşekkür Bu çalışma ES0901 no'lu COST FloodFreq Aksiyonu kapsamında 110M375 no'lu projeye TÜBİTAK tarafından sağlanan proje desteği ile gerçekleştirlmiştir.


Kaynaklar Altınsoy, H., Öztürk, T., Türkeş, M. ve Kurnaz, M.L. (2011) Projections of future air temperature and precipitation changes in the Mediterranean Basin by using the global climate model. Proc., The National Geographical Congress with International Participation (CD-R). Türk Coğrafya Kurumu – İstanbul University, 7-10 September 2011, ISBN 978-975-6686-04-1. Christensen, J.H., Christensen, O.B. (2003) Climate modelling: severe summertime flooding in Europe. Nature, 421, 805–806. Demir, Ö., Atay, H., Eskioğlu, O., Tuvan, A., Demircan, M. ve Akçakaya, A. (2013) Rcp4.5 senaryosuna göre Türkiye’de sıcaklık ve yağış projeksiyonları. III. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi, TİKDEK 2013, Istanbul, Turkey, 3 - 5 Haziran 2013. EEA (2004) Mapping the impacts of recent natural disasters and technological accidents in Europe. Environmental Issue Report No. 35. European Environment Agency (EEA), Copenhagen, Denmark. Frei, C., Schöll, R., Fukutome, S., Schmidli, J. ve Vidale, P.L. (2006) Future change of precipitation extremes in Europe: intercomparison of scenarios from regional climate models. J. Geophys. Res-Atmos. 111, D06105. DOI:10.1029/2005JD005965. Gómez, O. ve Páramo, F. (2013) Environmental Accounting. Methodological guidebook, Data processing of land cover flows. EEA Internal Report. http://www.eea.europa.eu/themes/data-and-maps/data/land-cover-accounts-leac-based-on-corine-land-cover-changes-database-1990-2000/#tab-methodology. IPCC (2007) Climate Change 2007: Impacts, adaptation, and vulnerability: Contribution of working group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Parry ML, Canziani OF, Palutikof JP., van der Linden PJ., and Hanson CE. (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, UK. IPCC (2012) Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation. A special report of working groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Field, C.B., V. Barros, T.F. Stocker, D. Qin, D.J. Dokken, K.L. Ebi, M.D. Mastrandrea, K.J. Mach, G.-K. Plattner, S.K. Allen, M. Tignor, and P.M. Midgley (Eds.), Cambridge University Press, Cambridge and New York, NY. Madsen, H., Lawrence, D., Lang, M., Martinkova, M. ve Kjeldsen, T.R. (2013) A Review of applied methods in Europe for flood-frequency analysis in a changing environment. Centre for Ecology & Hydrology (CEH), Wallingford, UK. MEU, The Ministry of Environment and Urbanization, Republic of Turkey (2013) Turkey’s Fifth National Communication Under the UNFCCC, MEU, Ankara, Turkey.


Milly, P.C.D., Wetherald, R.T., Dunne, K.A. ve Delworth, T.L. (2002) Increasing risk of great floods in a changing climate. Nature, 415, 514-517. Onuşluel Gül, G. (2013) Estimating flood exposure potentials in Turkish catchments through index-based flood mapping. Nat. Hazards 69, 403-423. DOI: 10.1007/s11069-013-0717-8. Páramo, F. (2008) Corilis methodology. Smoothing of Corine land cover data. EEA Internal Report, http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/corilis-2000-2#tab-methodology. Reynard, N., Crooks, S., Wilby, R. ve Kay, A. (2004) Climate change and flood frequency in the UK. In Proceedings of DEFRA Flood and Coastal Defence Annual Conference, 11.4.1–11.4.12. DEFRA. Sen, B., Topcu, S., Türkeş, M., Sen, B. ve Warner, J.F. (2012) Projecting climate change, drought conditions and crop productivity in Turkey. Clim. Res., 52, 175–191. DOI:10.3354/cr01074, 2012. Türkeş, M. (1999) Vulnerability of Turkey to desertification with respect to precipitation and aridity conditions. Turkish Journal of Engineering and Environmental Science, 23, 363-380. Türkeş, M. (2010) Klimatoloji ve Meteoroloji (Climatology and Meteorology). First Edition. Kriter Publisher - Publication No. 63, Physical Geography Series No. 1, ISBN: 978-605-5863-39-6, Istanbul, Turkey, 650 + XXII pp. Türkeş, M. ve Tatlı, H. (2009) "se of the standardized precipitation index (SPI) and modified SPI for shaping the drought probabilities over Turkey. Int. J. Climatol. 29, 2270–2282. Türkeş, M. ve Tatlı, H. (2011) Use of the spectral clustering to determine coherent precipitation regions in Turkey for the period 1929-2007. Int. J. Climatol., 31, 2055–2067. Türkeş, M., Kurnaz, M.L., Öztürk, T. ve Altınsoy, H. (2011) Climate changes versus ‘security and peace’ in the Mediterranean macroclimate region: are they correlated? Proc., International Human Security Conference on Human Security: New Challenges, New Perspectives. CPRS Turkey, 27-28 October 2011, Istanbul, Turkey, 625-639. UNDP. (2013). Strategic steps to adapt to climate change in Seyhan River Basin, http://www.undp.org.tr/energEnvirDocs/00058944_Strategic%20Steps%20to%20Adapt%20to%20Climate%20Change%20in%20Seyhan%20River%20Basin.pdf. USACE, US Army Corps of Engineers (2010) HEC HMS User Manual version 3.5, Davis, CA, USA.


Coğrafi Bilgi Sistemleri Destekli Taşkın Hidrolik Modeli

H. İbrahim Burgan, Dorukhan Kellecioğlu, Hafzullah Aksoy, V. Ş. Özgür Kırca

İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi 34469 Maslak, İstanbul

Tel: (212) 285 37 13

E-Posta: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]

Öz Su kaynakları ile ilgili çoğu çalışmada Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yazılımları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Özellikle hidrolojik model çalışmalarında arazi topoğrafyası ve jeomorfolojisi dikkate alındığında CBS yazılımlarının büyük kolaylık sağladığı ortadadır. Bu tip çalışmalarda genellikle detaylı veri gerekmektedir. Gerek modellerin karmaşıklığı gerekse detaylı veri gereksinimi nedeniyle model sonuçlarını hızlı ve gerçekçi bir şekilde elde etmek her zaman mümkün olamamaktadır. Bu çalışmada kullanılan modelleme yönteminde ilk aşamada akarsu havzasının Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) Quantum GIS (QGIS) yazılımında kullanılarak havza topoğrafik nem indeksi ve SAGA nem indeksi elde edilmektedir. Bu indeksler kullanılarak havza içinde taşkına meyilli alanlar belirlenmektedir. İkinci aşamada taşkına meyilli alanlarda HEC-RAS hidrolik modeli uygulanmaktadır. Akarsuya ait gerekli enkesitlerin çıkarılması için hassas ölçekli sayısal haritalardan yararlanılmakta ve akarsu hidrolik parametreleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada kullanılan modelleme teknolojisi ticari olmayan ücretsiz yazılımlara dayanmaktadır. Çalışmanın sonuçları kullanılarak taşkın öncesi can ve mal kaybını en aza indirmek üzere gerekli önlemler alınabilecektir. Anahtar Sözcükler: Taşkın, Coğrafi Bilgi Sistemleri, QGIS, SAGA GIS, HEC-RAS, Hidrolik Model.

Giriş Taşkınlar dünya üzerindeki çoğu ülkenin en çok karşı karşıya kaldığı ve en çok hasara sebep olan doğal afetlerdir. Bir akarsuyun çeşitli nedenlerle yatağından taşarak çevresindeki yerleşim yerleri, tarım arazileri, altyapı tesisleri ve canlılara zarar vermesi ve sosyo-ekonomik faaliyetleri kesintiye uğratacak şekilde akış oluşturması durumu taşkın olarak tanımlanabilir. Taşkınlar yeryüzeyinin 1/3’ünden fazlasında görülmektedir, bu alan dünya nüfusunun % 82’sini barındırmaktadır (Dilley, 2005). Taşkın riski altındaki alanlarda önlem alınmaksızın süregelen kentleşme veya sanayileşme faaliyetleri taşkın zararlarını arttıran ve gözle görülür hale getiren en önemli neden olarak gösterilebilir. Taşkın alanlarının ve bu alanlardaki taşkına maruz kalacak bölgelerin hassas olarak tahmin edilmesi taşkın zararlarını en aza indirebilmek açısından hayati bir konudur.


Taşkın çalışmaları hidrolojik, hidrolik ve topoğrafik unsurların zaman ve alan boyutunda incelenmesini gerektirmektedir. Sayısal modeller, belirli bir süre ve şiddetteki yağıştan kaynaklanan taşkının ne zaman, nerede ve hangi şiddette oluşacağının ortaya konması (taşkın tahmini) amacıyla son zamanlarda rağbet görmektedir. Bu yöntemler sayesinde taşkın alanında taşkın tahmini doğru, hassas ve çok daha kısa sürede yapılabilmektedir. Taşkın tahmini amacıyla kullanılan hidrolojik ve hidrolik modellerde Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ise önemli bir kolaylık sağlamaktadır. Çalışmanın konusu, topoğrafik nem indeksleri kullanılarak akarsu havzasının taşkın altında kalabilecek riskli alanlarının belirlenmesi ve taşkın riski olan bölgelerde hidrolik model oluşturulmasıdır. İlk aşamada çıktı olarak havza nem indeksi haritaları, ikinci aşamada ise belirli tekrar periyotlu taşkınlar için elde edilen taşkın risk haritaları elde edilmektedir.

Yöntem Bölgesel Taşkın Analizi Bu çalışmanın ilk aşamasında, tüm akarsu havzasında taşkına meyilli bölgelerin tahmini için iki ayrı CBS yazılımı kullanılmıştır. Bunlar QGIS ve SAGA GIS (System for Automated Geoscientific Analyses) yazılımlarıdır. QGIS, birden fazla işletim sistemiyle desteklenen, verileri görmeye, düzenlemeye ve analiz etmeye yarayan, açık kaynak kodlu bir yazılımdır. QGIS ile kullanıcının ihtiyaçları doğrultusunda özel yazılımlar geliştirilebilmektedir. QGIS gibi ücretsiz bir açık kaynak yazılımı olan SAGA GIS ise, mekansal algoritmaların kolay ve etkili bir şekilde uygulanması için tasarlanmıştır. Birçok görselleştirme seçeneği ile kolayca ulaşılabilir bir kullanım sağlamaktadır. Açık kaynak kodlu QGIS yazılımında taşkın risk haritası belirleme işlemleri için çeşitli modeller geliştirilebilmektedir. Bu çalışmada taşkın riskini belirlemek için geliştirilen model QGIS'te oluşturulmuştur (Ermiş, 2015). Ayrıca model geliştirilirken QGIS ile entegre çalışabilen SAGA GIS yazılımı da kullanılmıştır. QGIS sayesinde birçok veri sayısal ortama aktarılarak veya sayısallaştırılarak analiz edilebilmektedir. Yazılımın açık kaynak kodlu olması sayesinde ihtiyaçlar doğrultusunda çeşitli senaryo ve modeller yazılımda geliştirilebilmektedir. Bu çalışmada kullanılmak üzere daha önce geliştirilen ve topoğrafik nem indeksi ile SAGA nem indekslerini hesaplayarak havzanın taşkına meyilli alanlarını tahmin etmeye yarayan bir model kullanılmıştır (Şekil 1).


Şekil 1. QGIS yazılımında kullanılan model.

Model, herhangi bir hidrolojik ya da meteorolojik veri girişi yapılmasına gerek duymadan, sadece havzanın Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) haritaları kullanılarak çalıştırılmaktadır. SYM haritalarının modele girilmesiyle analiz başlamaktadır. Bu haritaların hücrelerinde (varsa) boşlukların doldurulması gerekmektedir. Bu işlem yapıldıktan sonra model SYM haritası ve akış yönleri haritasını elde etmektedir. SYM haritasının SAGA nem indeksi modeline girilmesiyle SAGA nem indeksi haritası belirlenmektedir. SAGA nem indeksi çıktılarının topoğrafik nem indeksi modeline girilmesiyle topoğrafik nem indeksi haritası, aynı verilerin akarsu güç indeksi modeline girilmesiyle de akarsu güç indeksi haritası elde edilmektedir. Topoğrafik Nem İndeksi Topoğrafik nem indeksi (TNI) suya doygunluk, bir başka ifadeyle su tutma kapasitesinin belirlenmesine yönelik araştırmalarda kullanılan bir değişken olup özellikle heyelan çalışmalarında sıkça kullanılmaktadır. Topoğrafik nem indeksi, suya doygun alanların yerlerinin ve boyutlarının belirlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Beven ve Kirkby (1979) homojen ve izotrop bir ortam ve tek tip zemin koşulu varsayımlarını dikkate alarak, topoğrafik nem indeksinin hesaplanması için

( )

önermiştir. Burada, özgül havza alanı, ise yamaç eğimidir. Özgül havza alanı beslenme alanının kontur aralığına oranı olarak tanımlanmaktadır (Wilson ve Gallant, 2000). Topoğrafik nem indeksi yaygın kullanım alanı bulmuştur (Moore vd., 1991; Quinn vd., 1995; Sorenson vd., 2005). Söz konusu indeksin önemli sınırlamalarından bir tanesi, havzada tek tip zemin olduğuna dair yapılan varsayımdır. Ancak daha sonra yapılan çalışmalarda topoğrafyadaki değişimlerin zemin geçirgenliğindeki değişimlere


göre çok daha yüksek olduğu görülmüştür. Buna bağlı olarak yukarıdaki TNI eşitliğinin topoğrafik nem hesabında kullanılabileceği görülmüştür. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus ağ hücre yapısına sahip bir veri modeli içerisinde özgül havza alanının hesaplanmasında gerekli girdilerden biri olan kontur aralığıdır. Bu uzunluk ağ hücre yapısına sahip modelde ağın kenar uzunluğuna eşit alınmaktadır. Yamaç yukarı beslenme alanı ise ilgili ağ hücresini akış ile besleme potansiyeline sahip diğer ağ hücrelerinin alanlarının toplamı olarak hesaplanmaktadır. SAGA Nem İndeksi SAGA nem indeksi (SAGA NI), topoğrafik nem indeksi ile aynı adla anılmakta fakat akışı çok ince bir tabaka olarak düşünmeyen düzeltilmiş havza alanı hesabına dayanmaktadır. Bu nedenle küçük düşey aralıklarla vadi tabanlarına yerleştirilmiş zemin hücreleri için topoğrafik nem indeksi (TNI) ile karşılaştırıldığında daha yüksek zemin nemi tahmin etmektedir. Yerel Taşkın Analizi Çalışmanın bu aşamasında, bölgesel taşkın analizi sonucu tahmini yapılan taşkına meyilli bölgelerde; hidrolojik veriler yardımıyla akış modelleri kurularak tahminin kesinleştirilmesi ve belirli tekrar periyotlarına göre taşkın büyüklüğünün tahmini amaçlanmaktadır. Yerel taşkın analizi yaparken QGIS ve HEC-RAS olmak üzere iki ayrı açık kaynak kodlu yazılım kullanılmıştır. QGIS, arazi çalışmalarından elde edilen hassas ölçekli SYM haritalarından akarsu enkesitlerinin istenilen çözünürlükte elde edilmesinde, HEC-RAS ise tek boyutlu akış analizinde kullanılmıştır. HEC-RAS tek boyutlu, sürekli akımlara ait su yüzeylerinin hesaplandığı ve süreksiz akımlara ait modellemelerin yapıldığı, veri saklama ve yönetim kapasitesi olan bir hidrolik yazılımdır (USACE, 2002). Program, permanan akım koşulları için tek boyutlu enerji denklemini kullanmaktadır. Enerji kayıpları, sürtünme, kanal daralması veya genişlemesi göz önüne alınarak hesaplanır. Su yüzeyi profilinin aniden değiştiği noktalarda ise model momentum denklemlerine başvurur. Bu noktalara örnek olarak akarsu kolları birleşim bölgeleri verilebilir. Permanan olmayan akım koşullarında ise model tek boyutlu Saint Venant denklemlerini kullanır.

Uygulama Uygulama Alanı Bölgesel taşkın analizi uygulama alanı bir kısmı Samsun bir kısmı Ordu il sınırları içerisinde kalan İkizce havzası olarak belirlenmiş, bu analizin sonuçları doğrultusunda havzadaki Akçay Akarsuyu üzerinde yerel taşkın analizi uygulanmıştır. Veriler İkizce havza sınırı, Orman ve Su İşleri Bakanlığı’na ait internet sitesinden (http://www.geodata.ormansu.gov.tr) alınmıştır (Şekil 2). Hidrolojik model için topoğrafya verisi olarak ASTER DEM verileri kullanılmıştır. Bu veriler (http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/) web sitesinden kullanılacak pafta seçilerek ücretsiz indirilebilmektedir. Oluşturulan enkesitler ve hidrolik model için ise 1/5000


ölçekli sayısal haritalardan yararlanılmıştır. Akım değerleri, Devlet Su İşleri’nden temin edilmiş olup 2, 5, 10, 25, 50, 100 ve 500 yıllık taşkın hidrografları bu veriler kullanılarak elde edilmiştir.

Şekil 2. İkizce havza sınırları.

Bulgular ve Değerlendirme

Hidrolojik Model İkizce havzasının topoğrafik nem indeksi ve SAGA nem indeksi haritaları Şekil 3'te verilmiştir. Her iki indeks benzer görünümde ve havza topoğrafyası ile uyum içindedir. SAGA nem indeksinin taşkına maruz kalma riski taşıyan daha geniş bir bölge belirlediği görülmektedir. Bunun özellikle havzanın eğiminin azaldığı mansap kısmında ve özellikle akarsu vadisinde belirgin hale geldiği görülmektedir. Bu nedenle SAGA nem indeksinin kullanılması olası bir taşkına karşı güvende kalabilmek ve taşkının neden olabileceği hasarı minimuma indirmek açısından önemlidir. Çünkü bu indekse göre havza içinde daha geniş alanların taşkına maruz kalma olasılığından bahsedilebilir.

Şekil 3. İkizce Havzası’nın topoğrafik ve SAGA nem indeksi haritaları.


Havza için belirlenen SAGA nem indeksi haritası Şekil 4a'da Bing haritaları ile eşleştirilmiştir. Bu sayede havza içinde taşkına maruz kalma riski taşıyan alanların tanımlanması mümkündür. Şekil 4b'de görüldüğü gibi bir yerleşim bölgesinden yakın görüntü alınması halinde taşkın riski taşıyan alanların detaylı bir şekilde ortaya konması ve bu sayede can ve mal kaybını azaltmak üzere taşkın öncesi önlem alınması mümkün olacaktır.

Şekil 4. SAGA nem indeksi haritası ile online Bing haritasının çakıştırılması (https://www.bing.com/maps/).

Hidrolik Model Hidrolojik model sonuçlarına göre taşkın riski belirlenen Akçay üzerinde hidrolik model sonuçları Şekil 5’te görüldüğü gibi elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre 100 yıl ve 500 yıl için belirlenen taşkın debilerinde Akçay Köyü, doğalgaz çevrim santrali, tarım arazileri ile afet durumunda yoğun şekilde kullanılacak olan sahil yolu taşkından ilk etkilenecek bölgelerdir. Bununla ilgili olarak yapılacak taşkın koruma yapıları ve geciktirme havuzları ile taşkın zararları önlenemese bile azaltılması mümkün olacaktır.

a

b


Şekil 5. Hidrolik model sonuçlarına göre taşkın risk haritaları.


Sonuçlar Bu çalışmada, Samsun ve Ordu il sınırları içindeki İkizce havzasının zemin nem indeksleri hesaplanarak taşkın riski taşıyan bölgeleri belirlenmiştir. Akçay Akarsuyu’nun bulunduğu bölgedeki taşkın riski için hidrolik model oluşturulmuştur. Elde edilen taşkın sınırlarına göre 2, 5, 10, 25 ve 50 yıllık taşkın debileri için çok büyük taşkın riski söz konusu değilken, 100 ve 500 yıllık taşkın debileri için önlem alınması önerilmektedir.

Teşekkür Bu çalışma AB Komisyonu ve T.C. Başbakanlık Hazine Müsteşarlığı (Merkezi Finans ve İhale Birimi) tarafından Karadeniz İşbirliği Programı çerçevesinde ortaklaşa desteklenen MIS-ETC 2014 “A Scientific Network for Earthquake, Landslide and Flood Hazard Prevention” (SciNetNatHaz) adlı projenin çıktılarına dayanmaktadır.

Kaynaklar Beven, K.J., Kirkby, M.J. (1979). A physically-based variable contributing area model of basin hydrology, Hydrol. Sci. Bull., 24: 43-69. Dilley, M. (2005). Natural disaster hotspots: A global risk analysis, Vol. 5, World Bank Publications, Washington, DC. Ermiş, I.S. (2015). Akarsu havzalarında topoğrafik nem indeksleri ile taşkına meyilli alanların belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Moore, I.D., Grayson, R.B., Ladson, A.R. (1991). Digital terrain modeling: A review of hydrological, geomorphological and biological applications, Hydrological Processes, 5, 3-30. Quinn, P., Beven, K., Lamb, R. (1995). The ln(αs/tanβ): how to calculate it and how to use it within the TOPMODEL framework, Hydrological Processes, 9, 161–182. Samela, C., Manfreda, S., Paola, F. D., Giugni, M., Sole, A., Fiorentino, M. (2015). DEM-Based Approaches for the Delineation of Flood-Prone Areas in an Ungauged Basin in Africa. Journal of Hydrologic Engineering, 06015010. Sorenson, R., Zinko, U., Seibert, J. (2005). On the calculation of the topographic wetness index: evaluation of different methods based on field observations, Hydrology and Earth Systems Sciences Discussions, 2, 1807–1834. Wilson, J.P. and Gallant, J.C. (2000). Terrain Analyses: Principles and Applications, John Wiley & Sons, Inc.


Su Yapılarında Balık Elekleri Tasarımı

Necati Ağıralioğlu, Mustafa Nuri Balov İTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü, Maslak, İstanbul

Tel: 0542 253 81 56; 0534 925 25 67 [email protected]; [email protected].

Abdüsselam Altunkaynak, Mehmet Özger İTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü, Maslak İstanbul

Tel: 0532 254 22 23; 0532 495 75 81 [email protected]; [email protected]

Öz

Su yapılarında, balıkların su alma ağızlarından türbinlere, içme ve sanayi suyu ile sulama suyu kanallarına girmeleri sonucunda balıklar yaralanmakta veya ölmektedirler. Ayrıca soğutma suyu girişlerinde, pompalardan su almalarda ve gemi geçitlerinde balıklar telef olmaktadır. Öte yandan dolu savak, enerji kırıcı ve balık geçidi gibi baraj tesislerinde de balıklar önemli zararlar görmektedirler. Su ürünlerindeki bütün bu kayıplar, sadece ekolojik zarar açısından değil, gıda çeşitliliği ve güvenliği bakımından ve dolayısıyla ülkelerin ekonomileri yönünden da büyük kayıplara sebep olmaktadırlar. Su yapılarındaki bu tür tesislerde balıkların zarar görmemesi için suda balıkları belli kesimlere yönlendirmek veya belli kısımlara girişlerini önlemek üzere balık türlerine uygun balık elekleri tasarlanması gerekir. Bu çalışmada, balık elekleri tasarımı çerçevesinde önce su yapılarında balıkların yaralanmalarına ve ölümlerine sebep olan mekanizmalar belirtilmiştir. Sonra tasarımda dikkate alınan balık büyüklükleri, balık yüzme hızları ve yüzme enerjileri üzerinde durulmuştur. Bu arada eleklerde akımın yaklaşım hızı ve süpürme hızı bileşenleri için kriterler verilmiştir. Ayrıca eleklerde ortaya çıkacak enerji yük kayıpları ve elek aralıkları ile ilgili hidrolik hesaplamalar da açıklanmıştır. Elek tasarımı ile ilgili olarak elek açıklıkları, elek şekilleri ve elek malzemeleri ortaya konduktan sonra balık elek tasarımı ile ilgili diğer tasarım kriterleri özetlenmiştir. Balık elekleri tasarımında 25- 30 mm boyundan daha büyük balıkların ve özellikle yavru balıkların korunması esas alınmıştır. Anahtar Sözcükler: Balık elekleri, Su alma yapıları, Su yapıları, Tasarım kriterleri, Hidrolik hesaplamalar

Giriş Balık ve yavrularının korunması için (1) Balıkların girişini engelleyen elekler, (2) Balık davranış yönlendiricileri, (3) Balıkları yakalama ve serbest bırakma sistemleri kullanılır (Ağıralioğlu ve diğerleri, 2014; Ekren, 2015). Burada balık elekleri tasarım kriterleri üzerinde durulacaktır.


Balık elekleriyle, yetişkin ve yavru balıkların çevirme yapılarına, pompa girişlerine, su alma ağızlarına, borulara ve cebri boruları su akımı ile birlikte girişi önlenir. Pek çok eleme tesisi, çevirme yapılarına, pompalara, cebri borulara yavru balıkların girişini önlemek için tasarlandığı halde, yetişkin balık elekleri de aynı sebeplerle inşa edilebilir (NEH, 2007). Ayrıca sonu ölümlü olan akımlara balıkların geçişini caydırmak için de elekler kullanılır. Balık elekleri bir sabit bağlamada çevirme yapısının girişine veya doğrudan pompa girişine bitişik olarak yapılırlar. Su alma yapılarında bir geri dönüş sistemi ile balıklar yaşadıkları akarsuya döndürülürler. Özellikle bu durum çevirme kanalından veya hendekten yeterince mansapta yer alan elekler için geçerlidir.

Balık Elek Türleri Planlamalarda kullanılan pek çok balık elek türü vardır. Farklı akım şartları ve yapı türleri için elek türler ve onların bakım ve işletilmeleri de farklıdır. Balık elekleri iki gruba ayrılabilir: Bunlar 1. Balık çevirme sistemleri, 2. Fiziki engellerdir (WDFW, 2009). Kullanılan balık eleklerinin ana türleri aşağıda verilmiştir.

1. Düşey elekler: Bunlar düşey veya düşeye yakın yerleştirilirler. Fiziki bir engel vazifesi görürler. Hareketli veya mekanik kısımları yoktur. Endüstri suları veya tarım için sulama suları temin için akarsu kıyı boyunca yerleştirilirler. Böylece bir dönüş kanalı ihtiyacı ortaya çıkmaz. Pek çok projede suda yüzen cisimleri tutmak için elekten önce ızgaralar yerleştirilir. Su seviyesi değişimlerine uygundurlar. Diğerlerine göre ilk maliyetleri düşük, işletmeleri daha pahalıdır.

2. Yatay elekler: Bunların hareketli kısımları yoktur. Yatay veya hafif eğimli yerleştirilebilirler. İlk maliyetleri yüksek, işletmeleri ucuzdur.

3. Tambur elekler: Bu türde, bir metal veya polimer levha silindir haline getirilir. Yavru balıkların elenmesi için çok verimlidirler. Tek veya çok sayıda kullanılabilirler. Bunlar herhangi bir enerji türü ile çalıştırılabilirler.

4. Hareketli elekler: Bunlar üzerinde bulundukları bir çerçeve üzerinde hareket ettirilebilirler.

Bu dört temel elek türünden başka aşağıda belirtilen bazı özel elek türleri de imal edilmiştir (Clay, 2000).

1. Batmış elekler: Yukarda genel türleri açıklanan elekler bazen batmış akım için kullanılır. Bunlar da (a) silindirik elekler, (b) eğimli elekler ve (c) yatay düz elekler şeklinde sınıflandırılabilir.

2. Coanda elekleri: Bu tür su alma tesislerinde kullanılır. Hareketli kısmı yoktur ve işletme maliyeti diğerlerine göre azdır. İnşaat işi de azdır; enerjiye ihtiyacı yoktur. Elekten geçen yüzen cisimler su ile aşağıya akarlar.

3. Eicher elekleri: Eicher Eleği, 1980’den beri bazı barajlara uygulanmıştır. Klasik sistemlerden çok ucuz ve çok verimli sonuçlar vermiştir. Şekil 1’de bu tür gösterilmiştir.

4. Modüler eğimli elekler: Modüler Eğimli Elekler, (Modular Incined Screens, MIS) yüksek hızlı eleme prensibine dayanıyorlar. Verimleri yüksektir. Niagara Mohawk gibi bazı barajlarda uygulanmış bir türdür. Şekil 2’de gösterilmiştir.

5. Su alma ağzı çevirme elekleri: Bunlar batmış hareketli elek ve sabit çubuklu elek şeklinde iki gruba ayrılırlar. 1970’den beri McNary, Lower Monumental ve Rocky Reach gibi barajlarda uygulanmıştır. Bu türde yüksek akım hızları balık ölümlerine sebep olabiliyor. Şekil 3’de gösterilmiştir.


6. Pompalı su alma elekleri: Bu tür, balıkların pompa ile emilerek pompa borusuna çekilmesini önlemek için tasarlanırlar. Bunlar kutu veya silindir odası şeklinde planlanır ve telden bir ağ ile oluştururlar. Bu tür çoğunlukla suya gömülüdür. Ya hava jeti veya suyu geri püskürtmekle temizlenir. Çeşitli debilerde kullanılabilir. En büyük sakıncası sistemin tamamıyla suya gömülü olmasıdır. Bu durum onların muayene ve bakımın zorlaştırır. Geri yıkama sistemleri istendiği şekilde çalıştırılamaz. Bunun için yoğun temizleme ve bakım sistemleri gerekir.

7. İnfiltrasyon (Süzme) galerileri: Bunlar doğal olarak pompalı su almalarda veya çevirmeli su almalarda kullanılırlar. Su, akarsuyun alt tabakalarına yerleştirilen iri malzemelerden süzülür ve bu tabandaki iri çakıl tabakası bir balık eleği vazifesi görür.

Elek türlerinin kullanıldıkları yerler ve tercih edildikleri şartlar Tablo 1 de gösterilmiştir.

Tablo 1 Elek türlerinin kullanıldıkları yerler ve tercih edildikleri şartlar. Elek Türleri Kullanıldıkları Yerler Tercih Şartları Düz Levha

Elekleri Akarsu, kanal ve çevirme yapıları Akarsularda yaygın kullanılır. Değişik

debilerde su çevirmelerde de uygundur. Tambur Elek Kanal ve çevirme yapıları Su seviyesi az değişirse uygundur. Küçük

akarsularda tercih edilir. Hareketli Elek Akarsularda ve geri dönüşlerde 2.

eleme için Pahalı oldukları için küçük akarsularda tercih

edilir. Silindirik Elek Akarsu ve çevirme yapıları Pompa girişlerinde yaygın kullanılır.

Eğimli Elek Kanal, akarsu, geri dönüş ve çevirme yapılarında 2. eleme için

Ters eğim mümkündür. En iyi akarsu şevlerinde uygulanır.

Yatay Düz Elek

Kanal ve akarsularda Debisi 3 m3/s’den az olan çevirme yapılarında tercih edilir.

Coanda Eleği Akarsu ve kanallarda Debisi 4 m3/s’den az olan çevirme yapılarında tercih edilir.

Eicher Eleği Kapalı mecra çevirme yapıları Daha çok HES cebri borularında kullanılır. Modüler

Eğimli Eleği Kapalı mecra çevirme yapıları Daha çok HES cebri borularında kullanılır.

Şekil 1 Eicher Elekleri Plan ve Kesiti.

Şekil 2 Modüler Eğimli Elek Plan ve Kesiti.


Şekil 3 Su Alma Ağzı (Türbin) Yapısında Elek.

Balık Elekleri Biyolojik Tasarım Kriterleri Yüzmede balıkların harcadığı enerji suyun akım hızının karesi ile orantılıdır. Balığın yüzmek için harcayacağı kuvvet (Nordlund, 2008),

F =Cd γA[V2/(2g)] (1)

bağıntısından hesaplanır. Burada; F= Gerekli kuvvet, Cd = Balık direnç (sürükleme) katsayısı (Alabalıkgiller için 0,2 alınabilir), A = Balığın gövde en kesit alanı, γ = Suyun özgül ağırlığı, V = Akım hızına göre balığın rölatif yüzme hızı, g = Yerçekimi ivmesidir. Suyun sıcaklığı yavru balıkların en düşük hızı ile orantılıdır. Balık büyüklüğü arttıkça kritik yüzme hızı azalır. Sudaki çözülmüş oksijen de balık hızına etki eder. Balık eleklerinin hedefi, balık yaralanma ve ölme mekanizmalarından balıkları korumaktır. Balık elekleri su çevirme yapısına veya pompaya balıkların girişine engel olarak balıkların ölümlerini veya yaralanmaları sınırlamak üzere tasarlanırlar. Balıkların zarar gördüğü mekanizmalar ve bir balık eleği tasarlanırken dikkate alınacak biyolojik tasarım kriterleri aşağıda gösterilmiştir.

Balıkların eleklere çarpması: Balıkların elekle fiziki teması önlenecektir. Eleklerde sıkışma: Balıkların eleklerde sıkışıp kalması yok edilmelidir. Elek ağından geçme: Balıkların balık ağlarından girişi önlenir. Balığın uzun süre geri tutulması: Balıkların kısa bir sürede kendi akarsu

yatağına dönüşleri sağlanmalıdır. Balıkların yırtıcıların saldırısına uğraması: Su alma yapısı önünde, geri dönüş

kanalında veya geri dönüş çıkışında balıkların yırtıcılardan zarar görmesi en aza indirilmelidir.

Yüzen cisimlerin ön kapak ve ızgaralarda yığılması: Geri dönüş borusunda, giriş kapaklarında veya eleklerde yığılan yüzen cisimler temizlenmelidir.

Su kalitesi: Su alıcı veya su boşaltıcı ortamlarda bulanıklık, sıcaklık, kirlilik ve oksijen açılarından su kalitesinin balıklara zarar vermeyecek seviyelerde tutulması gerekir.

Zayıf hidrolik şartlardan (akımlardan) dolayı balıkların aşırı gecikmesi önlenmelidir.


Biyolojik tasarım kriterleri ve arazi incelemeleri uygun elek yeri, türü ve tasarımı belirlenirken mutlaka değerlendirilmedir. Bunun için balık türleri yaşlarına göre boyları ve vücut şekilleri, yüzme hızları ve varsa sıçrama yükseklikleri ortaya konmalıdır. Seçilen balık türlerinin yüzme ve sıçrama yetenekleri ve herhangi yöresel cezp ediciler veya caydırıcılar önceden belirlenmelidir. Türkiye’deki pek çok derede bol olan alabalıklar temiz ve az siltli suları severler ve iyi havalanmış çakıllarda yumurtalarını bırakırlar.

Hidrolik Tasarım Kriterleri Balık eleme tesislerindeki kriterler, 1. Elek yapısının yeri, 2. Akımın yaklaşım hızı, 3. Akımın süpürme hız, 4. Elek açıklık Alanı, 5. Elekten geçen debi, 6. Yaygın elek şekilleri, 7. Elek çapları, 8. Geri dönüş kanalı tasarımı başlıkları altında toplanabilir (USBR, 2006 ve 2009).

Elek Yapısının Yeri Elek yapısının yeri hidrolik şartlar bakımından değerlendirilmeli ve aşağıdaki hidrolik şartların sağlanmasına çalışılmalıdır:

Akım sürekli aşağıya doğru olacak ve akımda ölü bölgeler meydana gelmeyecektir.

Akımın hız bileşenleri en aza indirilmelidir. Akımda türbülans en aza indirilmelidir.

Balık elek tasarımında elek, akım yönü ile bir açı yapacak şekilde düzenlenir. Eleklerin yapıya yerleştirilmesinde şu hususlara yer verilmelidir: Akarsu ve nehirlerde, eleklerin yüzü akıma paralel seçilir. Kanallarda, elekler pratik olarak akarsu kaynağına yakın yerleştirilir. Böylece yaklaşım kanalı uzunluğu en aza indirilir ve balık dönüş kanalı kısa olur. Küçük pompalı su çevirme yapılarında, debisi 1 m3/s’den az su çevirmelerinde, genellikle prefabrik ve bağımsız elekler kullanılır. Haliçler, göller veya baraj hazneleri gibi durgun sularda, balık elekleri kıyıdan uzak ve yeterince derine yerleştirilir. Böylece balıkların çevirme yapısı ile temas etme ihtimali azalır. Yaklaşım Hızı Şekil 4’den görüldüğü gibi balık eleklerinde akım hızı (V) ikiye ayrılır: Elek yüzeyine dik hız (Va = V Sinα) ve elek yüzeyine paralel hız (Vs = V Cosα). Akımın elek yüzeyine dik olan hız bileşenine yaklaşım hızı adı verilir. Eleğe dik akım hızı Va (m/s) ile hedef seçilen balık boyu L (mm) arasında

Va = 0,02 L0,56 (2) bağıntısı kullanılır. Alabalıklarda Va = 0,12 m/s alınmalıdır. Eleklerden geçme süresi 60 saniyeden az olmalıdır. Genellikle yavru balıkların akarsularda göçünde boyu 25 mm den büyük balıklar göçebilmesi için bunların eleklerle korunması gerekir. Elek yüzü önündeki yaklaşım hızı üniform bir akım sağlanacak şekilde olmalıdır.


Şekil 4 Balık elek planı ve akımın hız bileşenleri. Kendiliğinden Temizlenen Elekler Akarsu ve nehirlerde yaklaşım hızı 0,10 m/s’yi geçmemelidir. Ayrıca balıkların elekten geçiş süresi bir dakikayı aşmamalıdır. Pompalı su çevirmelerde, yaklaşım hızı 0,12 m/s’yi geçmemelidir. Pompalanan debi 1 m3/s’den az ise prefabrik ve bağımsız elekler kullanılır. Kanallarda yaklaşım hızı 0,12 m/s’yi aşmamalıdır. Bu durumda her bir dakikalık yüzme süresine uygun mesafede bir yıkama kanalı (geri dönüş) yapılır. Haliçler, göller ve baraj hazneleri gibi durgun sularda, her bir tesis için özel bir yaklaşım hızı belirlenmelidir. Bu belirlemede korunmak istenen balık türleri ve onların hayat safhaları dikkate alınır. Kendiliğinden Temizlenmeyen Elekler Kendiliğinden temizlenmeyen eleklerde, yaklaşım hızı, kendiliğinden temizlenen eleklerde belirtilen hızların dörtte biri kadar alınır. Süpürme Hızı Akımın elek yüzeyine paralel olan hız bileşenine süpürme hızı adı verilir. Akarsu ve nehirlerde, süpürme hızı yaklaşım hızının en az iki katı olmalıdır. Kanallarda, süpürme hızı, izin verilen yaklaşım hızından daha fazla olmalıdır.Tecrübeler göstermiştir ki 0,6 m/s veya daha büyük süpürme hızları tercih edilmelidir (CDFW,www.dfg.ca.gov). Eleklerde Açık Alan ve Etkili Alan Bir elek yüzeyinin en az %27’si açık alan olmalıdır. Alabalık türleri için elek açık alanları debiye bağlıdır. Su debisi Q (l/s) ile elek açık alanı A (m2) arasında alabalıklar için aşağıdaki bağıntı kullanılabilir.

A = k(Q/100) = 0,92(Q/100) (3) Buna göre; 20 l/s su debisi için elek açık alanı 0,18 m2; 100 l/s su debisi için elek açık alanı 0,92 m2; 200 l/s su debisi için elek açık alanı 1,84 m2; 400 l/s su debisi için elek açık alanı 3,68 m2; 1000 l/s su debisi için elek açık alanı 9,20 m2 olacaktır. Etkili elek alanı, (Ae ), açık alan yüzdesi seçilerek


Ae = Açık elek alanı/(açık alan yüzdesi/100) (4) bağıntısından hesaplanır. Elek alanı ise

As = Qmax/Va (5) bağıntısından bulunur. Burada; As = Elek alanı (m2), Va = Yaklaşım hızı (m/s), Qmax = Maksimum geçen debi (m3/s)’dir. Genellikle Va 0,12 m/s seçilerek gerekli elek alanı bulunur. Elek maksimum uzunluğu: Balığın elek yanından geçiş süresi en fazla 60 saniye alınarak hesap yapılır. Buna göre maksimum elek uzunluğu

Lmax = Vsx60 (6) bağıntısından hesaplanır. Burada; Lmax = Maksimum elek uzunluğu (m), Vs = Elek önünde alkımın sürükleme hızı (m/s)’dir. Böylece eleklerle geri dönüş borusu arasındaki en büyük uzunluk bulunabilir. Elek alanı ve uzunluğu bulunduktan sonra seçilen elek geometrisine bağlı alan formülünden elek boyutları belirlenir. Elekten Geçen Debi Çevrilen suyun %90’nına, (bypass) geri dönüş debisi eklenir. Söz gelişi kanaldaki debi 30 m3/s ve geri dönüş debisi 2 m3/s ise proje debisi 32 m3/s olarak alınır. Yaygın Elek Şekilleri Eleklerin geometrisi yapıldıkları yapıya göre değişir. Yaygın kullanılan elek şekilleri şunlardır: 1. Daire enkesitli elek, 2. Kare enkesitli elek 3. Silindir yüzeyli elek, 4. Kutu elek. Bu eleklerin alanları geometri formüllerinden bulunur (NEH, 2007). Daire enkesitliler, boru ucu eleklerinde delikli levha veya dairesel ağ elek kullanılabilir. Kare enkesitlilerde, kare ağ veya kama çubuklar (yarıklar) uygulanır. Kare ağ yerine bazen örgü ağ seçilebilir. Silindir yüzeylilerde, delikli boru tercih edilir. Kutu tipi eleklerde, kutu tipi ağ seçilir. Elek Çapları (Aralığı) Yuvarlak Aralıklar: Eleklerde yuvarlak aralıklar (çaplar) 3,96 mm’den (5/32 parmak) büyük olmamalıdır. Küçük balıklarda bu değer 2,38 mm’yi (3/32 parmak) geçmemelidir. Kare Aralıklar: Eleklerde kare aralıklar köşeden köşeye ölçümde 3,96 mm’yi (5/32 parmak) aşmamalıdır. Yarık Aralıklar: Eleklerde yarık aralıkların genişliği 2,38 mm’den (3/32 parmak) fazla olmamalıdır. Ayrıca yavru balıkları koruma söz konusu ise genişlik 1,75 mm’yi (2,2/32 parmak) aşmamalıdır.


Geri Dönüş Kanalı Tasarımı En kesit alanı: Geri dönüş boru veya kanalla sağlanır. Geri dönüş borusu balıkların geçişine uygun boyutta olmalıdır. Bunların çapı 0,30 m ile 0,60 metre arasında değişir. Bazı ülkelerde bu çapın en az 0,45 m alınması tavsiye edilmektedir. Hız: Geri dönüş borusundaki hızların kanaldaki akım hızına oranları çeşitli balık türleri için literatürde verilmektedir. Kahverengi alabalıklar için bu oran

Vb/Vc > 0,7 (7) olarak verilmiştir. Burada; Vb: Geri dönüş borusundaki hız, Vc: Kanaldaki hızdır. Debi: Geri dönüş kanalındaki debi, elek yapısına yaklaşan akımın %5-10’u kadar olmalıdır. Debi için

Qb = (bxd)Vc (8) süreklilik bağıntısı geçerlidir. Burada; b = geri dönüş kanalının genişliği, d = geri dönüş kanalındaki su derinliğidir. Buradaki hız 0,60 m/s’ den büyük olmalıdır. Bazen bu hız 3,0 m/s’ye çıkabilmektedir.

Eleklerde Yük Kayıpları Balık eleklerindeki hidrolik yük kayıpları dört gruba ayrılabilir: 1. Izgaralarda yük kayıpları, 2. Eleklerde yük kayıpları, 3. Sakinleştiricilerde yük kayıpları, 4.Geri dönüş kanalında yük kayıpları. Izgaralardan Geçişte Yük Kayıpları Izgaralardaki yük kayıpları aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır:

H =7,07 (T/D)2 (SinA/CosB)1,875 [(V2/(2g)] (9)

Burada; H = Yük kaybı (m), T= Izgara çubuğu kalınlığı (mm), V = Akım hız (m/s), A = Izgaraların yatayla yaptığı açı (450 ‘den 900 ‘ye kadar), B= Her çubuğun yönü ile yataktaki akım yönü arasındaki açı, D = Izgara çubuklarında eksenden eksene mesafe (mm)’dir. Maksimum yük kayıplarını tahmin için ızgaraların %50 tıkanacağı düşünülerek hesapta akım hızının iki katı alınabilir. Izgaralar elle temizleniyorsa ızgara kayıpları için Tablo 2 deki değerler alınabilir.

Tablo 2 Izgaralar elle temizleniyorsa ızgara kayıpları. Akım hız (m/s) Izgara yük kaybı (m)

0,30 0,03 0,45 0,09 0,60 0,15

Balık Eleklerinde Yük Kaybı Balık eleklerindeki yük kaybı

H1 = k (Va2/(2g) (10)

bağıntısından bulunur. Burada; H1 = Elekteki yük kaybı (m), k = Kayıp katsayısı, Va

2/(2g) = Elek yüzeyine dik hız yüksekliği (m) ‘dir.


Örgü Ağ Eleklerde k Değeri: Örgü eleklerde k değeri Tablo 3’ten bulunabilir. Tablo 3 Örgü ağ eleklerde k kayıp katsayısı.

Elek açıklık alanı oranı Kayıp katsayısı, k 0,4 3,0 0,6 1,0 1,0 0,0

Delikli Levhalarda k Değeri: Delikli levhalarda k değeri Tablo 4’ten alınabilir.

Tablo 4 Delikli levha için k yük kayıp katsayısı. Elek açıklık alanı oranı Kayıp katsayısı, k

0,15 100 0,35 10 0,70 1,0 0,9 0,1

Kama Profil Eleklerde k Değeri: Kama profil eleklerde k değeri Tablo 5’den alınabilir.

Tablo 5 Kama profil eleklerde k kayıp katsayısı. Elek açıklık alanı oranı Kayıp katsayısı, k

0,1 100 0,3 10 1,0 0,65

Açılı Yerleştirmede k Değeri: Akıma göre açılı yerleştirilen eleklerde yük kayıp katsayısı k, 1,0 den küçük bir sayısı ile çarpılması gerekir. Bu çarpım katsayıları Tablo 6’te verilmiştir.

Tablo 6 Akım yönüne göre elek açısına bağlı kayıp katsayısı düzeltme çarpanı. Akım yönüne göre açı değeri, (derece) Kayıp katsayısı düzeltme çarpanı

0 0,50 30 0,45 60 0,75 90 1,00

Geri Dönüş Borusu İçindeki Yük Kayıpları Geri dönüş borusu açık veya kapalı olabilir. Kapalıda Yük Kaybı: Bu durumda giriş kaybı, çıkış kaybı ve sürtünme kayıpları vardır. Ayrıca düşümler, dirsekler, genişleme ve daralmaların da kayıpları söz konusudur. Giriş kaybı hız yüksekliğinin 0,5 katı, çıkış kaybı hız yüksekliğinin 1,0 katı alınabilir. Sürtünme kayıpları ise Manning, Chezy gibi herhangi bir sürtünme formülü ile bulunabilir.

Elek Yerleştirme İnşaatı Elekler akarsu tabanından en az 3 m yüksekte olmalıdır. Eleklerin yerlerinde sağlam durmaları için taşıyıcı bir kafes sistemi gibi bir sistemle desteklenmeleri gerekir. Elekler yıl boyunca balıkların az yoğunlaşacakları yerlerde ve derinliklerde yerleştirilmelidir.


Elek malzemeleri delikli, örgülü veya yarıklı olmak üzere sağlam bir malzemeden seçilir. Bunlar su geçişini sağlarken balık geçişini fiziksek olarak engeller. Elekte olabildiğince büyük açık alan seçmek diğer proje kriterlerinden daha önemlidir. Paslanma sebebiyle eleğin tıkanmasına karşı paslanmaz çelik veya diğer paslanmaya dayanıklı malzemelerin seçimi tavsiye edilmektedir. Ayrıca elek malzemesi ultraviyole ışınlarına karşı da dayanıklı olmalıdır. Ayrıca fouling’e (biyolojik kirlenme) karşı onu engelleyen malzemeler tercih edilerek biyolojik fouling problemi azaltılır.

Sonuç Dünyadaki gelişmiş ülkelerde balık elekleri ile ilgili mevzuatın tarihi 1890’lara kadar uzanmaktadır. O tarihlerden beri bu konudaki hukuki mevzuatlarını ve teknik kriterlerini sürekli güncelleştirmektedirler. Örnek olarak Oregon Eyaletinde balık eleği mevzuatı 1896’da çıkarılmış ve zaman içinde devamlı güncelleştirilmiştir. Bu çalışmada, Türkiye’de balık elekleri ile ilgili teknik kriterlerin belirlenmesine ve proje standartlarının ortaya konmasına katkı sağlamak ümidiyle balık eleklerinin teknik özellikleri ve projelendirme kriterleri incelenmiştir.

Kaynaklar

Ağıralioğlu, N., Altunkaynak, A., Özger, M., Balov, M.N. (2014) Konaktepe Barajı Ve HES I-II Projesi Balık Geçitleri Fizibilite Çalışması Ön Planlama Raporu, İTÜ İnşaat Fakültesi.

CDFW (California Department of Fish and Wildlife), Inland Fisheries, Engineering Fish Screening Criteria.. www.dfg.ca.gov › Inland Fisheries › Engineering, Fish Screening Criteria -

Clay, C.H. (2000) Design of Fishways and Other Fish Facilities, Lewis Publishers.

Ekren, M. G. (2015) Evaluation of fish passage design: A case study in Vereingate Weiberitz river, İTÜ Fen Bilimleri Enistitüsü, Yüksek Lisans tezi.

NEH (National Engineering Handbook) (2007) Technical Supplement 14N, Fish Passage and Screening Design, Part 654, 56 p.

Nordlund, B. (2008) Design of Fish screens for fish protection at water diversions, National Marine Fisheries Service, 56 p.

USBR (U.S. Department of the Interior | Bureau of Reclamation), (2006) Fish Protection at Water Diversions, A Guide for Planning and Designing Fish Exclusion Facilities.

USBR (U.S. Department of the Interior | Bureau of Reclamation), (2009) Guidelines for Performing Hydraulic Field Evaluations at Fish Screening Facilities, Water Resources Technical Publication.

WDFW (Washington Department of Fish and Wildlife), (2009) Fish Passage Barrier and Surface Water Diversion Screening Assessment and Prioritization Manual, 240 p.


Toprak Dolgu Barajlarda Hazne Seviyesindeki Ani Düşmenin Şev Stabilitesine Etkilerinin Değerlendirilmesi

Melih Çalamak Yard. Doç. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, TED Üniversitesi, 06420, Ankara


Meriç Selamoğlu

Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara Tel: (312) 210 24 84


A. Melih Yanmaz Prof. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara


Öz Toprak dolgu barajlarda çeşitli sebeplerle hazne seviyesinde ani düşüşler olmaktadır. Hazne su seviyesinin ani düşmesi problemine örnek olarak, haznesinde geçici bir süre taşkın suyunu depolayan sel kapanları verilebilir. Genellikle toprak dolgu gövdeden oluşan bir sel kapanı düşük akım dönemlerinde membadan gelen suyu depolama yapmaksızın mansaba aktarır. Taşkın dönemlerinde, hazne giriş akımının yükselmesi esnasında haznedeki su seviyesi, haznenin depolama ve boşaltma kapasitesine bağlı olarak artar. Taşkın pik döneminden sonra çekilme aşamasında ise su seviyesi, yükselme dönemine oranla daha yavaş bir hızla hazneden boşalır. Bu çalışmada, haznenin ani boşalmasının dolgu barajların şev stabilitesine etkileri araştırılmaktadır. Bu bağlamda, gövde yüksekliğinin, hazne boşalma hızının, gövde malzemesi tipinin (homojen veya zonlu) ve şev eğimlerinin stabiliteye etkileri limit denge analizine dayanan bir bilgisayar programı vasıtasıyla araştırılmaktadır. Elde edilen sonuçlara göre bu koşulda toprak dolgu barajların memba şevi stabilitesinin mansaba oranla daha kritik olduğu ortaya konulmuştur. Gerçekleştirilen analizlerde, farklı baraj geometrisi ve malzeme özellikleriyle çeşitli hazne boşalma hızlarının şev stabilitesine etkileri araştırılmıştır. Toprak dolgu barajların tasarım sürecinde ani hazne boşalması durumunun ele alınmasının önemi elde edilen bulgularla vurgulanmıştır. Anahtar sözcükler: Dolgu barajlar, Ani hazne boşalması, Şev stabilitesi, Şev eğimi, Limit denge analizi.


Giriş Hazne seviyesinin ani düşme hali, dolgu barajların karşılaşabileceği en kötü yükleme durumlarından biridir. Özellikle sel kapanı olarak kullanılan kontrolsüz dolgu barajlarda, memba su seviyesi gelen bir taşkınla birlikte bir süre boyunca maksimum seviyede sabit kalabilir. Bu süre boyunca baraj gövdesinde neredeyse kararlı akım durumu oluşur ve memba şevi göreceli olarak büyük bir emniyet katsayısıyla stabilitesini korur. Fakat taşkının çekilme döneminde haznedeki su seviyesi aniden düşer. Bu durumda baraj gövdesindeki boşluk suyu basıncı hazne seviyesi düşmesine rağmen durumunu uzun bir süre korur ve daha sonra zamanla birlikte yavaş yavaş azalmaya başlar. Boşluk suyu basıncının azalma hızı baraj dolgu malzemesinin hidrolik iletkenliğine bağlıdır. Bu hız, düşük hidrolik iletkenliğe sahip killi karışımlardan oluşan dolgu barajlarda oldukça düşüktür. Boşluk suyu basıncının azalma hızı hazne seviyesi düşme hızından yavaş olduğundan bu süre boyunca özellikle barajın memba şevindeki boşluk suyu basıncı şevin kaymasını tetikleyebilmektedir (Fredlund ve diğ., 2011). Baraj haznesinin ani boşalma durumu baraj işletmesinde zaman zaman karşılaşılabilecek bir durum olduğundan kapsamlı olarak araştırılmaktadır. Literatürde, hazne seviyesindeki düşme hızı 0.1 m/gün olan durumlar normal, 0.5 m/gün olanlar önemli, 1.0 m/gün ve daha yüksek olanlar ise olağan dışı düşme hızı olarak tanımlanmıştır (Alonso ve Pinyol, 2009). Bugüne kadar birçok dolgu baraj, haznesinin aniden boşalması nedeniyle memba şevi stabilitesini yitirerek çökmüştür ve bu çökmelerden birçoğu baraj hazne seviyesi yaklaşık yarı seviyesine kadar düştüğünde gerçekleşmiştir (Sherard ve diğ., 1963). Ayrıca, bu çökmelerdeki su seviyesi düşme hızının, normal düşme hızı (0.10-0.15 m/gün) olduğu belirtilmiştir. Gerçek dolgu baraj çökmeleri üzerinde ICOLD (1980) tarafından yapılan bir araştırmaya göre memba şevi kaymalarının üçte biri ani hazne boşalması sebebiyle gerçekleşmektedir. Bunların en önemlilerinden biri Kaliforniya’daki San Luis Barajı memba şevinin 1981’deki ani bir hazne boşalması sebebiyle kaymasıdır. Bu göçmedeki hazne boşalma hızının 0.3 m/gün olduğu ve rezervuar su seviyesindeki değişimin 55 m olduğu Thun (1985) tarafından bildirilmiştir. Bu çalışmada, ani hazne seviyesi düşmelerinin toprak dolgu barajların memba ve mansap şevi stabilitelerine olan etkileri çeşitli koşullar için araştırılmaktadır. Bu amaçla bir homojen dolgu baraj ele alınarak ani hazne boşalması durumu altında, barajın çeşitli geometrik özelliklerinde, farklı hazne boşalma hızlarında ve barajın farklı malzemelerden yapılması halinde şev stabilitesi davranışları incelenmiştir. Bu incelemelerde öncelikle barajın ele alınan durumunun sonlu elemanlar yöntemi ile sızma analizleri gerçekleştirilmiş; daha sonra limit denge analiziyle memba ve mansap şev stabiliteleri analiz edilmiştir. Ele alınan her durum için memba ve mansap emniyet faktörlerinin zamana göre değişimleri incelenmiş ve bahsedilen farklılıkların etkileri ortaya çıkarılmıştır.

Çalışmada Kullanılan Yöntemler Sızma Analizleri Şev stabilitesine etkiyen en önemli unsurlardan biri boşluk suyu basıncı olduğu için, bu analize başlamadan önce boşluk suyu basınçlarının tespit edilmesi gerekmektedir.


Dolgu barajların gövdesindeki zamana bağlı, iki boyutlu sızma Darcy kanunu ile tanımlanmaktadır (Papagianakis ve Fredlund, 1984). Baraj gövdesindeki serbest sızma hattının altındaki bölge doygun alan, üzerindeki zemin alanı ise doygun olmayan bölge olarak adlandırılır. Sızmanın gerçekçi olarak modellenmesi, doygun olmayan zeminde gerçekleşen sızmanın da hesaba katılmasıyla mümkündür. Bu bölgede zeminin hidrolik iletkenliği doygun bölgeninkinden oldukça farklıdır ve zeminin su muhtevası ve basınç arasındaki ilişkisiyle belirlenmektedir (Pham ve diğ., 2005). Zeminin su muhtevası ve basınç arasındaki ilişkisi zemin-su karakteristik eğrisiyle tanımlanır ve bu eğri çeşitli matematiksel modellerle (Gardner, 1956; Mualem, 1976; van Genuchten, 1980; Fredlund ve Xing, 1994) belirlenebilir. Bu modellerin en bilineni van Genuchten modelidir. Bu çalışmada barajın doygun olmayan kısmındaki sızmanın belirlenmesinde bu model kullanılmıştır. Dolgu barajın gövdesindeki boşluk suyu basıncının tayini iki boyutlu Darcy denkleminin belirli başlangıç ve sınır koşulları altında çözülmesiyle mümkündür. Bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemiyle çözümlemelerin yapıldığı SEEP/W (Geo-Slope Int Ltd, 2013a) yazılımı kullanılarak sızma analizleri gerçekleştirilmiş ve baraj gövdesindeki boşluk suyu basınçları tayin edilmiştir. Bilgisayar destekli sızma analizleriyle ilgili daha geniş bilgi Çalamak (2014) ve Çalamak ve Yanmaz (2014) kaynaklarında bulunabilir. Şev Stabilitesi Analizleri Şev stabilitesi hesaplamaları genellikle limit denge analiziyle gerçekleştirilir. Bu analizde, kayan zemin kütlesinin yer çekimi ve boşluk suyu etkileri altındaki denge durumu incelenir. Kayması olası zemin kütlesini tutan ve harekete geçiren kuvvetler, momentler ya da gerilmeler karşılaştırılır. Bu karşılaştırmada, tutan ve harekete geçiren etkenler oranlanır ve şevin emniyet faktörü bulunur. Emniyet faktörünün 1.0’den küçük olması şevin stabil olmadığını gösterir. Analizler Dilim Yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemde kayma olasılığı bulunan zemin kütlesi düşey dilimlere bölünür ve her bir dilime etkiyen kuvvetler (dilim ağırlığı (W), dilim taban normal (N) ve kesme (S) kuvvetleri ve dilimler arası normal (EL, ER) ve kesme (XL, XR) kuvvetleri) belirlenir (Craig, 2004) (bkz. Şekil 1).

Şekil 1 Dilim Yöntemi ile şev stabilitesi analizi (Geo-Slope Int Ltd, 2013b). Emniyet faktörü en genel haliyle moment (FSm) ve kuvvet (FSk) dengeleri için sırasıyla Denklem (1) ve Denklem (2) ile hesaplanabilir (Geo-Slope Int Ltd, 2013b):


DdNfWxRuNRc

FSm

tan)(

(1)

cosDsinN

costan)uN(coscFSk

(2)

Yukardaki denklemlerde c', efektif kohezyon, ϕ', efektif içsel sürtünme açısı, N, dilim tabanındaki normal kuvvet, W, dilim ağırlığı, α, dilim alt yüzeyinin eğimi, u, boşluk suyu basıncı, D, noktasal yük, β, R, x, f, d ve ω ise geometrik değişkenlerdir. Dilim Yöntemi ile şev stabilitesi hesaplamaları için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan bir kısmı sadece kuvvet veya moment dengesini göz önünde bulundururken diğerleri, hem kuvvet hem de moment dengelerini göz önünde bulundurmaktadır. Bu yöntemlerden bazıları Tablo 1’de sunulmuştur.

Tablo 1 Dilim Yöntemi’nde kullanılan yöntemler ve kabulleri

Yöntem Gereken denge tipi Göz önünde bulundurulan dilimler arası kuvvetler

Fellenius Moment dengesi - Bishop Moment dengesi Dilimler arası normal kuvvet Janbu Kuvvet dengesi Dilimler arası normal kuvvet

Morgenstern-Price Moment ve kuvvet dengesi Dilimler arası normal ve kesme kuvvetleri

Spencer Moment ve kuvvet dengesi Dilimler arası normal ve kesme kuvvetleri

Dilim Yöntemi’nde kullanılan Morgenstern–Price ve Spencer yaklaşımları hem kuvvet ve moment dengelerini hem de dilimler arası tüm kuvvetleri gözetmektedir. Dolayısıyla bu teknikler şev stabilitesi analizlerinde en güçlü ve hassas yöntemler olarak nitelendirilmektedir (Malkawi ve diğ., 2000; Geo-Slope Int Ltd, 2013b). Bu çalışmadaki şev stabilitesi analizlerinde Morgenstern-Price yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca bazı çözümler karşılaştırma amacı ile Fellenius metodu ile gerçekleştirilmiştir. Dilimler arası kuvvetlerin hesaplanmasında emniyet faktörü de kullanıldığından bu yöntemlerle yapılan analizler ardışık (iteratif) çözümleme ile gerçekleştirilmiştir. Şevin kritik kayma yüzeyi çeşitli teknikler kullanılarak belirlenebilir. Bunlardan bazıları optimizasyon yöntemi (Bolton ve diğ., 2003; Zolfaghari ve diğ., 2005), rasgele sonlu elemanlar yöntemi (Griffiths ve Fenton, 2004) ve bu çalışmada da kullanılan deneme yöntemidir. Bu bağlamda kritik kayma yüzeyi (minimum emniyet faktörüne sahip kayma yüzeyi) yüzlerce kayma yüzeyi ve kayma merkezi sınanarak tespit edilmiştir. Bu çalışmadaki şev stabilitesi analizleri SLOPE/W yazılımı (Geo-Slope Int Ltd, 2013b) kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Uygulama Bu çalışma kapsamında bir homojen toprak dolgu barajın hazne seviyesinin ani olarak düşmesinin çeşitli koşullar altında şev stabilitesine olan etkileri araştırılmaktadır. Ele alınan örnek baraj USBR (1987) kriterlerine göre boyutlandırılmıştır. Yüksekliği 25 m olan baraj, homojen dolgu olarak killi kumdan yapılmıştır. Barajın memba şevi eğimi 1D:3.0Y, mansap şevi eğimi ise 1D:2:0Y’dır. Başlangıç koşulunda barajın membaında 23 m’lik su yükü bulunmakta iken mansabında kuyruk suyu bulunmamaktadır. Ayrıca,


barajın geçirimsiz bir zemin üzerine inşa edildiği varsayılmıştır. Ele alınan baraj Şekil 2’de gösterilmiştir. Baraj malzemesinin özellikleri barajın sızma ve şev stabilitesi davranışlarını büyük ölçüde belirlediğinden bu özellikler literatürde gerçek veriler içeren kaynaklardan alınmıştır. Bu bağlamda dolgu malzemesinin hidrolik iletkenliği 3.33×10-7 m/s (Carsel ve Parrish, 1988), kuru birim ağırlığı 18.2 kN/m3; kohezyonu 34.5 kN/m2; ve içsel sürtünme açısı 34º alınmıştır (USBR, 1987).

Şekil 2 Analiz edilen homojen dolgu barajın gövde kesiti.

Çalışmadaki barajın hazne su seviyesinin ani boşalma durumu barajın membaına atanan sınır koşuluyla belirlenmiştir. Bu sınır koşulunda, barajın membaında başlangıç durumundaki 23 m’lik su seviyesi 4 gün içinde doğrusal olarak 3 m’ye düşürülmüştür. Bu durum, 5 m/gün’lük bir boşalma hızına karşı gelen olağan dışı hızlı bir boşalma olup, kontrolsüz sel kapanlarında taşkının çekilme döneminde görülmesi olasıdır. Barajın şev stabilitesi analizleri Fellenius ve Morgenstern-Price yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar memba ve mansap şevleri için Şekil 3’te sunulmuştur. Bu grafiklerde şevlerin kaymaya karşı olan emniyet faktörünün zamanla değişimleri gösterilmiştir. Şekil 3(a)’dan anlaşılacağı üzere memba şevi emniyet faktörü haznenin boşalmasıyla birlikte aniden düşmektedir. Emniyet faktörü minimum bir değere ulaştıktan sonra bir miktar yükselerek sabit bir değere yaklaşmaktadır. Emniyet faktörünün bu davranışı ani hazne boşalmasıyla membadaki suyun şevi tutan etkisinin ortadan kalkması ve bu sürede şevi kaydıran boşluk suyu basıncının baraj gövdesinde bulunmasıdır. Bir süre sonra, boşluk suyu basıncının gövdedeki suyun tahliyesiyle azalması nedeniyle şevin emniyet faktörü artmaktadır. Boşluk suyunun tahliye olmasının tamamlanmasıyla, emniyet faktörü maksimum değerine ulaşmakta ve bu değerde sabit kalmaktadır. Mansap şevinde ise emniyet faktörü düzenli olarak artmaktadır (bkz. Şekil 3(b)). Bunun sebebi burada şevi kaydırmaya çalışan boşluk suyu basıncının sürekli olarak azalmasıdır. Boşluk suyu basıncının tamamen ortadan kalkmasıyla buradaki emniyet faktörünün de sabit değerine ulaşacağı açıktır. Yalnız, memba şevinin aksine mansap şevinin emniyet faktöründeki değişimler çok küçük mertebelerde olmaktadır. Haznenin ani boşalması öncesi ve sonrasında oluşan emniyet faktörleri arasındaki fark membada %45 mertebesindeyken mansapta sadece %3’tür. Her iki yöntem karşılaştırıldığında ise Fellenius yöntemiyle hem membada hem de mansapta daha küçük emniyet faktörlerinin hesaplandığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla bu yöntemin tasarımcıyı daha güvenli tarafta bırakacağı düşünülebilir. Fakat Morgenstern-Price yönteminin dilimler arası kuvvetleri de göz önünde bulundurduğu düşünüldüğünde, bu yöntemin daha gerçekçi olduğu ve daha hasas emniyet faktörleri verdiği söylenebilmektedir.

1D:3.0Y 1D:2.0Y

25 m

8 m

23 m

Geçirimsiz zemin

Killi kum homojen dolgu

Ani boşalma başlangıç seviyesi

3 m


Şev Eğimi ve Baraj Yüksekliğinin Şev Stabilitesine Etkisi Çalışma kapsamında şev eğimlerinin ve baraj yüksekliğinin stabiliteye olan etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, sabit baraj yüksekliği için 1D:1.5Y (33º), 1D:2.0Y (26.5º), 1D:3.0Y (18.4º), 1D:4.0Y (14º) memba ve mansap eğimlerinde şev stabiliteleri irdelenmiş ve sonuçlar Şekil 4’te sunulmuştur. Bunların yanında sabit yanal eğimler için 25 m, 50 m ve 100 m yükseklikteki barajların şev stabiliteleri incelenmiş ve elde edilen bulgular Şekil 5’te gösterilmiştir. Sonuçlara göre hem memba hem de mansapta eğimin azalmasıyla birlikte şev topuğunda ve olası kayma düzleminde kayma gerilmeleri azalmakta ve dolayısıyla şevin stabilitesi artmaktadır. Bunun aksine, baraj yüksekliği sabit eğimlerle artırıldığında şevin ağırlığı artmakta; bu da olası kayma düzleminde gelişen kayma gerilmelerini arttırmaktadır. Dolayısıyla da şevin stabilitesi azalmaktadır.

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 20 40 60 80 100

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (Gün)

Fellenius yöntemiMorgenstern-Price yöntemi 1.60

1.64

1.68

1.72

1.76

0 20 40 60 80 100

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (Gün)

Fellenius yöntemiMorgenstern-Price yöntemi

Şekil 3 (a) Memba; (b) Mansap şevi emniyet faktörlerinin zamana göre değişimi.

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 20 40 60 80 100

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

Eğim: 1D:1.5YEğim: 1D:2.0YEğim: 1D:3.0YEğim: 1D:4.0Y

1.0

2.0

3.0

4.0

0 500 1000 1500 2000 2500

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

Eğim: 1D:1.5YEğim: 1D:2.0YEğim: 1D:3.0YEğim: 1D:4.0Y

Şekil 4 (a) Memba; (b) Mansap şevi emniyet faktörünün eğime göre değişimi.

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 10 20 30 40

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

25 m50 m100 m

1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

0 500 1000 1500 2000 2500

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

25 m50 m100 m

Şekil 5 (a) Memba; (b) Mansap şevi emniyet faktörünün yüksekliğe göre değişimi.

(a) (b)

(a) (b)

(a) (b)


Hazne Boşalma Hızının Şev Stabilitesine Etkisi Çalışmada hazne boşalma hızının barajın memba ve mansap stabilitelerine etkileri de incelenmiştir. Bu amaçla, 2 m/gün, 5 m/gün ve 10 m/gün olmak üzere üç farklı baraj boşalma hızında baraj şevlerinin kaymaya karşı emniyet faktörleri hesaplanmıştır. Memba ve mansap şevlerinin emniyet faktörlerinin değişimleri sırasıyla Şekil 6(a) ve Şekil 6(b)’de verilmiştir. Memba şevinin davranışı incelendiğinde buradaki minimum emniyet faktörünün her üç boşalma hızında da değişmediği ve minimum emniyet faktörüne ulaşma hızının boşalma hızı azaldıkça arttığı görülmüştür. Bunun sebebi boşalma hızıyla birlikte boşluk suyu basıncının azalma hızının artmasıdır. Diğer yandan mansap şevi emniyet faktörü büyüklüklerinin ve davranışının her üç boşalma hızında da neredeyse değişmediği gözlemlenmiştir. Bunun sebebi ise memba şartlarının mansap tarafındaki boşluk suyu basınçlarına olan etkisinin ihmal edilecek düzeyde olmasıdır.

1.5

2.5

3.5

4.5

0 10 20 30 40 50

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

10 m/gün5 m/gün2 m/gün

1.64

1.66

1.68

1.70

1.72

0 20 40 60 80 100

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

10 m/gün5 m/gün2 m/gün

Şekil 6 (a) Memba; (b) Mansap şevi emniyet faktörünün hazne boşalma hızlarına göre

değişimi. Malzeme ve Gövde Tipinin Şev Stabilitesine Etkisi Baraj malzemesinin ve gövde tipinin şev stabilitesine olan etkileri de bu çalışmada araştırılmıştır. Bu amaçla, çalışmada ele alınan homojen dolgu barajın geometrik özellikleri, başlangıç ve tüm sınır koşulları sabit tutularak baraj kil çekirdekli basit zonlu bir baraja dönüştürülmüştür. Kabuk malzemesi olarak kum-çakıl karışımı seçilmiş, filtre tabakası ihmal edilmiştir. Basit zonlu barajın en-kesit görünümü Şekil 7’de sunulmuştur. Baraj malzemesinin özellikleri ise şöyle alınmıştır. Hidrolik iletkenlik, kuru birim ağırlık, kohezyon ve içsel sürtünme açısı dolgu ve çekirdekte sırasıyla 8.80×10-5 m/s ve 7.22×10-7 m/s (Carsel ve Parrish, 1988; Zeng ve diğ, 2012); 24 kN/m3 ve 18.5 kN/m3; 0 kN/m2 ve 150 kN/m2; 42º ve 0º (Çinicioğlu, 2012).

Şekil 7 Ele alınan kil çekirdekli kum-çakıl dolgu baraj.

1D:3.0Y 1D:2.0Y

25 m

4 m

Geçirimsiz zemin

Kil 3 m

1D:0.425Y 1D:0.425Y

Kum-çakıl dolgu

Kum-çakıl dolgu

2 m

23 m

Ani boşalma başlangıç seviyesi 2 m

(a) (b)


Öncelikle barajın sızma analizleri, daha sonra şev stabilitesi hesaplamaları yapılmıştır. Memba şevi stabilitesi daha kritik olduğundan sonuçlar yalnızca bu şev için ve homojen dolgu barajınkilerle birlikte Şekil 8’de verilmiştir. Daha öncekilere benzer bir biçimde şevin emniyet faktörü her iki baraj tipi için de öncelikle azalmış ve daha sonra artmıştır. Yalnız, her iki barajda malzeme özelliklerinin farklı olmasından ötürü emniyet faktörünün davranışı da farklı olmuştur. Basit zonlu barajın memba şevinin stabilite özelliklerini, kum-çakıl dolgu kısmı belirlemektedir. Buradaki malzemenin hidrolik iletkenliğinin homojen baraj malzemesi olan killi kum karışımından büyük oluşu, buradaki boşluk suyunun daha hızlı bir biçimde tahliye olmasını sağlamıştır. Dolayısıyla zonlu barajın memba şevi emniyet faktörü homojen barajınkine kıyasla daha önce ve daha hızlı artmaya başlamaktadır. Basit zonlu barajın şev emniyet faktörü nihai değerine yine hızla ulaşırken, homojen barajın boşluk suyunun boşalması ve emniyet faktörünün artması yavaşça gerçekleşmektedir. Nihai emniyet faktörleri incelendiğinde ise (boşluk suyu basıncı etkisini yitirmeye başladığında, t=1000 günde), homojen barajın basit zonlu baraja göre stabilitesinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Bunun sebebi ise killi kum karışımının hem belli bir kohezyona hem de içsel sürtünme açısına sahip olması ve zonlu barajın kabuk malzemesi olan kum-çakıl karışımının yüksek içsel sürtünme açısına sahip olmasına karşın kohezyonsuz olmasıdır.

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 200 400 600 800 1000

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

Homojen dolgu barajBasit zonlu baraj

Şekil 8 Memba şevi emniyet faktörünün baraj tipine göre değişimi.

Sonuçlar

Bu çalışmada dolgu barajlardaki ani hazne boşalmasının şev stabilitelerine olan etkileri farklı koşullar için araştırılmıştır. Bu amaçla ele alınan barajın önce sonlu elemanlar yöntemiyle zamana bağlı sızma analizi gerçekleştirilmiş; sonra da limit denge analiziyle şev stabilitesi hesapları yapılmıştır. Ele alınan barajların bahsedilen sınır koşulunda memba ve mansap şevleri emniyet faktörünün zamanla değişimleri araştırılmıştır. Elde edilen ilk sonuçlara göre bu durumda memba şevi stabilite davranışının mansabınkinden daha kritik olduğu gözlemlenmiştir. Memba şevi emniyet faktörü zamanla birlikte hızla azalıp, daha sonra yavaşça artmaktayken, mansap şevi emniyet faktörü zamanla birlikte artmaktadır. Memba şevi emniyet faktörünün azalmadan sonraki artışının ilk durumdaki emniyet faktörüne ulaşacak kadar olmadığı görülmüştür. Ayrıca, şev stabilitesi hesaplarında sıklıkla kullanılan yöntemlerin farklılıklarını ortaya koymak için yapılan

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 10 20 30 40 50

Emni

yet f

aktö

rü

Zaman (gün)

Homojen dolgu barajBasit zonlu baraj


karşılaştırmada Fellenius yönteminin daha küçük emniyet faktörleri verdiği görülmüş, fakat dilimler arası kuvvetleri de hesaba kattığından Morgenstern-Price yönteminin daha gerçekçi sonuçlar verdiği vurgulanmıştır. Malzeme özellikleri sabit bir dolgu baraj için şev eğiminin ve baraj yüksekliğinin artması, ani hazne boşalması durumunda şevlerin kaymaya karşı emniyet faktörünü azaltmaktadır. Bu durumlarda, benzer bir biçimde, memba şevi emniyet faktörü önce hızla azalıp daha sonra artarken, mansap şevi emniyet faktörü zamanla artmaktadır. Hazne boşalma hızının memba ve mansap şevleri emniyet faktörlerinin davranışına çok büyük etkilerinin olmadığı gözlemlenmiştir. Geometrik özellikleri sabit, malzemeleri farklı dolgu barajlar için yapılan şev stabilitesi analizlerinde ise malzemelerin hem hidrolik iletkenliklerinin hem de zemin dayanım parametrelerinin farklılıklarından dolayı emniyet faktörü davranışlarının farklı olduğu görülmüştür. Yüksek hidrolik iletkenliğe sahip kabuk malzemesinden oluşan kil çekirdekli dolgu barajlarda memba şevi emniyet faktörü, ani hazne boşalmasında, hızla azalıp yükselirken düşük hidrolik iletkenlikli homojen barajlarda uzun bir sürede değiştiği gözlemlenmiştir. Bu tip çalışmaların dolgu barajların tasarımı ve işletim esaslarına katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Kaynaklar Alonso, E. ve Pinyol, N. (2009) Slope stability under rapid drawdown conditions. First Italian Workshop on Landslides, s. 11–27. http://hdl.handle.net/2117/11200.

Bolton, H., Heymann, G. ve Groenwold, A. (2003) Global search for critical failure surface in slope stability analysis. Engineering Optimization, Vol. 35, No. 1, pp. 51–65.

Carsel, R.F. ve Parrish, R.S. (1988) Developing joint probability distributions of soil water retention characteristics. Water Resources Research, Vol. 24, No. 5, 755–769.

Craig, R.F. (2004) Craig’s Soil Mechanics (7th Edition). Spon Press, Londra, İngiltere.

Çalamak, M. (2014) Uncertainty Based Analysis of Seepage through Earth-fill Dams, Doktora Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.

Çalamak, M. ve Yanmaz, A. M. (2014) Probabilistic Assessment of Slope Stability for Earth-fill Dams Having Random Soil Parameters. 5th International Symposium on Hydraulic Structures and Society: Engineering Challenges and Extremes, Brisbane, Avustralya.

Çinicioğlu, Ö. (2012) Temeller, Derin Kazılar, Şevler, Heyelanlar. Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 14. Ulusal Kongresi, Isparta, Türkiye.

Fredlund, D.G. ve Xing, A. (1994) Equations for the soil-water characteristic curve. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 31, No.4, pp. 521–532.

Fredlund, M., Lu, H. ve Feng, T. (2011) Combined Seepage and Slope Stability Analysis of Rapid Drawdown Scenarios for Levee Design. American Society of Civil Engineers Geo-Frontiers 2011, ss. 1595–1604, Dallas, Texas, ABD.


Gardner, W. (1956) Mathematics of isothermal water conduction in unsaturated soils. International Symposium on Phsico-Chemical Phenomenon in Soils, ss. 78–87, Washington, D.C., ABD.

Geo-Slope Int Ltd. (2013a) Seepage Modeling with SEEP/W. Geo-Slope International Ltd., Calgary, Kanada.

Geo-Slope Int Ltd. (2013b) Stability Modeling with SLOPE/W. Geo-Slope International Ltd., Calgary, Kanada.

Griffiths, D. ve Fenton, G. (2004) Probabilistic Slope Stability Analysis by Finite Elements. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 130, No. 5, pp. 507–518.

Malkawi, H.A.I., Hassan, W.F. ve Abdulla, F.A. (2000) Uncertainty and reliability analysis applied to slope stability. Structural Safety, Vol. 22, No. 2, pp. 161–187.

ICOLD (1980) Deterioration of dams and reservoirs: Examples and their analysis. International Commission on Large Dams, Paris, Balkema, Rotterdam.

Mualem, Y. (1976) A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research, Vol. 12, No. 3, pp. 513–522.

Papagianakis, A.T. ve Fredlund, D.G. (1984) A steady state model for flow in saturated–unsaturated soils. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 21, No. 3, pp. 419–430.

Pham, H.Q., Fredlund, D.G. ve Barbour, S.L. (2005) A study of hysteresis models for soil-water characteristic curves. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 42, No. 6, pp. 1548–1568.

Sherard, J.L., Woodward, R. J. ve Gizienski, S. F. (1963) Earth and Earth Rock Dams: Engineering Problems of Design and Construction. John Wiley and Sons, New York, ABD.

Thun, L. Von. (1985) San Luis Dam Upstream Slide. International Conference on Soil Mech. Found. Eng., ss. 2593– 2598.

USBR. (1987) Design of Small Dams. United States Bureau of Reclamation, Washington, ABD.

van Genuchten, M.T. (1980) A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils1. Soil Science Society of America Journal, Vol, 44 No. 5, pp. 892–898.

Zeng, C., Wang, Q. ve Zhang, F. (2012) Evaluation of Hydraulic Parameters Obtained by Different Measurement Methods for Heterogeneous Gravel Soil. Terrestrial, Atmospheric & Oceanic Sciences, Vol. 23, No. 5, pp. 585–596.

Zolfaghari, A. R., Heath, A. C. ve McCombie, P. F. (2005) Simple genetic algorithm search for critical non-circular failure surface in slope stability analysis. Computers and Geotechnics, Vol. 32, No. 3, pp. 139–152.


SSB Barajlarda Birinci ve İkinci Seviye Termal Analizin Karşılaştırılmasına Yönelik Bir Sayısal Model Çalışması

İnş. Müh. Mesut Yapmış, İnş. Yük. Müh. Mustafa Selvi E-Posta: [email protected]

Dr. İnş. Y. Müh. İhsan Kaş E-Posta: [email protected]

Turan Güneş Bul. Cezayir Cad. 718.Sokak No:14 Çankaya Ankara Eser Proje ve Mühendislik A.Ş Tel: (0312) 408 00 00

Öz

Silindirle Sıkıştırılmış Beton (SSB) malzemesi 1970’li yıllardan beri kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte hem dünya çapında hem de ülkemizde tamamlanan ve inşaatı devam eden SSB baraj sayısı giderek artmaktadır. Geleneksel betona göre düşük hidratasyon ısısına sahip olması, hızlı imalat ve daha kolay yerleştirme imkanı sağlaması nedeniyle tercih edilmektedir. Kütle betonu olarak büyük hacimlerde dökümü yapılan geleneksel betonda, hidratasyon ısısı nedeniyle ortaya çıkan yapısal çatlaklar SSB baraj tasarımında da dikkat edilmesi gereken bir husustur. İçeriğinde bulunan çimentonun azlığı nedeniyle teorik olarak geleneksel betona göre daha az hidratasyon ısısı çıkarması beklenen SSB barajlarda, gövde hacminin büyüklüğü ve SSB imalat teknolojisi termal analiz ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Çevresel şartlara bağlı olarak (hava veya su sıcaklığı, temel kayası koşulları vs.) dökümü tamamlanan SSB’de ısı artışı veya ısı azalışı meydana gelir. Daha sonra zamanla soğuma başlar ve hacimsel bir azalma oluşur. Eğer bu hacimsel azalma betonu dışardan çevreleyen temel kayası, bitişik kütle betonu gibi engellerle tutulur ise betonun çatlamasına neden olabilecek çekme gerilmeleri ortaya çıkar. Çekme gerilmelerinin boyutları, barajın hangi bölgelerinde hangi yoğunlukta oldukları gibi detaylar SSB barajlarda birinci, ikinci ve üçüncü seviye olarak adlandırılan termal analizlerin yapılmasıyla ortaya çıkarılmaktadır. Bu çalışmada, kati ve uygulama projeleri tamamlanmış, inşaat aşamasındaki yüksek bir SSB baraj için yapılan birinci ve ikinci seviye termal analizlere ait detaylar hakkında bilgi verilecektir. Anahtar sözcükler: SSB, Termal analiz, Termal çatlak, Sonlu elemanlar, Adiyabatik sıcaklık

Giriş

Hemen tüm baraj inşaatlarında doğayla olan mücadele inşaat süresinin planlanandan daha uzun olmasına sebep olabilmektedir. Dolayısıyla güvenlik tedbirlerini bir kenara bırakmadan inşaat hızı ne kadar çok artırılırsa doğayla olan mücadele süresi de o oranda azalacaktır. Buna ek olarak inşaat maliyeti de azalacak ve baraj çok daha kısa sürede faaliyete geçecektir.


Özellikle son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte SSB barajlar “yeni nesil” olarak adlandırılan barajlar arasında yerini almıştır. Bu barajlar düşük çimento dozajına sahip olması ve teknolojisi gereği daha hızlı inşa edilmeleri nedeniyle geleneksel beton barajlara göre daha çok tercih edilmektedirler. Söz konusu malzeme beton olduğu için hızlı imalat sırasında ortaya çıkacak ısı da önem kazanmaktadır. Çünkü çevresel koşullara ek olarak ortaya çıkan hidratasyon ısısı betonun dayanımını olumsuz yönde etkilemekte ve hatta ciddi çatlakların oluşmasına neden olabilmektedir. SSB barajlar ile ilgili termal analizler, bu tip barajların sayısının artması ve gelişen bilgisayar teknolojisi ile birlikte akademik çevrelerde, baraj tasarımı ile ilgilenen kamu kurumları ve özel sektör firmaları arasında son yıllarda güncelliğini artıran konular arasındadır. Bu çalışma termal analiz konusunda sonlu elemanlar yönteminin kullanımına bir örnek teşkil etmektedir. Ayrıca, detayları ilerleyen sayfalarda verilen termal analiz seviyelerinin tasarımcı için ne ifade ettiğinin ve kullanım amaçlarının açıklanması bu çalışmanın bir diğer amacıdır.

Isı Transferi İçin Temel Kavramlar

Beton içinde meydana gelen ısı transferini anlamak için öncelikle betonun termal açıdan sahip olduğu bazı özelliklerin anlaşılması gerekmektedir. Termal iletkenlik Isıyı transfer etme hızı veya transfer edebilme oranıdır. Betonun sahip olduğu su içeriği, yoğunluğu ve sıcaklık ısıl iletkenliği doğrudan etkilemektedir. Betonun üretildiği agreganın kökenine göre (bazalt, kireçtaşı vs.) değişiklik göstermektedir. Termal yayılım kapasitesi Betonun sıcaklık değişimine uyum sağlayabilme yeteneği olarak tarif edilebilir. Termal yayılım kapasitesi iyi olan bir beton kolaylıkla sıcaklık değişimlerine eşlik etmektedir. Matematiksel olarak termal iletkenliğin özgül ısı ve yoğunluk değerlerinin çarpımına bölünmesiyle elde edilir. Özgül ısı Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 ˚C derece yükseltebilmek için gerekli olan ısı enerjisidir. Farklı özelliklere sahip betonlar için hemen hemen aynıdır ve 0.75 kJ/kg ˚C alınabilir. Termal genleşme katsayısı Sıcaklık değişimiyle birlikte birim boyda meydana gelen değişimi veren katsayıdır. Betonun 20 ˚C’deki genleşme katsayısı ortalama olarak 12 x 10-6 / ˚C’dır. Hidratasyon ısısı Su ve çimento reaksiyonu uzun bir periyot boyunca önemli miktarda ısı ortaya çıkmasına neden olan bir reaksiyondur. Hidratasyon ısısını asıl belirleyen bileşen çimentodur. 28 günlük bir karışımda hidratasyon ısısı 70-110 cal/g arasındadır.


Bir cisimdeki ısı transferi, sıcaklık değişiminin lineer fonksiyonu olan ve Fourier Kanunu ile açıklanan bir kavramdır. Formüle edilirse;

(Amberg,2003)

Formülde x doğrultusundaki ısı transferi, ise termal iletkenliktir. Beton içinde ortaya çıkan ısı zamanla dengeye ulaşacağından ısı akışı değişimi aşağıdaki bileşenler ile tariflenebilir;

(Amberg,2003)

Burada Rh hidratasyon ısısı değişimi olup beton gövde içindeki enerji değişimini gösterir. yoğunluk, c ise özgül ısıdır.

SSB Barajlarda Termal Analiz Seviyeleri

SSB baraj için yapılacak termal analiz, elle yapılabilen bir hesap olabileceği gibi kompleks bir bilgisayar programı kullanımını da gerektirebilmektedir. Temel olarak analiz seviyeleri basitten karmaşığa doğru 1., 2. ve 3. seviye olarak adlandırılmaktadır. Seviye 1 ve seviye 2 için USACE 1110-2-542 sayılı kaynak, seviye 3 için ise 1110-2-536 sayılı kaynak temel referanslar olarak kullanılabilir. Tasarım mühendisleri açısından herhangi bir projede bu seviyelerden hangisinin kullanılacağı, aşağıda verilen iki başlığın açığa çıkarılması açısından önemlidir.

a) Gövde boyunca oluşturulacak düşey derzlerin aralıkları ve yerleri, b) Maksimum SSB yerleştirme sıcaklığı.

Bu iki başlık termal çatlakların ortaya çıkış ve ilerleyiş mekanizmalarının belirlenmesi açısından önemlidir. Çünkü çatlaklar SSB bir barajda görüntünün bozulmasına, sızma problemlerine ve hatta ileri seviyede yapı bütünlüğünün bozulmasına neden olabilmektedir. Birinci Seviye Termal Analiz Birinci seviye termal analiz için kabullere, çeşitli basit hesaplara, proje yapımı sırasında elde edilen verilere ve basılı kaynaklardan alınacak bazı değerlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu değerlerin temin edilmesiyle birlikte basit matematiksel işlemlerin ardından, proje için öngörülen çatlak genişliği esas alınarak gövde boyunca maksimum derz aralığı hesaplanabilmektedir. İkinci Seviye Termal Analiz Birinci seviye analizden daha detaylı bir analizdir. Daha çok bilgisayar programları yardımıyla gövde içindeki sıcaklık değişimi, yüzeydeki ve gövde içindeki birim şekil değiştirmeler bu seviye analiz ile elde edilebilmektedir. Olası çatlakların, yapı üzerindeki etkisinin ciddi sorunlara neden olabileceği düşünülüyor ise ikinci seviye termal analiz yerine üçüncü seviye analize geçilmelidir.


Birinci Seviye Termal Analiz Prosedürü ve Elde Edilen Sonuçlar

Birinci seviye termal analiz için gerekli girdiler, kavramsal olarak bildirinin önceki bölümlerinde verilmiştir. Birinci seviye termal analiz sırasında yapılan işlemler son derece basittir. Fakat girdiler ne kadar sağlıklı ise alınan sonuç da o kadar hassas olmaktadır. Bu seviye analizde, SSB’un bütünsel olarak tek seferde dökülüp inşaatın tamamlandığı kabul edilmektedir. Bu seviyedeki analiz, excel programı yardımıyla hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Analize ait çıktılar Tablo 1 ve Şekil 1’de verilmiştir.

Tablo 1 Proje Verileri Ve Analizde Kullanılan Katsayılar.

Şekil 1 Birinci seviye termal analiz özeti

Kullanılan Bilgisayar Programı Ve Sayısal Analiz Bilgisayar Programı Sonlu eleman modeli ile yapılan termal analizde TNO DIANA isimli bilgisayar programı kullanılmıştır. TNO DIANA Versiyon 9.4, inşaat mühendisliğinin farklı disiplinlerinde etkin olarak kullanılabilen çok amaçlı bir sonlu eleman programıdır. Yazılım kendi içinde çok sayıda malzeme modeli barındırmaktadır. Benzer şekilde analiz çeşitliliği ve modelde kullanılacak eleman tipleri açısından da oldukça geniş bir kütüphaneye sahiptir.

Beton ElastisiteModülü (MPa)

Temel Elastisite

Modülü (MPa)

Temel Sınırlama

EtkiKatsayısı

Çimento(kg/m³)

Uçucu Kül

(kg/m³)

Eşdeğer ÇimentoMiktarıÇ+0.5*P

Kret Uzunluğu

(m)

Varsayılan Çatlak

Genişliği(mm)

Yapı Sınırlama

Etki Katsayısı

2,5 1 17750

Ç P A Y W Kr

13000 0,65

PROJE VERİLERİ VE TEMEL KATSAYILAR

Ec Ef Kf

100 40 120 450,00

Aylar

Ort.Sıc. ( ˚ C)

T'

Bir ÖncekiAy Ort.

Sıc.( ˚ C) T

DF='-

0.67*(B-T)+B+1.1

G='0.67* (T'-F)+F+1.1

H=( C+G) ( B ) J= ( H-B )E=

( J*N*Kf*Kr)K=(E-D )

L= (Y*K)/1000

M= ( L / W )

N= ( Y / M)

Ocak 5,30 7,5 90 10,81 8,22 27,64 14,2 13,44 86,96 -3,04 0,00 0,00 0,00

Şubat 5,80 5,3 90 9,34 8,07 27,49 14,2 13,29 85,98 -4,02 0,00 0,00 0,00

Mart 7,60 5,8 90 9,67 9,38 28,81 14,2 14,61 94,49 4,49 2,02 0,81 556,66

Nisan 12,10 7,6 90 10,88 12,80 32,22 14,2 18,02 116,57 26,57 11,95 4,78 94,11

Mayıs 16,70 12,1 90 13,89 16,87 36,30 14,2 22,10 142,93 52,93 23,82 9,53 47,23

Haziran 21,30 16,7 90 16,98 20,97 40,40 14,2 26,20 169,44 79,44 35,75 14,30 31,47

Temmuz 23,70 21,3 90 20,06 23,60 43,02 14,2 28,82 186,42 96,42 43,39 17,36 25,93

Ağustos 23,70 23,7 90 21,67 24,13 43,55 14,2 29,35 189,85 99,85 44,93 17,97 25,04

Eylül 20,20 23,7 90 21,67 21,78 41,21 14,2 27,01 174,69 84,69 38,11 15,24 29,52

Ekim 15,60 20,2 90 19,32 17,93 37,35 14,2 23,15 149,75 59,75 26,89 10,75 41,84

Kasım 10,90 15,6 90 16,24 13,76 33,19 14,2 18,99 122,81 32,81 14,76 5,90 76,21

Aralık 7,50 10,9 90 13,09 10,44 29,87 14,2 15,67 101,35 11,35 5,11 2,04 220,25

Ortalama 14,2

10 19,43

10 19,43

10 19,43

10 19,43

10 19,43

10 19,43

10 19,43

10 19,43

19,43

Agrega Depo

Sıcaklığı (˚ C)

Beton Döküm


En Yüksek Beton


MaksimumStabilBeton


10 19,43

10 19,43

10 19,43

Toplam Çatlak

Genişliği (mm)

Toplam Birim Deformasyon

(mm)

Toplam Birim Uzama (mm)

NC=36.1*(A)

/ 223

10

ÇatlakSayısı

DerzAralığı

(m)

BİRİNCİ SEVİYE TERMAL ANALİZ

Ortalama Aylık Sıcaklıklar / Bir ÖncekiAyın Ortalama Sıcaklığı

Termal GenleşmeKatsayısı

Cth (millionth

s /˚ C)

Hidratasyon KaynaklıIsı Artışı

∆Tad

Birim Uzama

Kapasitesiεtc

(milionths)

Uzun Dönem

Sıcaklık Değişimi

∆t (˚ C)


Analiz Modeli, Program Girdileri ve Malzeme Parametreleri

Analiz modeli projelendirilen barajın maksimum kesiti kullanılarak iki boyutlu olarak hazırlanmıştır. Baraj maksimum kesitinde temelden yükseklik 92.20 m, kret genişliği 8.00 m, taban genişliği 73.50 m’dir. Memba yüzeyi düşey, mansap yüzeyi ise 0.8 Yatay/1Düşey eğime sahiptir. Hazırlanan model ve kullanılan bilgisayar programı aşamalı imalatın analize yansıtılmasına olanak sağlamaktadır. Fakat birinci seviye analiz ile karşılaştırma yapabilmek amacıyla, aşamalı imalat opsiyonu kullanılmamış; tek bir aşamada inşaatın tamamlandığı kabul edilerek analiz yapılmıştır. Modelde ön yüzde bulunan geleneksel beton (GB), SSB, SSB+Yastık Betonu (YB) ve Temel Kayası ayrı ayrı modellenmiştir. Dış yüzeylere baraj gövdesinin mevsimsel hava sıcaklıklarıyla etkileşime girebilmesi için ara yüz elemanları tanımlanmıştır.

Malzeme Parametreleri Yapılan analiz sıcaklık akışı ve değişimlerine karşı oluşan birim şekil değiştirmeleri çözümleyeceği için, kullanılan modele malzeme - sıcaklık ilişkisini tanımlayacak parametreler girilmiştir. Tablo 2’de de görüleceği üzere ısı sığası, ısıl genleşme katsayısı, yayılım ve iletim katsayıları SSB ve temel elemanları için ayrı ayrı tanımlanmıştır. Bununla birlikte zamana bağlı beton sıcaklığı artışı da malzeme parametreleri içinde tanımlanan bir diğer değişkendir. Zamana bağlı hidratasyon ısısı artışının maksimum 20 °C olacağı belirlenmiştir. Şekil 3’de gösterildiği gibi ısı artışının büyük kısmı ilk 10 gün içinde gerçekleşecek; ilerleyen zamanda ısı artışı devam edecek ve uzun dönemde 20 °C’nin önemsiz bir miktar daha üzerinde olabileceği öngörülmüştür.

Tablo 2 Modelde Kullanılan Malzeme Parametreleri.

Yükler Yapılan analiz ve değerlendirme sıcaklık etkileri üzerinden olacağı için, dikkate alınan yüklerde sadece sıcaklık kaynaklı yükler olacaktır. Sıcaklık yükleri verilirken, temel kayası için iç sıcaklık sabit ve 10 °C alınmıştır. Beton döküm sıcaklığı ise 15 °C kabul edilmiştir. Projelendirilen baraj yerinde ölçülen meteorolojik veriler kullanılarak elde edilen mevsimsel sıcaklıklar, 1. aşama analizle uyumlu olacak şekilde 5 °C ile 25 °C arasında, her çevrimi 1 yıl süren ve toplamda 4 kez tekrarlayan bir sinüs fonksiyonu olarak verilmiş; başlangıç değeri olarak ise 15°C kabul edilmiştir (bkz. Şekil 3). Analiz 4 yıllık bir zamanı kapsamaktadır.

Termal Isı İletim Katsayısı (W/°C)Isı Sığası (J/M³ °C)

Isıl Genleşme Katsayısı (1/°C)

TEMEL KAYASISSB2.5 2.5

1840000 18400000.00001 0.00001

2.45 2.77.1 7.10.2 0.214 4

17.78 13

MALZEME PARAMETRELERİ

Birim Ağırlık (KN/m³)Konveksiyon Katsayısı (W/°C)

Poisson Oranı (u)Basınç Dayanımı (Mpa)

Elastisite Modülü (Gpa)


Şekil 2 Sayısal analiz modeli ve mevsimsel sıcaklık yükü.

Şekil 3 Mevsimsel sıcaklık değişimi ve betondaki sıcaklık artış grafikleri

Analiz Sonuçları

Analiz sonuçları değerlendirilirken düşey yönde 10 farklı seviyeden (S1, S2, …..,S10) birim şekil değiştirmeler ve sıcaklıklara ait değer okuması yapılmıştır. Her seviyede 6 farklı nokta seçilmiştir. Yapılan okumalara ait zaman – birim şekil değiştirme ve zaman - sıcaklık grafikleri çizilmiş; seçilen dört farklı noktaya ait zaman – sıcaklık grafikleri de burada verilmiştir. Tüm okumaların yapıldığı noktalar Şekil 4’de gösterilmektedir.

Zaman (sn)

Sıcaklık (°C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 20 40 60 80 100

Adyabatik Sıcaklık Eğrisi

Adyabatik SıcaklıkEğrisi

Zaman (Gün)

Sıcaklık (°C)

Zaman (sn)

Mev

sim

sel S

ıcak

lık (˚

C)

Beto

n Sı

cakl

ığı (

˚C)

Zaman (gün)


Şekil 4 Okumaların yapıldığı seviyeler ve noktalar.

Analiz sonuçları incelendiğinde, maksimum sıcaklığın 268. günde S4N3 noktasında 31.23 °C, maksimum birim şekil değiştirmenin 226. günde Y yönünde S5N3 noktasında 264*10-6 m (264*10-3 mm) değerinde olduğu görülmüştür. 226. günde gövde içinde oluşan sıcaklık dağılımı ve birim şekil değiştirmeler kütle beton davranışına uygundur. Gerilme artışı sıcaklık farkının en fazla olduğu dış yüzeylerde meydana gelmekte ve bu bölgelerde yüzeysel çatlaklar oluşmaktadır. Dış yüzeyde oluşan birim şekil değiştirmelerin gövde ortasında elde edilen birim şekil değiştirmelere göre çok çok küçük değerlere sahip olduğu görülmüştür. Kret boyunca uygulanacak derz aralığı, öngörülen çatlak genişliğinin maksimum birim şekil değiştirmeden betonun birim şekil değiştirme kapasitesinin çıkarılması sonucu bulunan değere bölünmesiyle elde edilmiştir. Derz Aralığı = Öngörülen çatlak genişliği /(Maksimum birim şekil değiştirme – Betonun birim şekli değiştirme kapasitesi) Derz Aralığı = 2.5 mm /(264*10-3 - 90*10-3) mm / m = 2.5 / 0.174 = 14.36 m olarak bulunmuştur.

S10

S9

S8

S7

S6

S5

S4

S3

S2

S1


Şekil 5 Maksimum birim şekil değiştirme ve sıcaklık değerlerinin alındığı noktalara ait

sonuç grafikleri Elde edilen sonuçlar değerlendirilmiş, Şekil 5’de görüldüğü gibi S5N3 noktasında maksimum birim şekil değiştirmenin 226. günde ortaya çıktığı belirlenmiştir. 226. gündeki sıcaklık, birim şekil değiştirme ve gerilme değerleri model üzerinde Şekil 6’da gösterilmiştir.

Max MaxMin Min

Max MaxMin Min

Zaman (Gün) EXX(M*10-6)226 2641 0

Zaman (Gün) Sıcaklık (°C)268 31,231 10

Zaman (Gün) Sıcaklık (°C)2071

31,1310

Zaman (Gün) EYY(M*10-6)86 2621 1

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000

S3N1

EYY(M*10-6)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0 500 1000 1500 2000

S3N4

Sıcaklık (°C)

Zaman (Gün)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000

S4N3

Zaman

Sıcaklık (°C)

-50

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000

S5N3

EXX(M*10-6)

Zaman (Gün)

Zaman (Gün)


Şekil 6 226. günde elde edilen veriler.

Sonuç ve Öneriler

Elde edilen sonuç birinci seviye analiz ile mertebe olarak uyumludur. Fakat sonlu eleman modeli ile daha hassas bir çalışma yapıldığından, beklendiği üzere derz aralıklarının daha da azaltılması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Mevsimsel sıcaklığın değişken olması ve analizin 4 yılı kapsaması maksimum etkinin elde edilmesini sağlamıştır. Sıcaklık artışı ve sıcaklık değişiminin birinci ve ikinci seviye analizde kullanılış biçimleri sonuçların farklı olmasında temel etkenlerdir. Ayrıca betonun sahip olduğu termal özellikler de sonuçlara direkt olarak etki eden bir diğer faktördür. Birinci ve ikinci seviye termal analiz sonuçları mertebe olarak birbirine yakın sonuçlar vermekle beraber; proje bazında özel koşullar var ise termal analizlerde sonlu eleman modellerinin kullanılması daha hassas sonuçların elde edilmesine olanak sağlayacaktır. Projelendirilen barajın bulunduğu bölgenin iklimsel koşulları, SSB karışım tasarımı ve istenen dayanımın yüksek olması (çimento oranının yüksek olması) gibi parametreler

226. Gün SXX

226. Gün EXX226. Gün Sıcaklık Değerleri

226. Gün EYY

226. Gün SYY


nedeniyle birinci seviye termal analiz yerine ikinci ve hatta gerekli görülmesi durumunda üçüncü seviye termal analize geçilmelidir. Birinci seviye termal analiz ön projelendirme aşamasında kullanılmalıdır. Diğer taraftan sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak aşamalı beton dökümünün modele yansıtılması, betonun termal açıdan sahip olduğu gerçek davranışa daha yakın sonuçlara ulaşılmasına imkan verecektir. Çünkü dökümler arasında geçen zaman ve dolayısıyla betonda meydana gelecek soğuma gövde içinde, beton dış yüzeylerinde ve temelde ısı yayılımının daha farklı olmasına neden olacaktır. Bu çalışmada, birinci seviye analizde beton dökümü açısından herhangi bir işlem tanımlanmadığından, ikinci seviye analizde de beton gövdenin tek seferde inşa edildiği varsayılarak çözüm yapılmıştır. Böylece sonuçların birbiri ile aynı düzlemde karşılaştırılması amaçlanmıştır.

Kaynaklar Amberg, Francesco. (2003) Thermal analysis of a rcc dam during construction. 7. ICOLD Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, Bucarest, Romania

Eser Proje ve Mühendislik (2012) Kirazlıköprü Barajı Proje Yapımı: Gövde Analiz Raporu, Ankara

Hansen, Kenneth D. (2012) Thermal induced cracking performance of rcc dams. 6. International Symposium On Roller Compacted Concrete (RCC) Dams, Zaragoza, Spain

U.S Army Corps of Engineers (1997) ETL – 1110 – 2 - 542: Thermal Studies of Mass Concrete Structures. Washington

U.S Army Corps of Engineers (1995) EM 1110 – 2 – 2200: Gravity Dam Design. Washington


Beton Barajların Sismik Performans Tayini için Basitleştirilmiş Bir Yaklaşım

Uğur Akpınar, Barış Binici Orta Doğu Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara.

Tel: (0312) 210 2457 E-Posta: [email protected], [email protected]

Öz Yeni barajların tasarımı ve mevcut barajların performans değerlendirmesi aşamalarında zaman tanım alanında nonlineer analizler sıklıkla kullanılmaktadır. Bu analizler deprem seçimi, modelleme, analiz süresi, sonuçların kesinliği ve değerlendirilmesi açılarından pek çok sıkıntılar içermektedir. Bu yönteme alternatif basitleştirişmiş nonlineer yöntemlerin geliştirilmesi baraj deprem mühendisliği açsından oldukça önemlidir. Bu çalışmada, bina analizlerinde kullanılan statik nonlineer itme analizlerine benzer bir yaklaşım barajların performans tayininde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem sonucunda elde edilen hasar seviyeleri üç farklı yükseklikteki beton baraj için zaman tanım alanında elde edilen neticeler ile kıyaslanmıştır. Sonuçlar, önerilen yöntemin mühendislik yaklaşıklığı içerisinde kabul edilebilir sonuçlar ortaya koyabildiğini göstermiştir. Anahtar sözcükler: Deprem, Baraj, Çatlak, Nonlineer analiz.

Giriş Barajların kayma ve devrilme tahkiklerinin yapılması, rezervuar ve deprem etkilerinin eşdeğer kuvvetlerle temsil edilerek azami gerilme ve basınç değerlerinin belirlenmesi, bu değerlerin beton çekme ve zemin taşıma gücüyle karşılaştırılması günümüzde halen kullanılan hesap yöntemleridir. Bununla birlikte, programlama ve bilgisayar kullanımının yaygınlaşması birçok alanda olduğu gibi mühendislik çalışmalarında da etkisini göstermiş, özellikle sonlu elemanlar ve zaman tanım alanı yöntemindeki gelişmeler beton barajların statik ve dinamik yükler altındaki davranışının anlaşılmasında önemli rol oynamıştır. Her ne kadar zaman tanım alanı hesap yöntemi baraj mühendisliği çalışmalarında önemli bir araç olarak kullanılsa da, yöntemin rezervuarı dolu barajlar için uygulanması noktasında halen zorluklarla karşılaşılmaktadır. Suyun sıkıştırılabilir özelliği, temel alüvyon sönümü ve yapı rezervuar ilişkisinin frekans bağımlı olması, gerçek çözümün ancak frekans tanım alanında alınabileceği sonucunu doğurmaktadır. Beton barajlar gibi temel modun etkin olduğu yapılarda, statik itme analizi alternatif bir çözüm olarak öne çıkabilmektedir. Bu çalışmada, beton barajlar için statik itme analizi ile doğrusal olmayan davranışın belirlenmesi hususu araştırılarak, elde edilen sonuçların kesinliği doğrusal olmayan zaman tanım alanı çözümü ile elde edilen sonuçlar ile kıyaslanmıştır.


Bulgular, nonlineer statik analizlerin baraj hasarlarını tahmin etmek için kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

Statik Nonlineer Analiz Yöntemi

Statik nonlineer analiz yöntemi, beton baraj yapılarının performanslarının değerlendirilmesinde kullanılan mevcut yöntemlerde karşılaşılan sıkıntıları aşmaya yönelik geliştirilen alternatif bir baraj performans değerlendirme yöntemidir. Bu yöntem sayesinde zaman tanım alanı çözümlerinde ihtiyaç duyulan deprem ivme zaman kayıtlarına olan bağımlılıktan kurtulmak ve yalnızca deprem spektrumu yardımı ile yapının performansının belirlenebilmesi mümkün olacaktır. Buna ilave olarak, nonlineer zaman tanım analizi için gereken yüksek işlem gücü ve uzun hesaplama süreleri bu yöntemin kolaylıkla kullanımını kısıtlamaktadır. Beton barajlar için basitleştirilmiş nonlineer analiz yöntemi genel olarak 4 adımdan oluşmaktadır. Bu adımlar sırasıyla,

Modal analiz ve yapının eşdeğer tek serbestlik dereceli sisteme çevrilmesi,

Baraj üzerine etki edecek atalet ve hidrodinamik yük dağılımının bulunması,

Yapının statik itme analizi ile kapasite eğrisinin bulunması,

Tek derecelik eşdeğer sistem yardımı ile deplasman isteminin belirlenmesi,

Deplasman istemi değerinde çatlakların tahkiki. Yukarıda anlatılan yöntem soncunda belirlenen deplasman istemlerine karşılık gelen hasarlar, statik itme analizi ile elde edilen kapasite eğrileri kullanılarak belirlenir. Bununla birlikte, düşük çekme dayanımı olan beton barajlar gibi yapıların statik itme analizleri mevcut analiz yöntemleri ile çözümsüz kalmaktadır. Bu nedenle mevcut çalışmada geleneksel yöntemler ile karşılaşılan sorunların aşılmasına imkân verebilecek Artımsal Linear Analiz (ALA) yönteminin kullanılacaktır. ALA Yöntemi ile Statik İtme Analizi Geleneksel iteratif çözüm yöntemlerinin en önemli dezavantajları doğrusal olmayan sistemlerin gerilme-birim şekil değiştirme ilişkilerinde karşılaşılan negatif rijitlik ve buna bağlı olarak yaşanan matematiksel çözüm sorunlarıdır. ALA metodu doğrusal olmayan sonlu eleman analizlerinde sık kullanılan iteratif çözüm yöntemlerine alternatif, hasarın adım adım arttırılması fikrine dayanan bir analiz yöntemidir. Yöntem doğrusal olmayan davranışı birbiri ardına tekrarlanan doğrusal analizler yardımı ile bulur. Bu amaçla sonlu elemanlar modelinin her bir integrasyon noktasına yönteme has bir doğrusal olmayan gerilme-birim şekil değiştirme ilişkisi tanımlanır. ALA metodunda önemli nokta, bir doğrusal analiz adımında hangi integrasyon noktasının hasar alacağının doğru bir şekilde belirlenebilmesidir. Bu amaçla uygulanan yük altında, integrasyon noktaları üzerindeki asal gerilmeler doğrusal analiz yardımı ile hesaplanır. Her bir integrasyon noktasının dayanım kapasitesi o noktalarda bulunan asal gerilme değerlerine bölünerek azami oran (λ) değerleri ve değerler yardımı ile kritik integrasyon noktası belirlenir. Belirlenen kritik oran bir sonraki elastik analizde uygulanacak yük değerinin ölçeklendirilmesinde kullanılır. Kritik integrasyon noktası ise hasar alan nokta olarak seçilerek gerilme-birim şekil değiştirme ilişkisi doğrultusunda elastik modülü ve dayanım kapasitesi azaltılacak, bir sonraki adıma


geçilir. ALA yönteminde geleneksel yöntemlerde karşılaşılan problemler, testere-dişi denilen bir gerilme-birim şekil değiştirme ilişkisi yardımı ile aşılmıştır. Testere-dişi modeli gerilme-birim şekil değiştirme eğrisinin akma noktasından sonra başlayan ve yumuşama eğrisi üzerinde değişim gösteren, kapasitenin adım adım düşürülerek yumuşama eğrisinin takip edildiği bir yöntem izlemektedir. ALA yönteminde her bir hasar adımında, hasar alan integrasyon noktasının Şekil 1’de verilen testere-diş eğrisine göre dayanımı ve elastik modülü azaltılacaktır. Bu yöntem sayesinde elastik modülü değerinin her durumda pozitif olması ve dolayısıyla stabilitenin korunması mümkün olmaktadır.

Şekil 1 Testere-dişi eğrisi. Şekil 2 Hesaplama algoritması. Yöntem doğrusal elastik çözüme olanak veren bir sonlu elemanlar programına ihtiyaç duyar ve bu amaçla birim şekil değiştirme ilişkisi kullanarak çözüm yapabilen bir sonlu elamanlar programı geliştirilmiştir. Beton malzeme modeli için toplam gerilme sabit çatlama yaklaşımını takip eden bir model programlanmıştır. Betonun çatlama davranışının ortotropik malzeme davranışına yakın olduğu düşünülerek bu çalışmada kullanılan sonlu elemanlar modeli ortotropik davranış dikkate alınarak geliştirilmiştir. Bu bağlamda bir integrasyon noktasında çatlak oluşumundan sonra ilk oluşan çatlağa dik yönde ikinci çatlaklar oluşabilmekte ve bu doğrultuya ait bir diğer gerilme-birim şekil değiştirme ilişkisi oluşturulmaktadır. ALA yöntemi ile doğrusal olmayan sonlu elemanlar çözümü belirli bir prosedürün izlenmesini gerektirmektedir (Şekil 2). Eğer sisteme uygulanacak ilk yükler olan hidro-statik ve yapının kendi ağırlığına yük A, ikinci yükler olan atalet kuvveti ve hidrodinamik kuvvetlere yük B olarak adlandırılırsa, ALA metodu aşağıdaki adımlar izlenerek uygulanabilir (Rots, 2008).

Yük A sisteme uygulanarak her bir integrasyon noktası için gerilme değerleri, hesaplanır.

Yük A kaldırılıp, sisteme Yük B uygulanarak gerilme değerleri, hesaplanır.

Her bir integrasyon noktası için toplam asal gerilmeleri veren değerlerinin çekme dayanımına eşit olduğu katsayıları hesaplanır.

Sonlu elemanlar modelinin her bir noktası için hesaplanan λ değerleri kıyaslanarak kritik λ değeri bulunur. Bununla birlikte sisteme birden fazla yük uygulanması durumunda λ’nın hesaplanması özel bir prosedürün kullanımını gerektirir.

Modal Analiz- Modal Özellikler

( , , ) - Mod Şekli

( ))

Atalet Kuvvetleri

Hidrodinamik Yükler

Statik İtme Analizi- SLA Yöntemi- Çatlak Şablonu


İntegrasyon noktaları için hesaplanan λ değerleri ve A, B yükleri kullanılarak A+λB kombinasyonu altında oluşacak asal gerilmelerin doğrultuları bulunur ve bu doğrultulardaki gerilmeler yalnızca B yükü uygulanarak hesaplanır.

İntegrasyon noktalarındaki asal gerilmeler çekme ve basınçta olmalarına göre kategorize edilirler. Çekme gerilmesi altında olan noktaların λ değerleri karşılaştırılarak λmin değeri bulunur.

Benzer şekilde λmax değeri basınç altında bulunan λ değerleri arasından seçilir.

λmax< λmin olması durumunda, kritik değer λcrc, λmin olarak seçilir. Aksi durumda ise λcrc değiştirilmeden hasar λmax olarak bulunan noktaya uygulanır.

Hidrodinamik ve Atalet Kuvvetleri Beton ağırlık barajların sismik davranışlarının belirlenmesinde barajın ön yüzeyinde oluşan hidrodinamik basınç değerleri önemli bir rol oynamaktadır. Her ne kadar memba yüzeyi dik ve sıkıştırılamaz su varsayımlarıyla hidrodinamik basınç basitleştirilmiş ekli kütleler ile bulunabilse de (Westergaard, 1933), bu çözümlerin yeterince tutarlı olmayabileceği görülmüştür. Yakın zamanda yapılan bazı çalışmalar sonucunda, suyun sıkıştırılabilir özelliğinin dikkate alınmaması durumunda, bu özelliğin dâhil edilmesi durumuna göre barajın zemininde oluşan gerilmelerde önemli farklar olduğu görülmüştür. Ayrıca bu davranış farkının baraj yüksekliği ile artığı belirlenmiştir (Akpinar, 2014). Rezervuar-yapı etkileşimi, uygun sınır koşullarını kullanarak ve doğrusal sıkıştırılabilir su kabulü ile dalga yayılımı denklemi yardımıyla çözülebilir. Su basıncı , sesin su içeresindeki hızı ile gösterilirse, iki boyutlu dalga denklemi zaman alanında aşağıdaki şekilde temsil edilebilir.

(1)

Eşitlik 1 uygun sınır koşulları yardımı ile iteratif bir yaklaşımla (Fenves ve Chopra, 1984) çözülebileceği gibi bu çalışmada benimsenen basitleştirilmiş bir yöntem kullanarak da çözülebilir (Bouaanani, 2010). Yapının tek dereceli eşdeğer sisteminden yararlanılarak yapılan çözüm sonucunda aşağıdaki eşitliğe ulaşmak mümkündür.

( )

[ [ ]]

(2)

Bir deprem kaydı için, sönüm oranı olacak şekilde hazırlanan deprem spektrumu ile dolu baraja etki eden (

) değeri belirlenebilir. Bulunan spektral ivme ve modal parametrelin yardımı ile , hidrodinamik kuvvet memba yüzü boyunca yüksekliğin fonksiyonu olarak hesaplanması mümkündür. Bu hidrodinamik kuvvet dağılımı dolu barajın SLA yöntemi ile yapılacak statik itme analizlerinde kullanılmıştır. Benzer şekilde toplam itme kuvvetlerinin bir diğeri olan atalet kuvveti, spektral ivme (

) değeri yardımı ile bulunacaktır. Bu çalışmada, yapının temel mod şekli ve kütle dağılımını dikkate alan aşağıdaki formülden yararlanılmıştır.


(3)

Doğrusal Olmayan Deplasman İstemi Yöntemleri Doğrusal olmayan statik prosedürlerde benimsenen genel prensip, çok dereceli sistemlerin eşdeğer tek dereceli sistemlere çevrilmesi ve kapasite eğrisi ve deprem spektrumlarından faydalanarak, deplasman istemlerinin belirlenmesidir. Çalışmada yaygın olarak kullanılan statik prosedürler olan katsayı (FEMA356, FEMA440) ve kapasite spektrum yöntemlerine (ATC-40, FEMA440) ek olarak tek serbestlik dereceli doğrusal olmayan dinamik analiz yaklaşımına da yer verilmiştir. Aşağıda kullanılan yöntemler kısaca özetlenmiştir. Tek Serbestlik Dereceli Sistem Dinamik Analizi (TSDS) Birinci mod katılım oranları yüksek olan yapıların, temel moda göre yapılan eş değer tek dereceli sistemler olarak temsil edilmesi mümkündür. Eşdeğer tek dereceli sistemin özellikleri, çok dereceli sistem ile yapılan mod analizine göre belirlenmektedir. Bununla birlikte analizde kullanılacak doğrusal olmayan kuvvet-deplasman eğrisi için, itme analizi ile elde edilen kapasite eğrisinden faydalanılacaktır. Şekil 3’te eşdeğer tek dereceli sistem özellikleri görülmektedir.

Şekil 3 Eşdeğer tek dereceli sistem. Fema-356 Katsayı Metodu (Fema-356 KM) Fema-356 katsayı metodu ile elastik olmayan deplasman, istatistiksel çalışmalar sonucu elde edilen belirli katsayılar yardımı ile belirlenmektedir.

(4)

Denklemde, yapının tepe deplasmanı ile tek dereceli eşdeğer sistemin deplasmanını ilişkilendiren katsayıyı, elastik davranış ile elastik olmayan deplasmanları ilişkilendiren katsayıyı, rijitlik ve mukavemet kaybına bağlı histeresis şeklin deplasman üzerindeki etkisini temsil eden katsayıyı, ikinci mertebe etkilere bağlı deplasmanları temsil eden katsayıyı temsil etmektedir. Fema-440 Katsayı Metodu (Fema-440 KM) Yöntem, mevcut Fema-356 katsayı yönteminde kullanılan katsayılarının güncelleştirilmesi ile elde edilmiştir.

F

d

Fy

dy

K*

αK*F = Sa W*

droofd =

PF1 φ1,rM*

K*

Sd

F

Vb


(5)

Denklemde, Fema-356 yöntemi ile aynıdır ancak ve katsayıları için ise yeni hesap yöntemi sunulmuş, katsayısına ise yer verilmemiştir.

ATC-40 Kapasite Spektrumu Metodu (ATC-40 KSM) Yöntem, eşdeğer periyot ve sönüm oranlarının iteratif bir şekilde hesaplandığı bir prosedür kullanmaktadır. Grafiksel ve analitik yöntemler içeren 3 farklı prosedürün önerildiği yöntemde temel prensip yapının kapasitesi deprem istemiyle karşılaştırılması ve hedef deplasmanın belirlenmesidir. Yöntem ilk olarak tahmini deplasman değeri belirlenmesi ile başlar. Daha sonra süneklik oranı µ ve eşdeğer sönüm oranı katsayısı κ yardımı ile eşdeğer sönüm oranı ζ hesaplanır. Hesaplanan eşdeğer sönüm oranına göre belirlenen ivme ve spektral deplasman eğrisi ile kapasite eğrisi yardımıyla hedef deplasman belirlenir. Hedef deplasmanın tahmin edilen deplasman değeri arasında göreceli hata oranı istenen seviyede olmaması durumunda prosedür tekrar edilir.

Fema-440 Kapasite Spektrumu Yöntemi (Fema-440 KSM) ATC-40 kapasite spektrum yöntemine geliştirmeler getiren Fema-440 güncelleştirmesi temel olarak yöntemde kullanılan efektif periyot ve efektif sönüm oranı değerlerinin hesaplanmasında önerilen yeni formülleri içermektedir.

Yöntemin Uygulanması ve Değerlendirilmesi Yöntemi zaman tanım alanında elde edilen neticeler ile kıyaslamak için, 50 m, 100 m ve 150 m yüksekliklerinde üç temsili beton ağırlık baraj seçilmiştir. Tüm kesitlerin memba eğimleri dik, mansap eğimleri 0.8 olarak belirlenmiş, kret uzunlukları 50, 100 ve 150 m’lik barajlar için sırasıyla 4, 8 ve 12 m olarak belirlenmiştir. Barajların sonlu eleman modelleri Şekil 4'de sunulmaktadır. Dolu barajların zaman tanım alanı hesap yöntemi ile çözümünde kullanılan su ve sınır elemanları ile rezervuarın oluşturduğu hidrodinamik yükler başarılı şekilde hesaplanabilmekledir. Bununla birlikte analizin zaman tanım alanında yapılması nedeniyle suyun sıkıştırılmaz olduğu kabulü yapılmaktadır. Betonun basınç dayanımına bağlı olarak dinamik çekme dayanımı için USACE (1995) tarafından SSB beton için alınması önerilen değerler ve dayanım azaltma faktörlerinden yararlanılmıştır. Analizlerde betonun malzeme parametreleri, elastisite modülü 23.75 GPa, Poisson oranı 0.2, öz kütlesi 2400 kg/m3, gerilme mukavemeti 1.6 MPa, kırılma enerjisi ise 200 N/m şeklindedir. Analizler sabit kesme azalım faktörü, β = 0.2 ile yapılmıştır. Zaman tanım alanı analizleri için 37 adet deprem kaydı kullanılmıştır. Baraj kesitlerinde hasarın (çatlakların) belirli seviyelerde tutulabilmesi için hedef spektral ivme değerlilerine göre deprem kayıtlarının ölçeklendirilmesi planlanmıştır. ATC-40'da önerilen tasarım spektrumu kullanılarak, sismik katsayı Ca'nın 0.3 ile 0.4 arasında değiştiği varsayıldığında elde edilen spekturmlar elde edilmiş ve Şekil 5’de sunulmuştur. Bu değerlerle elde edilen tasarım spektrumları, bu çalışmada alt ve üst limit değerler olarak kabul edilmiştir. Seçilen baraj kesitlerinin temel periyotları 0.1 sn


ile 0.4 sn arasında değişmektedir ve tasarım spektrumunda bu periyotlar için spektral ivme değerleri yaklaşık olarak 1.0 g ile 1.5 g aralığına karşılık gelmektedir ve deprem kayıtları yapılara gelecek spektral ivmelerin 1.0 g ile 1.5 g arasında olacak şekilde ölçeklendirilmiştir. Spektral ivme katsayılarının ortalama ve standart sapma değerleri sırasıyla 1.27 ve 0.13 olarak belirlenmiştir.

(a) Kesit 1 (b) Kesit 2 (c) Kesit 3

Şekil 4 İncelenen baraj kesitleri.

Basitleştirilmiş nonlineer analiz yöntemi ile hedeflenen, beton baraj yapıların doğrusal olmayan davranışlarının zaman tanım alanı hesap yöntemi gerektirmeden doğru bir biçimde tahmin edilmesidir. Bu bağlamda her bir deprem kaydı için 50 m, 100 m ve 150 m baraj kesitleri ile dolu ve boş rezervuar durumları için doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizleri yapılmış, yapılarda oluşan hasarlar belirlenmiştir. Hasar belirlenmesi ve karşılaştırması çatlak boylarının ölçümü ile yapılmıştır (Şekil 6). Her bir deprem kaydı ve baraj kesiti için yapılan analizlerdeki çatlak boyları belirlenmiş, basitleştirilmiş yöntem ile elde edilen değerlerle kıyaslanmıştır.

Şekil 5 Spektral ivme aralığı. Şekil 6 Çatlak boyu karşılaştırması. Hasarın karşılaştırılmasında kullanılacak hedef deplasman değerleri için iki yöntem benimsenmiştir. İlk olarak zaman tanım alanı (ZTA) çözümü ile memba ve mansap yönlerinde karşılaşılan en yüksek deplasmanlar belirlenmiş, bu değerler statik itme analizinde deplasman istemi olarak kullanılmıştır. Daha sonra ise yapının eşdeğer tek dereceli modelinden yararlanarak doğrusal olmayan deplasman istemi yöntemleri (TSDS, Fema356 KM, Fema440 KM, Fema356 KSM, Fema440 KSM) yardımıyla hedef deplasman değerleri saptanmış, karşılık gelen hasar miktarları karşılaştırılmıştır.

50 m

100 m

150 m

40 m 80 m 120 m


Analiz Sonuçları Analiz sonuçlar 50 m, 100 m ve 150 m baraj kesitleri için boş ve dolu olma durumlarına göre aşağıdaki şekillerde (Şekil 7-12) sunulmuşlardır. Her bir şekilde 37 adet deprem ile yapılan zaman tanım alanı analizleri ve basitleştirilmiş yöntem ile bulunan çalak boyları, +X ve –X ile belirtilen barajın memba ve mansap yönleri için verilmiştir.

(a) ZTA & TSDS. (b) FEMA356 & FEMA440 KM (c) FEMA356 & FEMA440 KSM

Şekil 7 Çatlak uzunluğu karşılaştırması, 50 m boş baraj kesiti.







Şekil 10 Çatlak uzunluğu karşılaştırması, 50 m dolu baraj kesiti.


Şekil 11 Çatlak uzunluğu karşılaştırması,100 m dolu baraj kesiti.


Şekil 12 Çatlak uzunluğu karşılaştırması,150 m dolu baraj kesiti.

Görüldüğü üzere sonuçlar farklı yöntemler için oldukça fazla saçılım gösterebilmektedir. Fema 440 katsayı ve Fema 440 kapasite spektrumu metotları, basitleştirilmiş analiz yöntemi ile çatlak uzunluğu belirlemede kesinliği ile ön plana çıkn öyntemler arasındadır. Barajda beklenen çatlak uzunluklarının 20 metreden uzun seviyelere çıktığı baraj kesitlerinde TSDS’nin de kabul edilebilir sonuçlar verdiği söylenebilir. Kısaca, önerilen yöntem beklenen çatlak uzunluklarının tespitinde mertebe olarak fikir verebilecek kabiliyette olup, yöntemin detaylı ve uzun zaman tanım alanı analizlerin kullanılmasının mümkün olmadığı durumlarda kullanılabileceğini göstermektedir.


Sonuçlar Beton barajların sismik performans tayini için geliştirilen statik itme analizi ve deprem istemi yardımı ile hesaplanan basitleştirilmiş yöntem sonuçları, nonlineer zaman tanım alanı sonuçları ile kıyaslanmıştır. Barajların memba ve mansap yönlerinde oluşan çatlak uzunlukları kullanılarak yapılan karşılaştırmada, basitleştirilmiş yöntem için gerekli olan deplasman istemler literatürde sık kullanılan metotlar yardımı ile hesaplanmıştır. Yapılan karşılaştırmada ALA ile belirlenen kapasite eğrisi ile zaman tanım alanından alınan deplasman değerinin kullanılması durumunda, barajın her iki yönünde de çatlak uzunlukları başarılı şekilde tahmin edilmektedir. Bununla birlikte Fema 440 katsayı ve Fema 440 kapasite spektrumu metotları, basitleştirilmiş analiz yöntemi ile çatlak uzunluğu belirlemede öne çıkmıştır. Grafiklerden görüldüğü üzere, baraj performans belirlemesinde her zaman daha kritik bir durum olan dolu baraj durumunda basitleştirilmiş yöntem ile belirlenen çatlak uzunluklarının doğruluğu artmıştır. Bu bağlamda öneriline basitleştirilmiş analiz yönteminin beton barajların performanslarının belirlemede kullanılabilecek yeterlilikte olduğu söylenebilmektedir.

Kaynaklar

Rots, J.G. Belletti, B. and Invernizzi, S. (2008) Robust modeling of RC structures with an “event-by-event” strategy, Eng Fract Mech, Vol. 75, pp. 590-614. Westergaard, H.M. (1933) Water pressures on dams during earthquakes, Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol. 98, pp. 418–433. Akpınar, U. Binici, B. and Arıcı, Y. (2014) Earthquake stresses and effective damping in concrete gravity dams, Earthquakes and Structures, Vol. 6, No. 3. Fenves, G. and Chopra, A. K. (1984) EAGD-84: A computer program for earthquake response analysis of concrete gravity dams, Report No. UCB/EERC-734, Earthquake Engineering Research Center, University of California. Bouaanani, N. and Perrault, C. (2010) Practical formulas for frequency domain analysis of earthquake-induced dam-reservoir interaction, J. Eng. Mech., 136(1), 107–119. FEMA 356 (2000) Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings, American Society of Civil Engineers for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. FEMA 440 (2005) Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures, American Society of Civil Engineers for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. Applied Technology Council (1996) Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings, Vol. 1, Report No. SSC 96-01 (ATC-40). USACE (1995) Seismic design provisions for roller compacted concrete dams, No. EP-1110-2-12, United States Army Corps of Engineers.


Küçük Hidroelektrik Santral Projelerinin Ön-fizibilite Çalışmasının

RETScreen ile Yapılması M. İshak YÜCE

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Gaziantep Üniversitesi [email protected]

Şimal YÜCE

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi [email protected]

Öz

Yenilenebilir enerji üretim yöntemleri arasında en avantajlı olanı, küçük-ölçekli santraller dâhil

olmak üzere, hidroelektriktir. Kurulu güç ve ilk yatırım bedeli küçük-ölçekli hidroelektrik santral

(KHES) projelerinde belirlenmesi gereken temel iki değişkendir. Bu değişkenler, dizayn debisi,

net düşü, türbinler, tüneller, kanallar, cebri boru ve diğer faktörlerden etkilenebilirler. En uygun

kurulu gücü ve proje yatırım bedelinin belirlenmesi amacıyla fizibilite çalışmalarında bütün bu

faktörler analiz edilir. RETScreen, KHES’lerin üretebileceği enerji miktarını, projenin yatırım ve

bakım maliyetlerini tahmin edebilen bir bilgisayar programıdır. Bu çalışmada, Devlet Su

İşlerinden (DSİ) elde edilen dokuz farklı KHES projesi ön-fizibilite çalışmaları, RETScreen

kullanılarak hesaplanan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. RETScreen ile elde edilen sonuçların, DSİ

tarafından onaylanan ön-fizibilite çalışmalarının sonuçları ile gayet iyi uyum gösterdiği ortaya

koyulmuştur. KHES’lerin ön-fizibilite çalışmalarının RETScreen kullanılarak nispeten daha kısa

bir zaman diliminde yapılabileceği dikkate alındığında, programın zaman tasarrufu sağlayacağı

ve dolayısı ile maliyetleri düşüreceği beklenmektedir.

Anahtar sözcükler: Küçük Ölcekli Hidroelektrik Santraller, RETScreen, Ön-Fizibilite

Çalışması, Kurulu Güç, Maliyet Tahmini

Giriş

Yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak sınıflandırılan hidroelektrik, insanlık tarihinin birincil

enerji kaynaklarından olmuştur. Mezopotamyalılar M.Ö. 6000 yıllarında sulama kanalları ve

barajlar inşa etmiştir. Ürdün’de su temini sistemleri M.Ö. 3000 yıllarında kullanılmıştır (Korn,

2004; Erdoğdu, 2011). Güney Amerika ve Asya'da eski su sistemleri bulunmuştur.

Mezopotamya uygarlıkları, eski Mısırlılar ve Sümerler su akımı gücü ile dönen ve suya


yükseklik kazandırıp sulama amaçlı kullanmak için tekerlekler kullanmışlardır. 19. yüzyılın

başlarında, suyun düşüşü ile çalışan türbinlerin icadı barajların dünya çapında yayılmasına sebep

oldu (Sleigh ve Jackson, 2004).

Su baraj göllerinde biriktirildiğinde seviyesi yükselir, dolayısıyla potansiyel enerji kazanır. Su

cebri borulardan akarken suyun potansiyel enerjisi kinetik enerjiye, türbine çarpıp döndürmeye

başladığı an mekanik enerjiye dönüşür. Mil aracılığı ile jeneratöre iletilen mekanik enerji ise

elektrik enerjisine dönüşür. Suyun gücünden faydalanılarak üretilen bu enerjiye hidroelektrik

denir. Hidroelektrik güvenilir, öngörülebilir, yerel ve üretimi diğer enerji üretim yöntemlerine

nazaran daha ucuz olan bir enerji kaynağıdır. Hidroelektrik enerji dünyada üretilen toplam

elektrik enerjisinin % 19’una tekabül eden ve en yaygın olarak kullanılan yenilenebilir enerjidir.

Altmıştan daha fazla ülke kendi elektrik enerjisi talebinin % 50’sinden fazlasını hidroelektrik ile

karşılamaktadır (Balat, 2007; Yüksel, 2010; Connolly ve ark., 2010). Türkiye'nin yıllık 433 TWh

brüt, 216 TWh teknik olarak işletilebilir ve yaklaşık olarak 165 TWh ekonomik hidroelektrik

potansiyeline sahip olduğu hesaplanmaktadır. Bir ülkenin ekonomik hidroelektrik potansiyeli

küresel ve yerel enerji ve yatırım fiyatlarının bağlı olarak değişiklik gösterir. Türkiye Avrupa'nın

en büyük ikinci ekonomik hidroelektrik potansiyeline sahiptir (Tablo 1).

Tablo 1 Türkiye’nin hidroelektrik potansiyeli (GWh/yıl) (Dursun ve Gökçöl, 2011) Brüt potansiyel Teknik potansiyel Ekonomik potansiyel

Dünya 40 150 000 14 060 000 8 905 000

Avrupa 3 150 000 1 225 000 1 000 000

Türkiye 433 000 216 000 140 000

2013 yılı sonu itibariyle, işletmede olan hidroelektrik santral sayısı 458, bunların toplam kurulu

gücü 22804 MW, yıllık üretim kapasitesi 80060 GWh ile ekonomik olarak kullanılabilir

potansiyelin yaklaşık olarak % 50’sine tekabül etmektedir. Yapım aşamasında olan tesis sayısı

165 iken 2023 yılı sonuna kadar 965 adet hidroelektrik santral inşaatının tamamlanması

beklenmektedir (Tablo 2) (DSİ, 2013). Hidroelektrik santrallerinin toplam kurulu gücü, ülkenin

elektrik üretim santrallerinin toplam kurulu gücünün % 36’sina denk gelmektedir (Balat, 2007;

Yüksel, 2010). 2013 yılında, üretilen hidroelektrik 59246 MWh ile ülkede üretilen toplam

elektriğin % 24,8 tekabül etmektedir. Türkiye teknik açıdan kullanılabilir hidroelektrik

potansiyelinin sadece % 37,1’inden faydalanabiliyorken ABD, Japonya, Norveç ve Kanada


teknik potansiyellerinin sırasıyla, % 86, % 78, % 72 ve % 56’sından faydalanmaktadirlar.

Türkiye’nin fosil yakıt kaynakları konusundaki talihsizliği ve henüz nükleer enerji santral(ler)ine

sahip olmamasından dolayı hidroelektrik ülke için vaz geçilemeyecek bir enerji kaynağıdır. Son

otuz yıldır, ülkenin elektrik enerjisine olan talebi ortalama % 7,8 oranında artmıştır. Türkiye’nin

2023 yıllında 450 TWh elektrik tüketeceği tahmin edilmektedir (Balat, 2007; Erdoğdu 2011;

Küçükali ve Barış 2009).

Tablo 2. Türkiye’deki hidroelektrik santrallerin durumu (2013 yılı sonu itibari ile) (DSİ, 2013) Toplam

Sayısı Kurulu Gücü

(MW) Üretilen Enerji

(GWh/yıl) %

İşletmede 458 22 804 80 060 49

İnşa halinde 165 8 096 25 342 15

Planlanan 956 16 624 59 662 36

Toplam 1579 47 524 165 064 100

Türkiye'de Küçük Hidroelektrik Santraller (KHES) İyi geliştirilmiş bir teknolojiye sahip ve güvenilir enerji kaynağı olmalarına rağmen KHES’lerin

uluslararası kabul görmüş bir tanımı yoktur. KHES’ler genelde kurulu güç üst sınırlarına göre

sınıflandırılırlar, bazı ülkeler bu sınırı 50 MW olarak belirlerken bazıları bu sınırı 1,5 MW’ta

kadar düşürmektedirler. Ayrıca, KHES, sırasıyla 1 MW, 100 kW ve 5 kW kurulu güç üst

limitlerine göre kendi içinde mini, mikro ve piko olarak adlandırılabilirler (Taylor ve ark., 2006).

Tablo 3 farklı ülkelerin KHES’ler için belirlediği kurulu güç üst sınırlarını göstermektedir.

Tablo 3. Ülkelere göre KHES’lerin kurulu güç üst sınırları (TNSHP, 2004) Ülke Üst Limit (MW) Portekiz, İspanya, Yunanistan, İrlanda, Belçika 10 İtalya 3 İsveç 1.5 Fransa 12 Birleşik Krallık 20 Türkiye 50

Türkiye, deniz seviyesinden ortalama yüksekliği 1132 m ile dağlık bir arazi yapısına sahiptir, bu

durum kısa mesafede yüksek düşüler meydana getireceğinden nehirler küçük ölçekli

hidroelektrik santraller (KHES) için uygun zemin oluşturmaktadır. Ülke, kayda değer oranda

bakir KHES potansiyeline sahiptir (Balat, 2007; Küçükali ve Barış, 2009). Türkiye’nin KHES

potansiyeli Tablo 4'de verilmiştir. Büyük ölçekli HES projelerine nazaran KHES’lerin çevre


üzerindeki olumsuz etkilere daha azdır. KHES projelerinin kW başına elektrik enerjisi üretimi

bir çok yenilenebilir enerji tesisine göre daha düşüktür (Dursun ve Gökçöl, 2011).

Tablo 4. Türkiye’nin KHES potansiyeli (Balat, 2007) Potansiyel Üretim GWh/yıl % Kapasite (MW)

Brüt Teorik 50 000 100 16 500 Teknik 30 000 60 10 000 Ekonomik 20 000 40 6 500

Çalışma Alanı Bu çalışmada, Türkiye'nin değişik yerlerinde bulunan küçük ölçekli hidroelektrik (KHES)

projeleri dikkate alınmıştır. Kale, Gökgedik, Akpınar ve Torlar KHES’ler Kahramanmaraş

bölgesinde yer alırken, Çaykara Trabzon’da, Zafer ve Damlasu Adana’da, Akıncı Ardahan'da,

Alagöl ise Niğde’de yer almaktadır. Türkiye’de KHES projeleri için en uygun alanlardan,

ülkenin farklı iklim bölgelerini ve coğrafi koşullarını temsil edecek projeler seçilmiştir. Devlet

Su İşleri (DSİ) tarafından onaylanan ön-fizibilite raporlarının sonuçları, RETScreen kullanılarak

gerçekleştirilen ön-fizibilite çalışmaları ile karşılaştırılmıştır. Araştırmada kullanılan dokuz adet

küçük ölçekli hidroelektrik projesinin temel özellikleri Tablo 5 de verilmiştir.

Tablo 5. Küçük hidroelektrik projelerinin özellikleri KHES Kale Gökgedik Torlar, Damlasu Çaykara Akpınar Alagöl Zafer Akıncı

Nehir Havzası Ceyhan Ceyhan Ceyhan Seyhan - Ceyhan Seyhan Seyhan Aras

Nehir İsmi Körsulu Körsulu Körsulu Körkün Solaklı Aksu Kosk Karaisalı Kura

Dizayn Debisi (m3/s) 16 18.58 26.73 7.96 25.41 6.2 11.10 22.7 54.19

Net Düşü (m) 252 152 66 93 120.34 146.82 113.03 28.6 6.33

Türbin (adet) 3 3 3 2 3 2 2 3 2

Türbin Tipi Pelton Francis Francis Francis Francis Francis Francis Kaplan Kaplan

RETScreen yazılımı RETScreen, KHES’ler de dâhil olmak üzere yenilenebilir enerji projelerinin ön-fizibilite

çalışmalarını yapabilen, excel tabanlı, kamuya açık ücretsiz bir yazılımdır. Program Kanada’da

Doğal Kaynaklar CAMNET Enerji Teknoloji Merkezi tarafından geliştirilmiştir. Yazılım, tesisin

kurulu gücünü, ilk yatırım maliyetini, işletme maliyetlerini, elde edilecek enerji miktarını ve geri

ödeme süresini hesaplayabiliyor. Kullanıcı yazılım paketinde mevcut iki hesaplama yönteminden

birini seçebilir. Bunlardan Methot1varsayılan ampirik denklemler ve sınırlı veri girişi ile detaylı


olmayan ve doğruluk oranı düşük analizler gerçekleştirir. Methot2 ise kullanıcıya daha detaylı ve

daha doğru analiz alternatifi sunan, proje bölgesi ile ilgili detaylı bilgi ve daha detaylı veri

girişine ihtiyaç duyan bir yöntemdir. Method2 ile yapılan analizlerde, standart beş-adım

prosedürü uygulanmaktadır, bunlar sırası ile; Enerji Modeli, Maliyet Analizi, Sera Gazı Analizi,

Finansal Özet ve Duyarlılık ve Risk Analizidir. RETScreen analizleri ön-fizibilite çalışmaları

olarak kabul edilmektedir (Rehman ve ark., 2007; Kosnik, 2010). Her bir hidroelektrik projesi

bir diğerinden çok farklıdır, yer seçimi projenin toplam maliyetinin yaklaşık olarak % 75’ini

oluşturmaktadır. Elektromekanik donanım imalat maliyeti projenin toplam maliyetinin yaklaşık

olarak % 25’ine denk gelmektedir (RETScreen International, 2015). RETScreen yazılımı

kullanılarak gerçekleştirilen hesaplama sonuçlarının, DSİ tarafından onaylanan ön-fizibilite

raporları ile uyum içinde olduğu tespit edilmiştir (Tablo 6). Hantal ve zaman alıcı olan

geleneksel yöntemler yerine, KHES’lerin ön-fizibilite çalışmalarında RETScreen yazılımını

kullanmak, zaman, dolaysı ile para tasarrufu sağlayacağı beklenir.

Tablo 6. Ön-fizibilite çalışmalarının sonuçları

KHES

Kurulu Güç

(MW)

Üretilecek Enerji

(GWh)

İlk Yatırım Maliyeti

($)

Fayda-Maliyet Oranı

DSI RETScreen DSI RETScreen DSI RETScreen DSI RETScreen

Gökgedik 24,29 22,45 58,90 57,04 38 701 098 39 037 552 0,68 0,64

Kale 35,33 33,91 107,28 108,83 38 117 497 36 403 337 1,24 1,25

Torlar 15,01 13,75 34,38 32,99 25 010 693 22 389 429 0,62 0,51

Damlasu 6,32 5,69 17,91 15,56 9 273 994 10 200 834 0,97 0,83

Çaykara 27 25.1 100.28 103.32 53 868674 53 663 000 1.28 1.23

Alagöl 11,47 10,1 38,775 39,01 17 174 165 15 085 500 1,76 1,8

Zafer 5,5 5,55 13,39 13,49 8 585 823 9 895 000 1,13 0,92

Akpınar 8.22 7.785 30.2 28.04 16 102 884 16 676 000 1.42 1.18

Akıncı 12.32 12.274 48.5 53.84 27 518 327 36 675 000 1.02 0.98

RETScreen programı kullanılarak elde edilen kurulu güç, üretilecek enerji miktarı, ilk yatırım

maliyeti ve fayda-maliyet oranı sonuçları, DSİ tarafından onaylanan ön-fizibilite raporlarının

sonuçları ile karşılaştırılmıştır (Şekil 1a - d). Projelerin fayda-maliyet oranlarının RETScreen

tarafından daha az tahmin edildiği gözlemlenmiştir. Gökgedik, Torlar ve Damlasu KHES’lerinin

fayda-maliyet oranları hem RETScreen hem de DSİ tarafından onaylanan raporlarda 1’in altında


olduğu için bu projeler fizibil bulunmamışlardır (Tablo 6). Zafer ve Akıncı KHES projeleri DSİ

tarafından fizibil bulunmuş olmasına rağmen, RETScreen bu projelerin fayda-maliyet oranlarını

sırasıyla 0.92 ve 0.98 olmak üzere 1’in altında hesaplamıştır. Kale, Akpınar, Alagöl ve Çaykara

KHES projeleri için fayda-maliyet oranları RETScreen tarafından, sırasıyla 1.25, 1.18, 1.8 ve

1.23 olarak bulunmuşken, bu oranlar, DSİ’nin onayladığı raporlarda, sırasıyla 1.24, 1.42, 1.76 ve

1.28 olarak not edilmişlerdir. Tablo 6 ve Şekil 1’deki sonuçlar ışığında RETScreen yazılımının

Türkiye'deki KHES ön-fizibilite çalışmalarında kullanılabileceği söylenebilir. RETScreen

kullanılarak hesaplanan, KHES’lerin kurulu gücünün, üretilecek enerji miktarının ve ilk yatırım

maliyetlilerin, DSİ tarafından onaylanmış ön-fizibilite raporlarında bulunan sonuçlarla çok yakın

olduğu görülmüştür.

(a) Kurulu Güç (MW) (b) Enerji Üretimi (GWh)

(c) İlk Yatırım Maliyeti (Milyon $) (d) Fayda-Maliyet Oranı

Şekil 1. RETScreen ile elde edilen sonuçların DSİ tarafından onaylanan ön-fizibilite raporları ile karşılaştırılması (her sütün bir KHES’i temsil ediyor)

Sonuçlar

Çalışma biçimleri arasındaki farklılıktan dolayı küçük hidroelektrik santraller (KHES) kategorik

olarak, büyük ölçekli hidroelektrik projelerden farklı bir yaklaşımla ele alınmalıdırlar. Sistemin

optimizasyonundan ziyade üretilecek enerji miktarının maksimizasyonu ve proje maliyetinin

etkinliği (fayda-maliyet oranı) öncelikli hedef olmalıdır. RETScreen bazı parametrelerin

0

10

20

30

40DSIRETScreen

0

40

80

120DSIRETScreen

0

20

40

60

mily

on

DSI

0

0,5

1

1,5

2DSIRETScre…


değiştirilmesi ile kısa bir zaman diliminde enerji üretim miktarını maksimize ve ilk yatırım

maliyetini minimize edebilen bir karar destek aracıdır.

Biriktirmeli ve biriktirmesiz (run-off river) projelerin RETScreen kullanılarak gerçekleştirilen

ön-fizibilite raporları, geleneksel fizibilite çalışmalarına göre daha kısa sürede hazırlanabilir,

parametrelerin değiştirilmesi durumunda raporlar hızlıca revize edilebilir. Bu nedenle, kapsamlı

hesaplamalar olmadan farklı alternatifler kısa zaman içinde kolaylıkla ele alınabilir, dolayısı ile

tasarımcılara zaman ve para tasarrufunda yardımcı olur. RETScreen Kanada’nın hidrolojik ve

meteorolojik veri tabanlarını kullanıyor olmasına rağmen, bu çalışmanın sonuçları, yazılımın

Türkiye'deki KHES projeleri için de rahatlıkla kullanılabileceğini göstermiştir.

Kaynaklar Balat, H. (2007). A renewable perspective for sustainable energy development in Turkey: The case of small hydropower plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp. 2152-2165

Connolly, D., Lund, H., Mathiesen, B.V. and Leahy, M. (2010) A review of computer tools for analysing the integration of renewable energy into various energy systems, Applied Energy 87 pp. 1059–1082

DSİ (Devlet Su Isleri) 2013 Faaliyet Raporu http://www.dsi.gov.tr/docs/stratejik-plan/dsi-2013-faaliyet-raporu.pdf?sfvrsn=2

Dursun, B. and Gökçöl, C. (2011) The role of hydroelectric power and contribution of small hydropower plants for sustainable development in Turkey, Renewable Energy, 36, pp. 12271235

Erdogdu, E. (2011) An analysis of Turkish hydropower policy, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, pp. 689–696, doi:10.1016/j.rser.2010.09.019

Korn, W. (2004) Mesopotamien – Wiege der Zivilisation 6000 Jahre Hochkulturen an Euphrat und Tigris, Stuttgart, ISBN 3-8062-1851-X

Kosnik, L. (2010) The potential for small scale hydropower development in the US. Energy Policy 38 (10), pp. 5512–5519

Kucukali, S. and Baris, K. (2009) Assessment of small hydropower (SHP) development in Turkey: laws, Regulations and EU policy perspective, Energy Policy, 37, pp. 3872-3879

Rehman, S., Bader, M. A. and Al-Moallem, S. A. (2007) Cost of solar energy generated using PV panels, Renewable and Sustainable Energy Reviews 11(8), pp. 1843–1857

RETScreen International (2015) Small Hydro Project Analysis www.retscreen.net

Sleigh, A. C. and Jackson, S. (2004) Socioeconomic impacts of Hydropower resettlement projects, Encyclopedia of energy, 3, pp. 315–323


Taylor, S., Upadhyay, D. and Laguna, M. (2006) Flowing to the East -Small Hydro in

TNSHP. (2004) Guide on how to develop a small hydropower plant. Brussels, European Small Hydropower Association

Yüksel, I. (2010) As a renewable energy hydropower for sustainable development in Turkey Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, pp. 3213–3219


Dicle Havzası Ardışık Hidroelektrik Santralleri için İşletim Modeli

Emrah Yalçın İnşaat Mühendisliği Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara

Tel: 0505 863 2816 E-posta: [email protected]

Şahnaz Tiğrek

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Batman Üniversitesi, 72100 Batman Tel: (488) 217 3554

E-posta: [email protected]

Öz Bu çalışmada, henüz gelişme aşamasında olan Dicle Nehri Havzası’nda yer alan barajların bütünleşik bir şekilde işletilebilmesi için geliştirilen model tanıtılacaktır. Geliştirilen model, hidro-meteorolojik veriler kullanılarak havzadaki planlama, inşa ve işletmedeki depolamalı tüm su yapılarının işletme optimizasyonunun yapılmasını sağlayan doğrusal olmayan bütünleşik bir modeldir. Bu model ile havzada üretilebilecek enerjiyi maksimize etmek hedeflenirken havzanın diğer su ihtiyaçları da hesaba katılmış ve sulama suyu ihtiyacına öncelik verilmiştir. Bütünleşik ve ardışık işletme optimizasyonu çalışmaları tarihsel akım verileri ile en ıslak ve en kurak yıllar için yapılmıştır. Her iki durumda da, bütünleşik optimizasyon modeli barajların işletmesinin tek tek optimize edildiği ardışık optimizasyon modeline göre daha iyi sonuç verirken ardışık modelin mansaptaki sulama ihtiyacının tamamını karşılayamadığı görülmüştür. Ayrıca bütünleşik model havzadaki tüm projeler için farklı senaryolar altında uygulanarak hem havza enerji potansiyeli hem de ulusal ve uluslararası platformlarda yapımı çokça tartışılan Ilısu Barajı’nın bu potansiyele katkısı araştırılmıştır. Anahtar sözcükler: Doğrusal olmayan programlama, Optimizasyon, Rezervuar işletmesi, Dicle Havzası, Ilısu Barajı.

Giriş Su enerjisi, yeterince yerli fosil kaynaklara sahip olunmaması sebebiyle ülkemizin enerji potansiyelinin geliştirilmesinde önemli bir etmendir. Hedef konulan tarih zaman içinde değişse de Türkiye tüm teknik ve ekonomik su potansiyelini enerjiye çevirme konusundaki hedefinden vazgeçmemiştir. Bu bağlamda, dünyadaki enerji piyasası gelişiminden de etkilenerek su kaynaklarının gelişimini hızlandırmak için yeni bir strateji olarak daha önce çok sınırlı olan özel sektör payını arttırma yoluna gidilmiştir. Burada küresel iklim değişikliği sebebiyle yenilenebilir enerji potansiyelini artırma isteğinin de payı vardır. Bu yeni strateji ile bugün enerji üretiminde çok sayıda paydaş yer alırken kamu payı gitgide azalmaktadır. Ancak bu durum yakın gelecekte su


paylaşımı konusunda ciddi çatışmalara sebep olabilecektir. Daha önce birçok havzada ardışık olarak inşa edilen hidroelektrik santraller tek bir otorite tarafından işletilirken şu an birden fazla işletici vardır. Yağışın bol olduğu yıllarda bir sorun belki olmayacaktır; ancak yağışın az olduğu yıllarda enerji üretiminin havza bazlı yönetilmemesi üretimde kayda değer düşüşlere sebep olacaktır. Ülkemizdeki nehir havzalarının sadece enerji yapılarını değil sulama ve içme suyu temin yapılarını da barındırması gerçeği bu karışıklığın boyutlarını artıracaktır. Bu çalışmada, henüz havza gelişimini yapısal olarak tamamlamamış olan Dicle Nehri Havzası’nda yer alan projelerin bütünleşik bir şekilde işletilebilmesi için geliştirilen model ile hem havza enerji potansiyeli hem de ulusal ve uluslararası platformlarda yapımı çokça tartışılan Ilısu Barajı’nın bu potansiyele katkısı araştırılmıştır. Geliştirilen model, hidro-meteorolojik veriler kullanılarak havzadaki planlama, inşa ve işletmedeki depolamalı tüm su yapılarının işletme optimizasyonunun yapılmasını sağlayan doğrusal olmayan bütünleşik bir modeldir. Bu model ile havzada üretilebilecek enerjiyi maksimize etmek hedeflenirken havzadaki diğer su kullanıcılarının ihtiyaçları da hesaba katılmıştır.

Dicle Havzası ve Ilısu Barajı Dicle Nehri, Fırat Nehri ile beraber Ortadoğu’nun en önemli nehridir. Hazar Gölü yakınlarında doğan nehir, güney doğu yönünde 523 km kat ederek Suriye sınırına ulaşıp burada 32 km’lik bir bölümüyle Türkiye-Suriye sınırının bir parçasını çizmektedir. Toplam uzunluğu 1900 km olan nehir, Irak topraklarında Fırat Nehri ile birleşerek 179 km uzunluğundaki Şatt-ül Arap suyolunu oluşturmakta ve Basra Körfezi’ne dökülmektedir (Altinbilek, 2004). Dicle Nehri Havzası ile ilgili ilk çalışmalar 1945 yılında Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Direktörlüğü tarafından başlatılmıştır. 1953 yılında Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü’nün su kaynaklarının geliştirilmesi göreviyle kurulmasından sonra 26 nehir havzasında havza esaslı çalışmalar başlamıştır. 1961 yılında Fırat Planlama Grup Amirliği (FPGA) kurulmuş, Fırat-Dicle Havzası’nda öncelik Fırat Nehri’ne verilerek 1965 yılında Keban Barajı’nın inşasına başlanmıştır (Yalcin, 2010). Dicle Nehri enerji potansiyeli ile ilgili ilk veriler 1968 yılında FPGA tarafından yayınlanan Dicle Havzası İstikşaf Raporu’nda yer almaktadır. Bu raporda, 500 m ve 370 m kotları arasındaki enerji potansiyelinin sırasıyla Üçağaç, Çelikhan ve Cizre Barajları ile değerlendirilmesi öngörülmüş; ancak bu çalışma daha sonra revize edilerek Ilısu-Cizre ikili baraj projesi ile son şeklini almıştır (Ilisu Hydropower Consultants, 1983). Yirminci yüzyıl, su potansiyeli olan tüm ülkelerde, havzaların su ve enerji potansiyelini değerlendirmek amacıyla, baraj inşaatlarının en yoğun olduğu dönemdir. Ancak barajlar bugün tüm dünyada yoğun eleştirilere sebep olmaktadır. Bunun nedeni, 150 yıllık baraj pratiğinin zararlı sonuçlarının görülmesi ve küresel iklim değişikliği tartışmalarının toplumlarda doğaya ve çevreye karşı farkındalığının arttırmasıdır. Ilısu Barajı da çevresel, sosyal ve ekonomik etkilerinden dolayı değişik kişi ve gruplarca çokça eleştirilmektedir. Özellikle geçmişi milattan önce on bin yıla uzanan Hasankeyf’in bir bölümünün sular altında kalacak olması sebebiyle tepki çeken bu baraj projesinin, ülkenin artan enerji ihtiyacı gerekçesiyle dış kredi imkanları olmamasına rağmen yerel


bankalardan kredi sağlanarak 2008 yılında inşasına başlanmıştır. Halen inşası devam eden projeye karşı hem Hasankeyf’in sular altında kalmasını engelleyecek hem de mevcut projenin enerji üretim potansiyeline eş bir alternatif proje Yalcin (2010) tarafından geliştirilmiş olsa da baraj boyutlarıyla ilgili herhangi bir yenilemeye gidilmemiştir. Bu çalışmada, havza planlanmasının tamamlandığı öngörülerek havza optimizasyonu işletme durumu için yapılmış olup mevcut projelerle havzadan en üst düzeyde verim alınması hedeflenmiştir.

Doğrusal Olmayan Programlama Modeli Optimizasyon modeli doğrusal olmayan programlama ile formüle edilmiştir. Enerji satışından elde edilecek geliri ve üretilecek toplam enerjiyi maksimize etmek için iki ayrı hedef fonksiyonla geliştirilen bu modelde kısıtlama olarak akım-süreklilik ilişkisi, türbin kapasitesi, dolusavak kapasitesi, minimum çıkış akımı, minimum enerji üretimi, minimum depolama ve rezervuar kapasitesi alınmıştır. Ayrıca işletme döneminin başlangıcı ve sonu için depolama hacimleri, baraj ölü hacim miktarlarına eşit olacak şekilde sınırlandırılmıştır. Net buharlaşma miktarları, aylık ortalama akım değerleri, can suyu miktarları, sulama ve içme suyu ihtiyaçları, rezervuar alanı ve su seviyesi fonksiyonları, türbin verim eğrileri ve elektrik satış fiyatları ile projelerin teknik ve topografik özellikleri modelin giriş verilerini oluşturmaktadır (Yalcin, 2015) Bu doğrusal olmayan optimizasyon problemini çözmek için General Algebraic Modelling System (GAMS) paket programında MINOS çözücüsü kullanılmıştır (Murtagh ve diğ., 2014). Bütünleşik ve Ardışık İşletme Modellerin Karşılaştırılması Bütünleşik ve ardışık işletme modellerinin karşılaştırması, Dicle Nehri kollarından biri olan Garzan Çayı üzerinde yer alan Ayşehatun, Kor ve Garzan baraj projeleri ile gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). 12 aylık zaman döneminde tarihsel akış verileri kullanılarak gözlem periyodundaki en ıslak ve en kurak yıllar için gerçekleştirilen işletme çalışmalarında hedef fonksiyonu olarak maksimum enerji geliri esas alınmıştır. İşletme sonuçlarına göre, hem kurak hem de ıslak mevsimde yıllık toplam enerji geliri bütünleşik modelde daha fazla olurken, ardışık modelle kurak mevsimde sulama suyu ihtiyacı Garzan Barajı çıkış akımları ile sağlanan 60000 ha’lık Garzan sulama projesinin su ihtiyacının ancak %83’ünü sağlanabildiği görülmüştür (Tablo 1) (Enersu, 2008).

Tablo 1 Garzan Çayı Hidroelektrik Sistemi İşletme Sonuçları.

Gelir (milyon ABD doları) Ayşehatun Kor Garzan Toplam En ıslak dönem Bütünleşik model 20,05 13,74 21,78 55,57 Ardışık model 20,22 13,11 18,81 52,14 En kurak dönem Bütünleşik model 6,40 3,34 5,50 15,24 Ardışık model 6,67 3,49 5,00 15,16


Bütünleşik İşletme Modeli Dicle Nehri Havzası’nın Ilısu Barajı ve HES projesine kadar olan bölümü olan 36408 km2’lik alanda tam gelişme durumuna göre 30 baraj ve 8 gölet projesi bulunmaktadır (Şekil 1). Bu projelerden 19 tanesi enerji amaçlı olup 15 tanesi işletmede, 11 tanesi inşa halinde ve diğer projeler ise planlanma aşamasındadır. Bu projeler ile yaklaşık yarım milyon ha alanın sulanması ve yılda 14,5 milyon m3 suyun Diyarbakır, Van ve Siirt illerine içme ve kullanma suyu olarak temin edilmesi hedeflenmektedir. Mevcut durumda 7 baraj ve 8 gölet projesi tamamlanmış olup bu projelerle 34756 ha’lık arazinin sulama suyu ihtiyacı karşılanmaktadır (DSİ, 2014).

Şekil 1 Dicle Nehri Projeleri ve Ölçüm İstasyonları. 30 yıllık gözlem periyodunda baraj yerleri için elde edilen akım verilerinin aylık ortalama değerleri kullanılarak 12 aylık işletme periyodunda bütünleşik optimizasyon modeli kullanılarak havza projeleriyle üretilebilecek toplam enerjiyi maksimize eden hedef fonksiyonu ile gerçekleştirilen işletme çalışmaları üç farklı senaryo için uygulanmıştır. Birinci senaryoda, Ilısu baraj gölünün mansabında yer alan ve büyük oranda Ilısu çıkış akımları ile beslenen Cizre Barajı tarafından yıllık 767,30 hm3’lük su ihtiyacı karşılanacak olan 121000 ha’lık bir alanı kapsayan Silopi ve Nusaybin-İdil-Cizre sulama projeleri ile ilgili bir kısıtlama modelde yer almamaktadır (Ilisu Environment


Group, 2005; Ilisu Hydropower Consultants, 1983). Bu durumda, havza projeleri ile elde edilebilecek maksimum enerji miktarının 7371,82 GWh olduğu hesaplanmış; ancak Ilısu çıkış akımlarının mansap sulama suyu ihtiyacı için yeterli olmadığı görülmüştür. İkinci senaryoda, Silopi ve Nusaybin-İdil-Cizre sulama projeleri su ihtiyacı modele bir kısıtlama olarak alınıp işletme optimizasyonu tekrarlandığında havza projeleri ile elde edilebilecek maksimum enerji miktarının 7342,01 GWh’e düştüğü tespit edilmiştir. Üçüncü senaryoda ise, Ilısu baraj gölü maksimum su seviyesinin Hasankeyf’i sular altında bırakmaktan kurtarmak amacı ile 525 m’den 457 m’ye düşürüldüğünde durumda enerji üretiminin ne kadar düşeceği ve bu durumda Cizre Barajı’nın sulama suyu ihtiyacını karşılayıp karşılayamayacağını görmek amacıyla işletme çalışmaları tekrarlanmıştır (Yalcin, 2010). Buna göre, toplam enerji miktarının %12 oranında bir azalmayla 6496,61 GWh’e düştüğü; ancak Ilısu çıkış akımlarının sulama projeleri için yeterli olduğu görülmüştür (Tablo 2). Ilısu Barajı’nın aktif depo hacminde %93 oranında bir azalma olmasına rağmen mansap sulama projelerinin sulama suyu ihtiyacının karşılanabilir olması bütünleşik havza işletmesinin akım düzenleme üzerindeki etkisini göstermektedir (Şekil 2).

Tablo 2 Dicle Nehri Hidroelektrik Sistemi İşletme Sonuçları.

Üretilen Enerji (GWh) Aylar

10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ∑ Senaryo I

63,6 388,4 435,3 475,3 462,4 567,1 1028,3 826,7 649,9 1303,0 979,7 192,2 7371,8 Senaryo II

55,8 391,6 435,3 475,7 442,7 562,8 1028,3 856,0 661,8 1300,6 939,1 192,2 7342,0 Senaryo III

57,6 323,2 400,9 410,5 339,6 412,7 853,0 997,8 824,3 988,5 672,6 188,9 6469,6

Şekil 2 Ilısu Barajı ve HES Projesi.


Sonuçlar Mevcut, inşa halinde ve planlamadaki hidroelektrik santrallerin işletme haklarının özel sektöre devri ile elektrik üretimi için yeni projeler geliştirilmesi amacıyla verilen su kullanım anlaşmaları hakkındaki yasal düzenlemeler, üretimdeki kamu payında önemli bir düşüşe sebep olmuştur. Bunun sonucunda, paydaş sayısının artması sebebiyle rezervuarların işletilmesi ile ilgili ciddi sorunlar ortaya çıkmıştır. Bu durum, havza planlama ve yönetiminde entegre ve tüme dayalı bir yaklaşım ihtiyacını doğurmuştur. Bu çalışma, henüz yapısal olarak gelişme aşamasında olan Dicle Nehri Havzası’nda yer alan barajlarının entegre olarak işletilmesini sağlayacak bir işletme modeli sunmaktadır. Havzanın bütünleşik bir model ile işletilmesinin olası faydaları değişik senaryolarla irdelenmiştir. Sonuçlar, bütünleşik havza işletim modeli ile elde edilebilecek faydanın daha fazla olacağını göstermektedir.

Kaynaklar Altinbilek, D. (2004) Development and management of the Euphrates-Tigris Basin. International Journal of Water Resources Development, 20(1), 15-33. doi: 10.1080/ 07900620310001635584 DSİ (Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü). (2014) <http://www.dsi.gov.tr/> (25 Mayıs 2014). Enersu (Enersu Mühendislik Müşavirlik İnşaat Sanayi ve Ticaret Limited Şirketi). (2008) Garzan Barajı ve HES revize fizibilite raporu. Enersu Mühendislik Müşavirlik İnşaat Sanayi ve Ticaret Limited Şirketi, Ankara. FPGA (Fırat Planlama Grup Amirliği). (1968) Dicle Havzası istikşaf raporu. Fırat Planlama Grup Amirliği. Ilisu Environment Group. (2005) Ilisu Dam and HEPP environment impact assessment report with enclosures. Ilisu Environment Group: Hydro Concepts Engineering, Hydro Quebec International and Archeotec Incorporated. Ilisu Hydropower Consultants. (1983) The Cizre Dam and HEPP Project feasibility report. Ilisu Hydropower Consultants: Binnie & Partners, Gizbili Consultancy Engineering, James Williamson & Partners, Kennedy & Donkin and COBA. Murtagh, B. A., Saunders, M. A., Murray, W., & Gill, W. E. (2014) MINOS solver manual. <http://www.gams.com/dd/docs/solvers/minos.pdf> (12 Ekim 2014). Yalcin, E. (2010) Ilisu Dam and HEPP, investigation of alternative solutions. Master’s Thesis, Middle East Technical University, Ankara. Yalcin, E. (2015) Optimisation of the Tigris River Hydropower System operations. Ph.D. Thesis, Middle East Technical University, Ankara.


Dünyada ve Türkiye`de Hidroelektrik Enerji, Gelişimi ve Genel Değerlendirme

Süleyman BOZKURT İnş.Yük.Müh., DSİ Etüt ve Plan Dairesi Başkanı (Emekli), Altınkum Mah., 431 Sok.,

No: 13/4, Konyaaltı, Antalya Tel: (535) 583 23 83


Rıfat TÜR Yrd.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Akdeniz Üniversitesi, 07058, Antalya


Öz Gelişmekte olan ülkelerde ve Türkiye’de önemli miktarda hidroelektrik enerji kaynakları mevcuttur. Sürdürülebilir bir dünya ve ülkemiz için elektrik enerjisinin temininde temiz ve yenilenebilir hidrolik enerji önemli bir yer tutmaktadır. Barajların ve hidrolik santrallerin daha fazla geliştirilmesi için birçok engeller uygun şekilde aşılmalıdır. Mümkün olduğunca olumsuz çevresel ve sosyal etkiler azaltılmalıdır. Hidrolik enerji, suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesiyle sağlanan bir enerji türüdür. Suyun üst kotlardan alt kotlara düşürülmesi sonucu oluşan kinetik enerji, türbinlerin dönmesini sağlamakta ve elektrik enerjisi elde edilmektedir. Hidrolik enerji potansiyeli yağış rejimine bağlıdır. Elektrik üretimi amacıyla inşa edilen depolamalı (biriktirmeli-barajlı) hidroelektrik santraller bu işlevlerinin yanında birçok amaca (taşkın önleme, sulama, su ürünleri geliştirme, turizmi geliştirme, ulaşımı kolaylaştırma vb.) hizmet etmektedir. Ayrıca depolamalı hidroelektrik santraller enerjinin sigortasıdır. Bir nevi enerjiyi depo etme imkanı sağlar ve özellikle enerjinin en kıymetli olduğu puvant (pik) saatlerde ihtiyaçların karşılanmasında önemli bir işleve sahiptir. Ayrıca hidroelektrik enerji yerli ve yenilenebilir ve dünyadaki su döngüsünün devam ettiği sürece tükenmeyecek stratejik bir enerji kaynağıdır. Bu çalışmada, dünyada ve Türkiye`de hidroelektrik enerji potansiyeli, gelişimi, depolamalı HES`lerin önemi, hidroelektrik enerji üretiminin artırılması için enerji sektöründe yapılan yasal düzenlemeler ve Türkiye bakımından genel değerlendirmeler yapılmıştır. Anahtar sözcükler: Hidroelektrik enerji, Barajlar, Depolamalı HES`ler, Enerji sektöründeki düzenlemeler, Enerji potansiyeli.


Giriş Hidroelektrik enerji potansiyeli yağış rejimine bağlıdır. Elektrik üretimi maksadıyla inşa edilen depolamalı (biriktirmeli) hidroelektrik santraller bu işlevlerinin yanında birçok amaca (taşkın önleme, sulama, su ürünleri geliştirme, turizmi geliştirme, ulaşımı kolaylaştırma vb.) hizmet etmektedir. Ayrıca depolamalı hidroelektrik santraller enerjinin sigortasıdır. Bir nevi enerjiyi depo etme imkanı sağlar ve enerjinin en kıymetli olduğu puvant (pik) (talebin en fazla olduğu) saatlerde ihtiyaçların karşılanmasında önemli bir işleve sahiptir. Hidroelektrik santraller diğer üretim tipleri ile mukayese edildiğinde en düşük işletme maliyetine, en uzun işletme ömrüne ve en yüksek verime haizdirler. Türkiye`nin diğer enerji alternatif kaynakları karşısında milli kaynak olan suyu kullanan hidroelektrik santrallere öncelik vermesi ve teşvik etmesi için ekonomik, çevresel ve stratejik birçok sebep vardır. Her şeyden önce, hidroelektrik enerji yerli ve yenilenebilir ve dünyadaki su döngüsünün devem ettiği sürece tükenmeyecek stratejik bir enerji kaynağıdır. Bu çalışmada, Hidroelektrik Enerji, Dünyada ve Türkiye`de Hidroelektrik Enerji Potansiyeli ve Gelişimi, Hidroelektrik Enerji Üretiminin Artırılması, Barajların ve Depolamalı HES`lerin Önemi ve Türkiye Bakımından Genel Değerlendirme yapılmıştır.

Hidroelektrik Enerji Hidroelektrik enerji iyi tesis edilmiş bir teknolojiye sahip olup, mevcut enerjiler içinde en temiz kaynaklardan biridir. Gelişmekte olan ülkelerde büyük bir potansiyel kaynak olup, görmemezlikten gelinemez. Fabrikaların çalıştırılması ve şehirlerin aydınlatılması için gerekli olan büyük miktarlardaki elektriği temin edebilir. Küçük ve mikro hidroelektrik santraller dağınık nüfuslu yerleşim yerlerine, zirai üretim yapan tesislere ve tecrit edilmiş bölgelere elektrik sağlayabilir. Enerji eksikliklerini azaltmak için, çevre açısından en kabul edilebilir çözümler: yenilenebilir kaynakların korunması, verimliliğin arttırılması ve genişletilmesidir. Hidrolik güç yenilenebilir, çünkü gücünü hidrolojik çevrimden alır. Public Citizen’ın ABD’de yaptığı bir araştırmada, biyomass ve hidrolik enerji yenilenebilir kaynakların başında gelmiştir (Bütün yenilenebilir enerji üretimlerinin sırasıyla %50 ve %45’ini sağlarlar) (Biomass, 1990). Suda karbon olmadığı için havayı kirletmez ve uzun ömürlü bir maddedir. Hidroelektrik santraller, termik santrallerinin iki misli olan %85–90 verimlilikle çalışırlar. Hidroelektrik santraller tek başlarına kömür yakıtlı termik santrallerin her yıl ürettiği 587 milyon ton karbon cürufun oluşmasını önlerlerki, bu miktar 1987 yılında kullanılan bütün katı yakıtların oluşturduğu cürufun %10’undan fazladır (Shea C. P., 1988).

Ayrıca; belirli zaman sonra petrol tükenecektir. İstatistiklere göre 2004 yılı sonu itibariyle dünya petrol rezervleri 36 yıl yeterlidir. Yakın gelecekte, petrol hemen ve tamamen tükenmese bile o kadar pahalı olacaktır ki, kimse petrol ve doğal gazı elektrik üretiminde kullanamayacaktır.

Doğalgazlı santraller teknik ömrünü tamamlamış veya bugüne göre iki misli pahalı üretim yapar olacaktır.


Yeni enerji türleri hizmete arz edilse bile bunların yatırım bedeli ve üretim maliyeti hidroelektrik enerjiye göre çok yüksek olacaktır.

Özellikle ülkemiz için endüstri, tarım, turizm ve dış ticaret sektörlerinin rekabet edebilir konumu muhafaza edebilmesi ve sürdürülebilmesi için elektrik fiyatında ucuzluk sağlamak gerekir ki bu durumda hidroelektrik enerji; en etkin, en ucuz, dışa bağımsız ve yenilenebilir bir güç kaynağı olacaktır. Özellikle üçüncü dünyadaki birçok ülke, kırsal yörelerde enterkonnekte sistemle bağlantısı olmayan küçük santralleri (15 MW ve altı) sürekli olarak enerji elde etmek için inşa etmektedirler. Küçük ölçekli hidrolik santraller lokal işçilik ve malzeme kullanma avantajına sahip olup, gelişmekte olan ülkelere yoksulluk ve bağımlılıklarının azaltılmasında yardımcı olmaktadır. 1980 yılından beri, uygun yerel yaklaşımların geliştirilmesi için ilerlemeler sağlanmıştır. Bu açıdan, yukarıdaki faydaları yanında kendi sermaye ve teknolojisini kullanarak onbinlerce küçük hidrolik santral inşa etmiş olan Çin’in bu konudaki deneyimi başka hiçbir ülkede yoktur. Sayılan faydaları yüzünden, küçük hidrolik santrallerin gelecekte (özellikle Türkiye’de) daha geniş ilgi ve daha fazla sermaye çekmesi beklenmektedir (Bozkurt, 2009).

Enerji Üretiminde Hidroelektriğin Yeri Dünyanın yıllık enerji ihtiyacı nüfus artışına paralel olarak hızla artmaktadır. Yenilenebilir temiz enerji kaynaklarının başında hidroelektrik enerji gelmektedir. İnsanlık tarihi boyunca suyun hareket enerjisinden yararlanmak için çeşitli metotlar kullanılmıştır. Henüz gelişme aşamasında olan yenilenebilir enerjilerden farklı olarak hidrolik enerji uzun yıllardır bütün dünyada kullanılan bir enerji türüdür. Barajlar temiz su sağladığı gibi temiz enerji de sağlamaktadır. Dünyada 24 ülkede toplam ulusal elektrik üretiminin %90’ının ve 63 ülkede %50 sinin hidroelektrik santrallerden elde ediliyor olması bu yapıların enerji sağlamada önemini göstermektedir. Hidroenerji diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına oranla bazı teknik üstünlükler sunmaktadır. Öncelikle hidroelektrik enerji güvenli bir enerjidir. Bir diğer üstünlük, depolamalı HES`lerde enerjinin kolayca depolanması ve ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilmesidir. Düşük kapasitedeki hidroelektrik santrallerin birkaç saniye içinde yüksek kapasiteye dönüştürülebilmesi önemli avantajlardan birisidir. Hidroelektrik enerji şebekelerin stabilitesinde hayati rol oynar. Şebekede sık sık görülebilecek yük değişiklikleri ve frekans değişikliklerine anında müdahale ederek şebekenin işleyişini düzenleyerek vatandaşların sıklıkla karanlıkta kalmalarını ve elektrikli cihazların bozulmalarını önler. Şebekedeki reaktif gücü kontrol eder ve böylece elektriğin üretim noktasından tüketim noktasına düzgün akışını sağlar. Hiçbir yabancı güç kaynağına ihtiyaç duymadan sıfırdan üretime geçebilir ve böylece başlaması uzun zaman alan diğer enerji kaynaklarına yardımcı güç sağlayarak onların üretime geçmelerini sağlar.


Hidroelektrik enerjinin (Depolamalı HES’lerin) avantajları aşağıda özetlenmiştir; Ekonomik ömrü uzun Dünya genelinde yaygın Çevre dostu İşletme - bakım gideri düşük Yakıt gideri olmayan Geri ödeme süresi kısa (5-10 yıl) Yüksek verimli (%90 ın üzerinde) İşletmede esneklik ve kolaylık sağlayarak pik talepleri karşılayabilen Yöre halkına da ekonomik ve sosyal katkılar sağlayan Dışa bağımlı olmayan ve enerjinin sigortası olan yerli bir kaynaktır (Bozkurt, 2009).

Türkiye’de Elektrik Enerjisi Üretiminin Mevcut Durumu

2013 yılında Türkiye’de kişi başına yıllık elektrik tüketimi 3100 kWh iken, dünya ortalaması 2500 kWh, gelişmiş ülkelerde 8900 kWh, Çin'de 827 kWh, ABD'de ise 12322 kWh civarındadır. Ülkemizin ekonomik ve sosyal bakımdan kalkınmasının sağlanması için endüstrileşme bir hedef olduğuna göre bu endüstrinin ve diğer kullanıcı kesimlerin ihtiyacı olan enerjinin, yerinde, zamanında ve güvenilir bir şekilde karşılanması gerekmektedir (Akpınar ve diğ., 2008). Türkiye’de 1950’li yıllarda yılda sadece 800 GWh enerji üretimi yapılırken, bugün bu oran yaklaşık 300 misli artarak yılda toplam 240154 GWh’e ulaşmıştır. 2013 yılı itibariyle, 64007 MW’a ulaşan toplam kurulu güç ile yılda ortalama olarak 373420 GWh/yıl enerji üretimi mümkün iken; arızalar, bakım-onarım, işletme programı politikası, ekonomik durgunluk, tüketimde talebin azlığı, kuraklık, randıman vb. nedenlerle ancak 240154 GWh/yıl enerji üretilebilmiştir. Yani kapasite kullanımı %64 olmuştur. Termik santrallerde kapasite kullanım oranı %63 iken hidroelektrik santrallerde %74olmuştur. 2013 yılı itibariyle toplam enerji üretimimizin %22’si yenilenebilir kaynak olarak nitelendirilen hidrolik kaynaklardan, %75’i ise fosil yakıtları olarak adlandırılan termik(doğal gaz, linyit, kömür, petrol gibi) kaynaklardan üretilmektedir (Tablo 1).Son zamanlarda rüzgar, jeotermal ve güneş enerjisi şeklinde alternatif kaynaklara önem verilmektedir. 2013 yılı itibariyle rüzgar, jeotermal ve güneş kaynaklarından enerji üretimi, toplam enerji üretimimizin içinde %3`e ulaşmıştır. Nükleer enerji kullanımı için de çalışmalar yapılmaktadır (DSİ, 2004, DSİ 2015). Türkiye’de doğal gaz ve petrol rezervleri yok denecek kadar azdır. Bu sebeple Türkiye enerji ihtiyacını karşılamak için, doğal gaz, petrol, hatta kömür ithal etmek zorundadır. Son yıllarda hem evlerde hem de sanayide doğal gaz kullanımı hızlı bir tırmanışa geçmiştir. Endüstrinin artan enerji ihtiyacı için doğalgaz ile çalışan güç santralleri kurulmuştur. Bundan dolayı, toplam enerji üretiminde hidroelektriğin payı azalırken, termik santrallerde üretilen enerjinin payı yükselmiştir. Ancak 3 Mart 2001 tarihinde yürürlüğe giren 4628 sayılı Elektrik Piyasası Kanunu ve 3 Eylül 2002 tarihinden itibaren uygulamaya konulan yeni piyasa modeli ile DSİ


ve EİE tarafından 2003 yılına kadar çeşitli kademelerde geliştirilmiş olan bütün hidroelektrik enerji projeleri Tüzel kişilerin başvurusuna açılmıştır. EPDK (Enerji Piyasası Değerlendirme Kurulu)’dan lisans alan ve DSİ ile su kullanım anlaşması yapan firmalar hidroelektrik enerji üretim projesi yatırımlarına başlamış ve hidroelektrik enerji üretiminde son 10 yılda önemli artışlar sağlanmıştır.

Tablo 1. Türkiye`de yakıt cinslerine göre enerji kaynaklarının kurulu gücü, üretim

kapasitesi ve kapasite kullanım oranları (DSİ, 2015).

2007 Yılı 2013 Yılı Enerji

üretilen kaynağın

cinsi

Kurulu Güç

(MW)

Ortalama Üretim

Kapasitesi (GWh)

Gerçek Üretim (GWh)

Kapasite kullanımı

Kurulu Güç

(MW)

Ortalama Üretim

Kapasitesi (GWh)

Gerçek üretim (GWh)

Kapasite kullanımı

Taşkömürü+ ithal

kömür+linyit

10197 66899 53431 80 12428 81477 63054 77

Petrol+ motorin+

nafta+LPG

2471

16119

6527

40

693

4647

2471

53

Doğal gaz 14560 108853 95025 87 20255 150737 105116 70 Diğer 43 313 214 68 5272 1171 1171 100

Termik toplam 27271 192183 155196 81 38648 272623 171812 63

Jeotermal+ Rüzgar 169 620 511 82 3070 12667 8921 65

Hidroelektrik 13395 48112 35851 75 22289 80174 59421 74 Genel toplam

40836

240919

191555

80

64007

373420

240154

64

Hidroelektrik enerjinin hem çevreyi kirletmeyen temiz bir kaynak olması hem de uzun vadede en ucuz enerji türü olması sebebiyle birçok ülke son yıllarda hidroelektrik santral inşaatına yeniden hız vermiştir. Dünyadaki toplam su miktarı 1400 milyon km3’tür. Bu suyun %97.5ì denizlerde ve okyanuslardaki tuzlu sulardan oluşmaktadır, %2.5`luk pay, 35 milyon km3 tatlı su kaynağıdır. Yeryüzünde bulunan tatlı su miktarının %68.7`si kutuplarda buzul kütle olarak, %0.8ì yeraltında fosil olarak, %30.1ì yeraltı suyu olarak ve %0.4`ü yerüstü suyu ve atmosferik buhar olarak bulunmaktadır. Dünya yüzeyine yağışla düşen su miktarı yılda ortalama 800 mm ya da yaklaşık 119 000 km3 olarak tespit edilmiştir. Bu miktarın 72 000 km3’ü buharlaşarak atmosfere geri dönmekte, 47 000 km3’ü akışa geçerek nehirler vasıtasıyla denizlere ve kapalı havzalardaki göllere ulaşmaktadır. Yağışla düşen 119 000 km3 su miktarının ancak 9 000 km3’ü teknik ve ekonomik olarak kullanılabilirdir. Denizlerden buharlaşan 505 000 km3 suya karşın, denizlere yağış olarak dönen su miktarı 458 000 km3’tür. Teknik ve ekonomik olarak kullanılabilir potansiyel verilerine göre teorik hidroelektrik potansiyeli dünya genelinde brüt olarak 40150 TWh/yıl, teknik olarak hidroelektrik potansiyeli yaklaşık olarak 14060 TWh/yıl, ekonomik olarak


hidroelektrik potansiyeli ise 8905 TWh/yıl dır (Tablo 2). Türkiye için bu değerler sırasıyla 433TWh/yıl, 216 TWh/yıl ve 160 TWh/yıl dır. 2014 yılı itibariyle işletmede olan kurulu güç 23490 MW, ortalama üretim ise 82320 GWh/yıl dır (Tablo 4). Hidroelektrik enerji kaynakları dünya üzerinde geniş bir şekilde yer almaktadır. Yaklaşık 150 ülkede hidroelektrik potansiyel olduğu yapılan çalışmalar neticesinde ortaya çıkartılmıştır. Ancak söz konusu hidroelektrik enerji potansiyelinin %35`i kullanılmaktadır (DEKTMK, 2007). Dünya üzerinde en yüksek hidroelektrik üretimini sağlayan ilk on ülkenin toplamı, dünya hidroelektrik üretiminin %70`ine karşılık gelmektedir. Dünyada, hidroelektrik üretimde 1. sırayı koruyan Çin’de işletmede yüksekliği 30 m’nin üzerinde 5327 büyük baraj bulunmakta ve Çin teknik HES potansiyelinin % 23’ü kullanılmaktadır. 2020 yılına kadar ise kurulu gücü %50 artırarak 300000MW’a çıkarılması hedeflenmektedir. 2. sırada yer alan Brezilya ise teknik potansiyelinin sadece %25’ini kullanmasına rağmen elektrik enerjisinin %83,9’unu hidroelektrikten karşılamaktadır. Buna rağmen inşaatı devam eden kurulu güçleri toplamı 9759MW 10 adet büyük HES son yıllarda işletmeye alınmış olup, 29364 MW kurulu gücünde 10 adet HES ise planlaması tamamlanmış ve 2019 yılına kadar inşa edilerek işletmeye alınması planlanmaktadır.2013 verilerine göre Türkiye 80174 GWh/yıl ortalama üretimle dünyada 14. sırada yer almaktadır. Dünyanın kıtalara göre hidroelektrik enerji potansiyeli Tablo 2`de, dünyada hidroelektrik enerji üretiminde söz sahibi ülkelerin bu sektördeki gelişim durumları Tablo 3`de verilmiştir.

Tablo 2. Dünyanın Hidroelektrik enerji potansiyeli (DEKTMK 2007).

Bölge Brüt Hidroelektrik Enerji Potansiyeli

(TWh/yıl)

Teknik Hidroelektrik Enerji

Potansiyeli (TWh/yıl)

Teknik ve Ekonomik

Hidroelektrik Enerji Potansiyeli

(TWh/yıl) Afrika 4000 1665 1000 Asya 19000 6800 3600

Avustralya/Okyanusya 600 270 105 Avrupa 3150 1225 800

K. ve Orta Amerika 6000 1500 1100 Güney Amerika 7400 2600 2300

Dünya 40150 14060 8905 Türkiye 433 216 160

Türkiye/Dünya (%) 1.08 1.54 1.80


Tablo 3. Hidroelektrik Enerjinin Dünyadaki Durumu (2011 yılı) (Koç ve Şenel, 2013).

Ülke Kurulu Gücü (GW)

Üretimi (TWh)

Dünya Üretimi İçindeki Payı

(%)

Yerli Elektrik Üretiminde

Hidroelektriğin Payı (%)

Çin 212 722 19.8 14.8 ABD 79 328 9.4 7.4

Brezilya 79 430 12.3 80.6 Kanada 75 377 10.8 59.0 Japonya 28 85 2.4 8.0 Rusya 47 165 4.7 15.7

Hindistan 42 132 3.8 12.4 Norveç 30 122 3.5 95.2 Türkiye 17 52 1.5 22.8

TOPLAM 609 2413 68.2

Hidroelektrik Enerjinin Türkiye`deki Durumu 2014 yılı Ağustos ayı sonu itibariyle, Türkiye’de işletilmekte olan toplam 485 adet hidroelektrik enerji santrali mevcuttur. Bu santrallerin toplam kurulu gücü 23490 MW ve yıllık ortalama üretim kapasitesi 82320 GWh’tir. Bu da toplam elektrik enerjisi talebinin yaklaşık %25’ine ve toplam elde edilebilir hidroelektrik potansiyelin %49’una karşılık gelmektedir. Toplam potansiyelin %15’ine tekabül eden inşa halindeki 145 adet hidroelektrik santrallerin toplam kurulu gücü 8196 MW, yıllık üretim kapasitesi 25077GWh’dır. Gelecekte, inşası tasarlanan 906 adet hidroelektrik enerji santrali ile kullanılamayan 59232 GWh/yıl’lık potansiyelin de (ekonomik değerlendirilebilir potansiyelin %36’sı) değerlendirilmesi planlanmaktadır (Tablo 4). Tablo 4. Türkiye Hidroelektrik Enerji Potansiyeli ve Gelişme Durumu (DSİ, 2015).

Hidroelektrik Santral Projelerinin Durumu

HES Adedi

Toplam Kurulu Gücü MW

Ortalama Yıllık

Üretim GWh/yıl

Yüzde Oranı

%

Ardışık Oran

%

1- 2014 yılı ağustos ayı sonu itibariyle işletmede olan

485 23490 82320 49 49

2- 2014yılı ağustos ayı sonuitibari ile İnşaatı devam eden

145 8196 25077 15 64

3- Planlama ve proje aşamasında olanlar

906 16918 59232 36 100

Toplam 1536* 48604 166629 100 1 MW = 1000 kw, 1 GW = 1 milyon kw, 1 GWh = 1 milyon kwh *6446 sayılı kanun kapsamında tüzel kişiler tarafından geliştirilen projeler dahildir.


Sonuçlar ve Değerlendirme Dünya üzerindeki yaşam ve ekonomik gelişme için beklentiler, nüfustaki muazzam artıştan etkilenen mevcut su ve enerji kaynakları tarafından belirlenmektedir. Küresel ısınma sonucu meydana gelecek kuraklık ve ekolojik dengenin değişmesi ve dünya nüfusunun hızla artması, dünyanın birçok bölgelerinde su sıkıntısını giderek arttırmakta ve belirginleştirmektedir. Zaman ve mekân olarak su kaynaklarının düzensiz dağılımı sebebi ile taşkın sularının daha fazla yakalanarak depolanması, bu suların daha sonradan dağıtımı ile asgari nehir akımlarının arttırılması için gereklidir. Bugün için dünyada üretilen hidroelektrik enerji, toplam elektrik enerji üretiminin %20’sini sağlamaktadır. Fakat dünya hidrolik enerji potansiyelinin sadece %14,5’i geliştirilmiştir. Bu değerler 2014 yılında Türkiye için sırasıyla %25 ve %49’dur (DSİ, 2015). Gelişmekte olan ülkelerde ve Türkiye’de büyük hidroelektrik enerji kaynakları mevcuttur. Sürdürülebilir bir dünya ve ülkemiz için elektrik enerjisinin temininde temiz ve yenilenebilir hidrolik enerji önemli bir yer tutmaktadır. Çok sayıda ülke hidroelektrik enerjiyi gelecekteki ekonomik gelişmelerinin anahtarı olarak görmekte ve bu yönde ulusal bir strateji belirlemektedir (DEKTMK, 2007). Büyük, yüksek düşülü hidrolik projeler, küçük ve alçak düşülü projelerden daha ekonomik olup, çok amaçlı barajların faydaları ortaya çıkarılmalıdır. Küçük boyutlu hidrolik santraller özellikle tecrit edilmiş yörelere elektrik temininde uygundurlar. Dünya’da halen ICOLD (International Commission on Large Dams-Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu) standartlarında, çeşitli amaçlar altında yapılmış, değişik tipte yaklaşık 45 000 büyük baraj ve 100 000 dolayında küçük baraj vardır. Büyük barajların ancak %20’si enerji amaçlıdır. Büyük barajların %31’i gelişmiş ülkelerde, %46’sı Çin’de, %9’u Hindistan’da, %3’ü Afrika Kıtasında, %1’i Türkiye’de ve geri kalan %10’u ise diğer ülkelerde inşa edilmiştir (DEKTMK, 2007). Barajların ve hidrolik santrallerin daha fazla geliştirilmesi için birçok engeller uygun şekilde aşılmalıdır. Mümkün olduğunca olumsuz çevresel ve sosyal etkiler azaltılmalıdır. Hem su kaynaklarının, hem de hidroelektrik enerjinin geliştirilmesine mühendislerin katkıları için birçok fırsatlar mevcuttur. Barajlar ve hidroelektrik enerji projelerinin gelecekteki gelişmelerini sağlamak için uzmanlar olumsuz çevresel ve sosyal etkilerle ilgili toplumun endişelerini ortaya koyan, projeden etkilenecek bütün kesimlerin projeye katkılarını sağlayacak ve zıtlaşmadan ziyade işbirliği üzerinde duracak faaliyet programını uygulamalıdırlar. Ülkemiz bakımından değerlendirildiğinde gerek sosyal bakımdan ve gerekse ekonomik bakımdan su ve toprak kaynaklarımızın geliştirilmesine ve hidroelektrik enerji üretilmesine daha çok imkan sağlanmalı ve öncelik verilmelidir. Ayrıca ileride olası kuraklıklara ve taşkınlara karşı tedbir almak bakımından barajlara (depolama tesislerine) önem verilmesi, barajların yapımına özellikle depolamalı HES’lerin yapımına imkan sağlanması ve öncelik verilmesi yararlı ve gerekli görülmektedir. Bu konuda toplumumuzun ikna edilmesi ve merkezi yönetimin sorumluluk alması kaçınılmazdır (Öziş ve diğ., 1998).


Kaynaklar Akpınar, A., Kömürcü, M. İ. ve Kankal, M. (2008) Türkiye’de Hidroelektrik Enerjinin Durumu ve Geleceği, Karadeniz Teknik Üniversitesi. Bozkurt, S. (2009) Su Kaynakları, Barajlar ve Hidroelektrik Enerji, Dünya ve Türkiye Geneline Bakış. Su Yapıları Sempozyumu, Orhantepe, İstanbul. DSİ Genel Müdürlüğü (2004) Dünden Bugüne DSİ 1954-2004, DSİ Etüd Plan Şube Müdürlüğü, Ankara. DSİ Genel Müdürlüğü 2015 Ajandası. DEKTMK (Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi), Hidrolik Yenilenebilir Enerji Çalışma Grubu (2007) Hidrolik Enerji Alt Çalışma Grubu Raporu. Ankara. Biomass (1990) Engineering Times, Hydropower Top Renewables List. Koç, E. ve Şenel, M.C. (2013). Dünya’da ve Türkiye’de Enerji Durumu Genel Değerlendirme, Ondokuz Mayıs Üniversitesi. Shea, C. P. (1988) Renewable Energy; Today’s Contribution Tomorrow’s Promise. World Paper 81. Öziş, Ü., Baran, T., Durnabaş, İ., Şeker, Ş., Özdemir, Y. (1998) Türkiye Akarsularının Su ve Su Kuvveti Potansiyeli. Ankara, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, “Türkiye Mühendislik Haberleri”, No. 391, s. 17- 26. 2010 World Atlas & Industry Guide.


İklim Değişikliğinin Murat Nehri Su Gücü Potansiyeline Etkisi

Sadık ALASHAN

Bingöl Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü 0 426 216 00 12 (1952)

[email protected]

Z. Fuat TOPRAK Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik ABD

[email protected]

Zekai ŞEN, İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Hidrolik ve Su Kaynakları Bölümü

[email protected]

Öz Enerjinin önemi sanayileşme ve nüfus artışına paralel olarak gün geçtikçe daha fazla artmaktadır. İnsanların belli bir toplumsal refah düzeyinde yaşamak için enerji tüketmesi, bunun için de yeterince enerji üretmesi gerekmektedir. Ancak dünya genelinde hala enerji ihtiyacı büyük ölçüde fosil kökenli kaynaklardan giderilmektedir. Başka bir ifade ile hala enerji tüketiminde yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının oranı düşüktür. Diğer taraftan fosil kökenli enerji kaynaklarının yeraltı ve yerüstü rezervleri sınırlı olduğundan bu tür kaynaklar uzun vadede sürdürülebilir değildir. Küresel iklim değişikliğinin tüm yaşam sektörlerini etkilediği açıktır. Enerji sektörü küresel iklim değişikliğinden en çok etkilenen sektörlerin başında gelmektedir. Hidrolik enerjinin temiz, ucuz, yenilenebilir ve sürdürülebilir bir kaynak olarak diğer enerji kaynakları arasında önemi gün geçtikçe artmaktadır. Hidrolik enerji üretimi için yeterli düşü ve debiye sahip su kaynaklarına ihtiyaç vardır. Düşü, havzanın topografik yapısı nedeniyle sabittir. Gerekli debi ise kısa vadede meteorolojik, uzun vadede ise iklimsel bir değişkenlik göstermektedir. Dolayısıyla suyun doğal akışındaki değişimler bir bölgenin hidroelektrik enerji potansiyelini doğrudan etkilemektedir. Buna doğaya yapılan yapay müdahaleler ve küresel iklim değişikliği de eklenince zamansal dağılımındaki heterojenlik daha da artmaktadır. Dolayısıyla bu değişkenliği modelleyerek önceden tahmin etmek hidroelektrik santrallerinin optimum dizaynı ve optimum işletme modunun belirlenmesi açısından çok önemlidir. Bu çalışmada iklim değişikliğinin Murat Nehri su gücü potansiyeline etkisi araştırılmıştır. Literatürde konuya ilişkin birçok yöntem mevcuttur. Ancak burada görece daha yeni ve daha kullanışlı bir yöntem olan Yenilikçi Yönelim Analiz Yöntemi kullanılmıştır. Bu amaçla Murat nehir havzasında yeterli ölçüm değerleri bulunan tüm istasyonların yıllık ortalama verileri kullanılmış ve anılan yöntem ile Murat Nehri’nin su gücü potansiyeli belirlenmiştir. Bu kapsamda Murat Nehri akışlarında meydana gelen değişimler dolayısıyla su gücü miktarında önemli zamansal değişimler ve önemli düzeyde olmasa da hacimsel değişmeler belirlenmiştir. Anahtar sözcükler: Murat nehri, İklim değişikliği, Hidroelektrik Potansiyel, Yenilikçi Yönelim Analiz Yöntemi.


Giriş

Dünya nüfusu dramatik bir şekilde artmaktadır. Birleşmiş Milletler raporuna göre 2007’de 6,7 Milyar olan dünya nüfusunun 2050 yılına kadar 2,5 Milyar artarak 9,2 Milyar olması ve söz konusu artışın büyük ölçüde az gelişmiş ülkelerde meydana gelmesi beklenmektedir (Toprak ve diğ., 2013). Bu artış nedeniyle hayati öneme sahip temel ihtiyaçların temininin gittikçe daha zor olacağı açıktır. Bu durum aynı zamanda, küresel boyutta enerjiye duyulan gereksinimin de yıldan yıla artacağı anlamına gelmektedir. Bu ihtiyacın giderilmesi için enerji üretimi de dramatik bir şekilde artmaktadır. Ancak dünya genelinde hala enerji ihtiyacı büyük ölçüde fosil kökenli kaynaklardan giderilmektedir. Başka bir ifade ile hala enerji tüketiminde yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının oranı düşüktür (Toprak, 2014).

Enerji üretimi için kullanılan fosil yakıtların toprak ve su kaynaklarının kirlenmesine ve atmosferdeki sera etkili gazların artmasına neden olmaktadır. IPCC 2014 raporuna göre küresel iklim değişikliğinin %99 insan kaynaklı olduğu ve bunun atmosferde gittikçe artan sera gazlarında kaynaklandığı iddia etmektedir (IPCC, 2014). Bu iddianın çok abartılı olduğunu iddia eden bilimsel çevreler olmakla birlikte mevcut literatürün %90’ı küresel iklim değişikliğinin olduğuna dair kanıtlar ileri sürmektedir (Toprak ve diğ., 2013, 2012; Batan ve Toprak 2014, 2015). Bununla birlikte Toprak ve diğ. (2013), küresel iklim değişikliğinin olduğuna dair bilim insanlarının arasındaki ittifakın neden ve sonuçları üzerinde olmadığını ve fakat mavi gezegenin ısındığını belirtmektedir. Bu yüzden günümüzde küresel boyutta, doğa ile barışık yani temiz, ucuz, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynakları arayışına girilmiştir. Bu kaynaklar daha çok güneş, rüzgar, hidrolik, hidrojen, dalga enerjisi gibi enerjilerdir. Bu çalışmanın konusu olan hidrolik enerji üretimi için yeterli düşü ve debiye sahip su kaynaklarına ihtiyaç vardır. Düşü, havzanın topografik yapısı nedeniyle sabittir. Gerekli debi ise kısa vadede meteorolojik, uzun vadede ise iklimsel bir değişkenlik göstermektedir. Dolayısıyla suyun doğal akışındaki değişimler bir bölgenin hidroelektrik enerji potansiyelini doğrudan etkilemektedir. Buna doğaya yapılan yapay müdahaleler de eklenince suyun zamansal ve konumsal dağılımındaki heterojenliği daha da artmaktadır. Örneğin yıllık yağışların 3/4’ü dünya nüfusunun 1/3’ü üzerine düşmektedir. Başka bir ifade ile dünya nüfusunun 2/3’ü tatlı suyun 1/4’ünden yararlanmaktadır (Aytek ve Toprak, 2001). Diğer taraftan su ihtiyacı gelişen teknolojiye ve artan nüfusa bağlı olarak çeşitlenerek artmaktadır. Yerkürede su miktarının sabit ve teknolojik olarak üretiminin veya arıtılmasının olanaksız olması nedeniyle özellikle az gelişmiş ülkelerde birçok bölgede su sıkıntısı veya su kıtlığı beklenmektedir. Şu an dünyanın birçok bölgesinde su ihtiyacı, temin edilenden çok çok fazladır. Bu yüzden hâlihazırda dünyanın birçok bölgesi ya su stresini ya da su kıtlığını yaşamaktadır. Su kaynaklarına olumsuz etki eden diğer önemli bir problem de su ticaretidir. Su satıcıları (su tüccarları) bir bölgenin suyunu alıp o bölgenin insanlarına satmaktadır. Bunun sonucu olarak insanlık, kendi suyunu başkasından satın almaya zorlanmaktadır. Bu yüzden su ticareti ve Dünya Su Forumu küresel boyutta protesto edilmektedir. Küresel iklim değişikliği (KİD) dünya su kaynaklarını tehdit eden diğer bir ciddi problemdir. KİD’in tüm yaşam sektörleri üzerinde olduğu gibi hidrolik enerji sektörü üzerinde de büyük etkisi vardır. Bu yüzden “efektif su kullanımı” son 20 yıldır gerek bilim insanları, gerek politikacılar, sivil tolum örgütleri ve diğer tüm toplum kesimleri arasında büyük bir ciddiyetle tartışılmaktadır (Toprak ve diğ., 2013, 2012; Songur ve diğ., 2013, 2012). Suya dair bir an önce çözülmesi gereken üç ana problemden söz edilebilir. Bunlar;

1) Tatlı su potansiyelinin doğru bir şekilde belirlenmesi

2) Suyun efektif bir şekilde kullanılmasının sağlanması

3) İçme/kullanma ve sulama suyu sistemlerindeki kayıp ve kaçakların önlenmesi


Yukarıda belirtilen nedenlerden ötürü su kaynaklarında meydana gelen değişiklikler dolaylı olarak her hangi bir bölgenin su gücü potansiyelinde değişimler meydana getirecektir. Su gücü potansiyelinde meydana gelen değişimler hacimsel ve zamansal olarak değişmektedir. Hacimsel değişimler su gücü kaynak potansiyelini etkilerken zamansal değişim su gücü potansiyelinin zaman içindeki mevcudiyetini değiştirmektedir. Literatürde küresel iklim değişikliğinin su kaynakları, buzullar ve benzeri çevresel etkilerini konu alan birçok çalışma mevcuttur. Mendelssohn ve Dinar (2009), Thompson (2010), Buyukyildiz ve diğ. (2009), Kickert ve Krupa (1990), Schwartz (1992), Fields ve diğ. (1993), Davis ve diğ. (2010), Culley ve Angelique (2010) ve Grasso ve diğ. (2011) örnek olarak verilebilir. Bunun yanı sıra özel olarak hidroelektrik potansiyelini belirleyen (Coşkun ve diğ., 2010; Alashan ve diğ., 2015; Toprak ve diğ., 2009) ve bu potansiyel üzerinde iklim değişikliğinin etkisini araştıran birçok çalışma yapılmıştır (Harrison ve Whittington, 2002a, b; Lehnera ve diğ., 2005; Madani ve Lund, 2010; Vicuña ve diğ., 2011; Carless ve Whitehead, 2013; Jamali ve diğ., 2013; Madani ve diğ., 2014). Yapılan çalışmalarda IPCC tarafından yayınlanan iklim değişikliği senaryoları kullanılmaktadır. İklim değişikliği hesapları genellikle Mann-Kendall ve Spearman Rho gibi testler kullanılarak yapılmaktadır (Şen, 2012). Söz konusu yöntemler verilerin normal dağılması, yeterli veri uzunluğu, örnek varyansının sabit kalması gibi birçok varsayım gerektirmektedir. Bu çalışmada iklim değişikliğinin Murat Nehri su gücü potansiyeline etkisi araştırılmıştır. Yukarıda da belirtildiği üzere literatürde konuya ilişkin birçok yöntem olmakla birlikte burada görece daha yeni ve daha kullanışlı bir yöntem olan Yenilikçi Yönelim Analiz Yöntemi (YYAY) kullanılmıştır. Bu yöntem, iklim değişikliğinin su kalitesi, taşkın, kuraklık ve benzeri durumlar üzerindeki etkisini pratik ve başarılı bir şekilde inceleme imkanını sağlamaktadır (Şen, 2012, Timbadiya ve diğ., 2013; Sonali ve Kumar, 2013; Kişi ve Ay, 2014; Marcus ve diğ.; 2014 ). Söz konusu yöntem başlangıç kabulleri ve gelişmiş bilgisayar programları kullanılmasını gerektirmeyen ve kolay uygulanan bir yöntemdir. Çalışmada YYAY Murat nehir havzasında yeterli ölçüm değerleri bulunan tüm istasyonların yıllık ortalama verilerine uygulanmış ve anılan yöntem ile Murat Nehri’nin su gücü potansiyeli belirlenmiştir. Bu kapsamda Murat Nehri akışlarında meydana gelen değişimler dolayısıyla su gücü miktarında önemli zamansal değişimler ve önemli düzeyde olmasa da hacimsel değişmeler belirlenmiştir.

Yöntem

Mühendislik uygulamalarında çoğu kez %100 doğru tahminlerde bulunan bir model geliştirmek mümkün değildir (Toprak, 2009). Güncel literatürde bu amaçla birçok yöntem, model veya algoritma mevcuttur. Fakat bunların birçoğu Yapay Sinir Ağları (YSA) gibi kara-kutu yöntemlere dayanmaktadır. Bu yüzden genelleştirilememektedir ve yeterince güven verememektedir. Bu tür yöntemleri esas alan modellerin her yeni veriye göre yeniden revize edilmesi gerekmektedir. Diğer taraftan bunların çoğu oldukça pahalı paket programlar gerektirmektedir (Toprak, 2009). Oysa özellikle suya dair küresel veya bölgesel senaryo, tahmin, hesaplama ve tekniklerinin bilimsel açıdan genelleştirilebilir, mantık açısından kabul edilebilir, matematik açıdan doğru, teknik açıdan uygulanabilir ve kullanım açısından kolay olması gerekir (Toprak ve diğ., 2013). YYAY yöntemi bu açıdan tercih edilmiştir. Depolamalı veya depolamasız hidroelektrik tesislerinde su tribüne girmeden önce hızı sıfır olduğundan suyun enerjisinin hesaplamalarında suyun sadece potansiyel enerjisi hesaplanarak kinetik enerjisi ihmal edilir (Denklem 1). Güç birim zamanda alınan enerji olduğundan Denklem 1 ile belirtilen ifadeyi zamana bölersek suyun gücü elde edilir (Denklem 2).

(1)


(2)

Burada; m kütle(kg.s2/m), g yerçekimi ivmesi (m/s2), h yükseklik farkı (m), t zaman(s), V hacim(m3), γ suyun birim hacim ağırlığı(kg/m3) ve Q debi(m3/s) değerlerini gösterir. Su gücü denklemi incelendiğinde suyun birim hacim ağırlığı ve yükseklik farkı sabit değerlerdir. İklim değişikliğinden etkilenebilecek parametre suyun debisidir. Suyun debisi ile ilgili değişimleri incelersek iklim değişikliğinin hidroelektrik potansiyeli üzerindeki etkisini belirleyebiliriz. Şen tarafından (2012) iklimsel değişimleri incelemek üzere Yenilikçi Yönelim Analiz Yöntemi (Innovative Trend Analysis Methodology) literatüre kazandırılmıştır (Şen, 2012). Yenilikçi Yönelim Analiz Yöntemi, ardışık zaman grupları arasındaki değişimleri incelemeye yarayan bir yöntemdir. Söz konusu yöntemde veriler belli sayıda veri gruplarına ayrılarak, sıralı veri grupları grafik eksenlerine yerleştirilerek 45° düz çizgi ile kıyaslanmaktadır. Bilindiği üzere aynı veri grupları grafiğin yatay ve düşey eksenlerine yerleştirilirse veri noktaları 45° düz çizgi üzerinde sıralanırlar (Şekil 1a). 45° düz çizginin üstünde artan gidiş ve altında kalan durum ise azalan gidişi göstermektedir (Şekil 1b,c). Şekil 1b,c tek düzenli gidişleri göstermektedir. Eğer veri grupları arasında çok düzenli bir gidiş varsa artan gidiş Şekil 1d ve azalan gidiş Şekil 1e ile gösterilebilir.

Şekil 1 Gidiş Durumları a) sabit b) artan c) azalan d) çok düzenli artan e) çok düzenli azalan


Çalışma Alanı

Fırat nehrinin kollarından biri olan Murat nehri Türkiye’nin doğusunda yer almaktadır. Murat nehir havzasında akım gözlem istasyonları seyrek dağılmıştır. Söz konusu yöntemi uygulamak için yeterli ölçüm değerlerine sahip 7 adet istasyon bulunmaktadır. Bunlar E21A002, E21A022, E21A064, E21A057 ve E21A058 numaralı istasyonlardır (Şekil 2). Söz konusu istasyonların yıllık ortalama akım değerleri kullanılmıştır. Bu istasyonların ölçüm değerleri Elektrik İşleri Etüt İdaresi tarafından yapılmış olup Devlet Su İşleri’ne devredilmiştir. Çalışmada kullanılan veriler Devlet Su İşleri’nden alınmıştır. Murat nehir havzasının toplam alanı 25,856 km2 olup, havzanın zirve noktaları 3000 – 4000 metrelere uzanmaktadır. Bu değişimler nehir ani çökmelerine ek olarak volkanik ve tektonik olaylardan meydana gelmiştir (Günek, 2006).

Şekil 2 Murat Nehir Havzası

Uygulama

Murat nehir havzası su gücü potansiyelinin iklimsel değişimler karşısındaki değişimini incelemek üzere yeterli veri uzunluğuna sahip 5 adet istasyon kullanılmıştır (Şekil 3). Bu istasyonlar ile alakalı bilgiler Çizelge 1’de gösterilmiştir. İstasyonların yıllık ortalama akış değerleri kullanılarak yıllık su gücü potansiyelleri belirlenmiştir. Belirlenen su gücü değerleri iki gruba ayrılarak ilk durumun ikinci durum ile ilişkisi belirlenmiştir. İstasyonların su gücü değerleri yıllık ortalama debi ve birim düşüm yüksekliğinden elde edilebilecek değerlerdir.


Şekil 3 Su Gücü Yönelimleri a) E21A002 b) E21A064 c) E21A057 d) E21A058 e) E21A022

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1000 3000 5000

Su G

ücü

(MW

/m)

Su Gücü (MW/m) (a)

100

200

300

400

500

600

700

100 200 300 400 500 600 700

Su G

ücü

(MW

/m)

Su Gücü (MW/m) (b)

100

200

300

400

500

100 200 300 400 500

Su G

ücü

(MW

/m)

Su Gücü (MW/m) (c)

100

200

300

400

100 200 300 400

Su G

ücü

(MW

/m)

Su Gücü (MW/m) (d)

200

300

400

500

600

700

800

900

200 300 400 500 600 700 800 900

Su G

ücü

(MW

/m)

Su Gücü (MW/m) (e)


Çizelge1 Murat Nehir Havzası İstasyon Bilgileri

İstasyon No Akarsu Havza Alanı (km2) Yükseklik (m) Ölçüm Aralığı E21A002 Murat Nehri 25516 859 1969-2000 E21A064 Göynük Çayı 2232 998 1971-2000 E21A057 Karasu 2098 1250 1969-2000 E21A058 Bingöl Çayı 1578 1310 1971-2000 E21A022 Murat Nehri 5882 5882 1969-2000

Su gücü potansiyelinde bir önceki döneme göre değişimler % cinsinden Tablo 1’de verilmiştir. Tabloda verilen değerler yüzde cinsinden değişim değerlerini göstermektedir. Değişim değerleri d ile gösterilmiştir. Değişim aralığının negatif bölgede yer alması söz konusu dönem için azalma ve pozitif bölgede yer alması ise artma eğilimini göstermektedir.

Tablo 1 Murat Nehir Havzası Su Gücü Değişim Oranları

Su Gücü Değişimleri (%)

İstasyon No

Değişim Aralığı Ortalama Değişim Potansiyel Kuraklık Normal Taşkın Kuraklık Normal Taşkın

E21A002 -23<d<-8 -7<d<7 7<d<21 -13 1 14 2 E21A064 -8<d<7 -15<d<5 -13 -4 -2 -13 -3 E21A057 -30<d<-14 0<d<22 11<d<35 -26 7 24 6 E21A058 -14<d<0 -1<d<16 23 -8 1 23 1 E21A022 -22<d<-9 -13<d<0 18 -15 -3 18 -4

Tartışma ve Öneriler

Murat Nehir havzasında E21A064 numaralı istasyon hariç diğer istasyonların su gücü miktarlarında kuraklık döneminde azalma ve taşkın döneminde artma meydana gelmiştir. E21A064 numaralı istasyon tüm dönemlerde azalma eğilimi göstermektedir. E21A057 numaralı istasyon sadece normal dönemlerde ve su gücü potansiyelinde dikkate değer artma eğilimi göstermiştir. Genel anlamda havzada su gücü potansiyelinde ciddi bir değişme olmamakla birlikte zamansal dağılımı ciddi miktarda değişmektedir. Bu durum depolamalı enerji üretim yapılarını daha önemli hale getirmektedir. Gerekli planlama çalışmaları yapılan depolamalı enerji üretim yapıları, enerji üretimi yanında suyun zamansal dağılımını düzenleyerek kuraklık ve taşkın zamanlarında gereken su dengesini sağlayacaktır.


Kaynaklar

Alashan S, Toprak ZF, Şen Z (2015), Advances of energy tree method in calculation of gross hydropower potential, International Conference on Civil and Environmental Engineering, 20-23 Mat, 2015, Cappadocia-Turkey.;

Aytek, A. ve Toprak, ZF, (2001), Fresh Water-Saltwater Distribution and Freshwater Potential of Turkey, Proc. International Symposium on Water Resources and Environmental Impact Assessment, 233 - 238, Istanbul, Turkey

Batan M ve Toprak ZF (2015), Küresel iklim değişikliğinin olumlu etkileri ve bu etkilerin iklim değişikliğine uyum kapsamında değerlendirilmesi, DÜ Mühendislik Fakültesi Dergisi, 2015 (Eylül);

Batan M ve Toprak ZF (2014), Financial Comparison of the Kyoto Protocol Obligations and the Natural Disasters Losses (A Key Study for U.S.), 3rd International Conference on Hydrology & Meteorology, September 15-16, 2014 HICC, Hyderabad, India. The presentation of this work was sponsored by: Dicle University and Conference organization.

Buyukyildiz, M., Marti, A.I., ve Yilmaz, V. (2009) 'Global climate change with its reflections on Turkey' in SGEM 2009: 9th International Multidisciplinary Scientific Geoconference, Vol II, Conference Proceeding-Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Protection, Antalya, Turkey, pp. 533-540.

Carless, D. ve Whitehead, P. G. (2013) The potential impacts of ciimate change on hydropower generation in Mid Waies, Hydrology Research, Vol. 44, No. 3, pp. 495-505

Cole, M.A. ve Elliot R.J.R. (2014) Climate Change, Hydro-Dependency, and the African Dam Boom, World Development, Vol. 60, pp. 84–98.

Coskun, Ugur Alganci, Ebru Eris, Necati Agıralioglu, H. Kerem Cigizoglu, Levent Yilmaz, ve Z. Fuat Toprak (2010), Remote Sensing and GIS Innovation with Hydrologic Modelling for Hydroelectric Power Plant (HPP) in Poorly Gauged Basins, Water Resources Management, 24(14), 3757-3772, DOI: 10.1007/s11269-010-9632-x.;

Culley, M.R.ve Angelique, H. (2010) 'Nuclear power: Renaissance or relapse? Global climate change and long-term three mile island activists' Narratives', American Journal of Community Psychology, Vol. 45 No. 3-4, pp. 231-246.

Davis, C.C., Willis, C.G., Primack, R.B., ve Miller-Rushing A.J. (2010) 'The importance of phylogeny to the study of phonological response to global climate change', Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, Vol. 365 No.1555, pp. 3201–3213.

Fields, P.A., Graham, J.B., Rosenblatt, R.H., and Somero, G.N. (1993) 'Effects of expected global climate-change on marine faunas', Trends in Ecology & Evolution, Vol. 8 No.10, pp. 361-367.

Grasso, V., Baronti S., Guarnieri, F., Magno, R., Vaccari, F.P. ve Zabini F. (2011) 'Climate is changing, can we? A scientific exhibition in schools to understand climate change and raise awareness on sustainability good practices', International Journal of Global Warming, Vol. 3 No.1-2 pp. 129-141.

Günek, H. (2006), Murat Nehri Havzasının (Fırat) Su Potansiyeli ve Değerlendirilmesi (Hydropower Potential and Its Assessing in Murat River Basin), Eastern Geographical Review, 16, 141-164


Harrison, G.P. ve Whittington, H.W. (2002a), Vulnerability of hydropower projects to climate change, IEE Proc-Gener.. Tsunsni. Distsil., Vol. 149, No. 3, pp. 249-255

Harrison, G.P. ve Whittington, H.W. (2002b), Susceptibility of the Batoka Gorge hydroelectric scheme to climate change, Journal of Hydrology, 2002, 264, 230-241, doi: 10.1016/S0022-1694 (02)00096-3

Jamali, S., Abrishamchi, A. ve Madani, K. (2013) Climate Change and Hydropower Planning in the Middle East: Implications for Iran’s Karkheh Hydropower Systems, Journal of Energy Engineering, Vol. 139, No. 3, pp. 153-160

Kickert, R.N. ve Krupa, S.V. (1990) 'Forest responses to tropospheric ozone and global climate change: An analysis', Environmental Pollution, Vol. 68 No. 1-2, pp. 29-65.

Kişi, Ö., ve Ay, M. (2014) Comparison of Mann–Kendall and innovative trend method for waterquality parameters of the Kizilirmak River, Turkey, Journal of Hydrology, 513, pp. 362–375

Lehnera, B., Czischb, G., ve Vassolo, S. (2005) The impact of global change on the hydropower potential of Europe: a model-based analysis, Energy Policy, No. 33, pp. 839-855

Madani, K. ve Lund, J.R. (2010) Estimated impacts of climate warming on California’s high-elevation hydropower, Climatic Change, No. 102, pp. 521-538

Madani, K., Guégan, M. ve Uvo, C.B. (2014), Climate change impacts on high-elevation hydroelectricity in California, Journal of Hydrology, 510, 153-163, doi: 10.1016/j.jhydrol.2013. 12.001

Marcus, M., Demissie, M., Short, M.B., Verma, S. ve Cooke, R.A. (2014) Sensitivity Analysis of Annual Nitrate Loads and the Corresponding Trends in the Lower Illinois River, J. Hydrol. Eng., 19, pp. 533-543.

Mehmet Songur, Z. Fuat Toprak, Nizamettin Hamidi, Ahmet Dabanlı (2013), A Case Study on Infrastructure Leakage Index as A Regulatory Tool in the Water Distribution Networks, 3rd International Water Congress and Exhibition (3. Uluslararası Su Kongresi ve Segisi), 21-24 March, Bursa, 2013)

Mendelssohn, R.O. ve Dinar, A. (2009) 'Climate change and agriculture: An economic analysis of global impacts, adaptation and distributional effects (New Horizons in Environmental Economics)', Publisher(s): Edward Elgar Publishing Ltd, Publication date: 2009, ISBN/ISSN: 9781847206701, 246 p.

Sonali, P. Ve Kumar, D.N. (2013) Review of trend detection methods and their application to detect temperature changes in India, Journal of Hydrology 476, pp. 212–227

Şen, Z. (2012) Innovative Trend Analysis Methodology. Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 17, No. 9, pp. 1042-1046.

Schwartz, M.W. (1992) 'Potential effects of global climate change on the biodiversity of plants', Forestry Chronicle, Vol. 68 No. 4, pp. 462-471.

Songur M, Hamidi N, Toprak ZF, ve Dabanlı A, (2012), Developing Mathematical Model For Losses in Water Distribution Network by Integration of SCADA, GIS and Customer Information System, AWERProcedia Information Technology & Computer Science, Vol 03 (2013) 1494-1498.


Timbadiya, P.V., Mirajkar, A.B., Patel, P.L. ve Porey, P.D. (2013) Identification of trend and probability distribution for time series of annual peak flow in Tapi Basin, India, ISH Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 19, No. 1, pp. 11-20.

Thompson, L.G. (2010) 'Understanding global climate change: Paleo climate perspective from the world's highest mountains', Proceedings of the American Philosophical, Vol. 154 No. 2, pp. 133-157.

Toprak ZF (2014), Türkiye’de ve Dünyada Hidrolik Enerji Potansiyeli, Mimar ve Mühendis Grubu Dergisi, 75 (Ocak – Şubat), 60-64, 2014.)

Toprak, Z.F.,Hamidi, N., Toprak, Ş. ve Şen, Z. (2013) Climatic identity assessment of the climate change, Int. J. Global Warming, Vol. 5, No. 1, pp. 30–45.

Toprak ZF, Songur M, Hamidi N, ve Gulsever H, (2013), Determination of Losses in Water-Networks Using a New Mathematical Approach, 3rd International Water Congress and Exhibition (3. Uluslararası Su Kongresi ve Segisi), 21-24 March, Bursa, 2013.;

Toprak, Z.F., Hamidi, N., Toprak, Ş. ve Şen, Z. (2013) ‘Climatic identity assessment of the climate change’, Int. J. Global Warming, 5(1), 30–45 (16). DOI: http://dx.doi.org/10.1504/IJGW.2013.051480.;

Toprak ZF, Toprak Sahin, ve Hamidi N, (2012), Changement Climatique et Identite Climatique, Le Journal de I’Eau et de I’Environnement, Revue Scientifique et Technique, 81-91 LJEE, 20(2012).

Toprak ZF, Songur M, Hamidi N, ve Gulsever H, (2012), Determination of Losses in Water-Networks Using a New Fuzzy Technique (SMRGT), AWERProcedia Information Technology & Computer Science, Vol 03 (2013) 833-840.

Toprak, ZF, Eris, E., Agiralioglu, N., Cigizoglu, H.K., Yilmaz, L., Aksoy, H., Coskun, G., Andic, G., Alganci, U., (2009), Modeling Monthly Mean Flow in a Poorly Gauged Basin by Fuzzy Logic, CLEAN-Soil, Air, Water, 37(7), 555-564. DOI: 10.1002/clen.200800152.)

Toprak, ZF, (2009), Flow Discharge Modeling in Open Canals Using a New Fuzzy Modeling Technique (SMRGT), CLEAN-Soil, Air, Water, 37(9), 742–752, DOI: 10.1002/clen.200900146.

Vicuña, S., Dracup, J.A. ve Dale, L. (2011) Climate change impacts on two high-elevation hydropower systems in California, Climatic Change, No. 109, pp. 151-169


Alternatif Bir Enerji Üretim Yöntemi Olarak Hidrokinetik Enerji Türbinleri

Abdullah Muratoğlu

Batman Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Tel: (0488) 217 37 28

[email protected]

M. İshak Yüce Gaziantep Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü


Öz

Hidrokinetik enerji sistemleri, herhangi bir rezervuar yapısına ihtiyaç duymadan sudaki kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmeye yarayan elektromekanik cihazlardır. Bu teknoloji, son 20 yılda gelişen yeni bir alan olup, nehir, su kanalı, deniz ve okyanus gibi uygun akıntı hızının bulunduğu yerlerde kullanılmaktadır. Hidrokinetik enerji türbinleri, özellikle enerji nakil hatlarına uzak olan ve ekonomik açıdan baraj yapmanın zor olduğu kırsal kesimlerde, baraj yapımına müsait olmayan veya ömrünü tamamlamış barajların mansap kısmında kullanılabilirler. Bu çalışmanın temel amacı, nispeten yeni bir teknoloji olan hidrokinetik enerji türbinlerinin tanıtılmasıdır.

Anahtar sözcükler: Yenilenebilir enerji, Hidrokinetik Türbinler, Suyun kinetik enerjisi

Giriş Son yıllarda kişi başına düşen enerji tüketimi ve küresel enerji ihtiyacının artması, fosil enerji kaynaklarının tükenmesi ve bu yakıtların iklim değişikliğini tetiklemesi problemleri bilim adamlarını ve mühendisleri çevreye daha az zarar veren, daha ucuz ve sürdürülebilir enerji teknolojilerini üretmeye yönlendirmiştir. Su enerjisi, dünyanın en temiz ve en yaygın bulunan yenilenebilir enerji kaynağı olarak bilinir (Güney ve Kaygusuz, 2010). Aynı zamanda su, en verimli elektrik enerjisi kaynağıdır (Öztürk ve diğerleri, 2009). Küresel enerji ihtiyacının yaklaşık % 18’i suyun enerjisinden sağlanmaktadır. Öte yandan, su enerjisinin tahmin edilebilirliği, düzenli olması ve çok geniş bir alana yayılması, bu enerji türünün tercih edilme oranını artırmaktadır. Sudan enerji üretebilmek için temel olarak iki yaklaşım bulunmaktadır. Bunlar hidrostatik ve hidrokinetik yöntemlerdir. Hidrostatik sistemler, herhangi bir rezervuarda suyun biriktirilmesi sureti ile potansiyel enerji depolanması ve gerekli durumlarda bu potansiyel enerjinin türbinler yardımı ile kinetik enerjiye dönüştürülerek kullanıldığı geleneksel baraj sistemleridir. Hidrokinetik sistemlerde ise hidrostatik sistemlerin aksine herhangi bir baraj veya rezervuar yapısı kullanılmadan, suyun kinetik enerjisi direk olarak kullanılır. Bu sistemler belli bir su yüksekliği gerektirmeksizin, uygun hidrokinetik türbinler kullanılarak suyun enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi esasına dayanır. Hidrokinetik türbinler aynı zamanda serbest akım türbinleri olarak adlandırılır ve nehir, gelgit, okyanus, dalga enerjisini ve yapay ya da tabii kanallardaki enerjiyi


elektrik enerjisine dönüştürmeyi sağlar (Güney ve Kaygusuz, 2010; Khan ve diğerleri, 2008; Lago ve diğerleri, 2010). Hidrokinetik enerjinin geleneksel enerji üretim metotlarına karşı üstünlükleri şunlardır:

İnşaat iş ve maliyetlerinin minimuma indirilmesi Rezervuar ve baraj yapımı ile uğraşılmaması Suyun tabii akışına müdahale edilmemesi sureti ile enerji üretim ortamının doğal

yapısının bozulmaması Birden fazla ünitenin aynı zamanda kurulup kullanılabilmesi

Hidrokinetik enerji türbinlerinin aşağıdaki yer ve durumlarda kullanılması elektrik üretim problemlerini azaltacaktır:

Özellikle gelişmiş ülkelerde geniş ölçekli hidroelektrik santral yapmaya müsait yerlerin çoğunun kullanılmış olması

Suyun akış hız ve debisinin yeterli olduğu fakat baraj yapımının teknik ve ekonomik olarak makul olmadığı yerlerde

Yapı malzemelerine ulaşım imkânının uzak ve külfetli olduğu yerlerde Deprem riskinin yüksek olduğu bölgelerde Zengin su kaynaklarının bulunduğu, elektrik şebekesinden uzak kırsal kesimler

ve az gelişmiş ülkelerde Tüm bu avantajların yanı sıra hidrokinetik sistemlerin bir takım dezavantajları da mevcuttur. Bu sistemler, nispeten daha küçük ölçekli enerji üretim kapasitesine sahiptir. Aynı zamanda serbest akım ortamında çalışan herhangi bir hidrokinetik türbinin erişebileceği maksimum verim % 59,3’tür. Bu limit aynı zamanda Betz limit olarak da bilinir. Hali hazırda % 50 toplam verimin üzerine çıkabilen çok az sayıda türbin mevcuttur. Öte yandan, kavitasyon problemi, hidrokinetik türbinlerin dezavantajlarının başında gelir. Kavitasyon olayı, türbin kanatları etrafındaki lokal basıncın, akışkanın buhar basıncının altına düşmesi sonucu, akışkanda baloncuk, boşluk vb. basınç dengesizlikleri oluşması sureti ile türbin parçalarının zarar görmesi esasına dayanır. Türbinin özellikle yüksek hızla hareket eden parçalarının kavitasyona maruz kalması olası bir durumdur. Deniz ve okyanus ortamındaki şiddetli hidrodinamik yükleme ve boşalmalar ve düzensiz dalga yüklemesi olması sebebiyle hidrokinetik türbinlerin bu şiddetli yüklere dayanabilmesi için güçlü bir şekilde tasarlanması gerekmektedir. Öte yandan bu sistemler minimal seviyede bir takım çevresel riskleri de barındırmaktadır. Hidrokinetik türbin sistemlerinin kurulduğu bölgelerde, nehir veya deniz trafiği aksayabilmekte, balıkçılık zarar görebilmektedir. Türbin parçalarında kullanılan bir takım kimyasal bileşenler, türbinin oluşturduğu titreşim ve ses de, suyun doğal ortamına negatif etkilerde bulunacağı açıktır. Hidrokinetik türbinlerin olumsuz çevresel etkileri bilim insanları tarafından hala araştırılmaktadır (Nicholls-Lee ve diğerleri, 2008; Crowe ve diğerleri, 2009). Aynı boyutlara sahip rüzgâr ve hidrokinetik türbinler karşılaştırılırsa, hidrokinetik türbinlerin çok daha fazla enerji üreteceği görülecektir. Bu durum su yoğunluğunun hava yoğunluğunun yaklaşık 800 katı olmasından kaynaklanmaktadır. 2-3 m/s hız bandında çalışan bir hidrokinetik türbin aynı hızlarda çalışan bir rüzgâr türbininin yaklaşık 4 katı enerji üretebilmektedir (Bahaj ve Myers, 2003). Hidrokinetik türbinlerin çalışma hızları 1,5-3 m/s iken rüzgar türbinleri optimum 11-13 m/s ile çalışmaktadır (Twidell ve Weir, 2006). Hidrokinetik ve rüzgâr türbinlerinin güç yoğunluklarının karşılaştırılması Şekil 1’de verilmiştir. Buna göre, 2 m/s serbest akım hızı ile çalışan bir


hidrokinetik türbin yaklaşık 16 m/s rüzgâr hızında çalışan bir rüzgâr türbini ile aynı güç yoğunluğuna sahiptir.

Şekil 1. Serbest akım su (hidrokinetik) ve rüzgâr türbinlerinin güç yoğunluğu açısından

karşılaştırılması (Yüce ve Muratoğlu, 2015)

Kaynak Potansiyeli Global ve yerel hidrokinetik enerji potansiyelini belirleme konusunda birçok bilimsel çalışma yapılmıştır. Nehir, gelgit ve dalga odaklı enerji üretim sistemlerinin her biri için ayrı ayrı kaynak potansiyeli hesabı yapılmaktadır. Gelgit hareketleri ve nehir akıntıları için yapılan tahminler daha gerçekçi olup, aynı durum dalga enerjisi için söz konusu değildir. Dalgadan üretilebilecek enerjinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi nispeten zordur. Öte yandan, herhangi bir enerji türünün teknik potansiyeli kullanılacak dönüştürücünün keyfiyeti ile doğrudan ilişkilidir. Dolayısı ile teknik potansiyel hesabı yapılırken, kullanılan teknoloji türü özellikle dikkate alınmalıdır. Küresel bağlamda, teknik olarak üretilebilecek hidrokinetik enerji potansiyeli dalga ve gelgit enerjileri için sırasıyla 750 ve 800 TWh/yıl olarak tahmin edilmiştir (Fraenkel, 2006; EPRI, 2012; Soerensen ve Weinstein, 2008; Yates ve diğerleri, 2013; Galarraga ve diğerleri, 2011, AMEC, 2012). Nehir enerjisinin kaynak potansiyeli ile ilgili yerel ölçekte bir takım çalışmalar yapılmışsa da küresel anlamda kapsayıcı herhangi bir çalışmaya literatürde rastlanılmamaktadır.

Teori ve Dizayn Mevcut hidrokinetik enerji türbinleri temel olarak akım enerjisi dönüştürücü sistemler (AED) ve dalga enerjisi dönüştürücü sistemler (DED) olarak ikiye ayrılabilir. Akım enerjisi dönüştürücü sistemler, aynı zamanda serbest akım türbinleri veya in-stream türbinler olarak da adlandırılmaktadır. Bu sistemlerde mekanik enerji, elektrik enerjisine, dönen bir türbin pervanesi yardımı ile aktarılmaktadır. Dalga dönüştürücü sistemler ise muhtelif tasarımlara sahip olmak ile birlikte, bu sistemlerde temel olarak sudaki hareket enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren farklı bir hareket mekanizması mevcuttur. Dalga dönüştürücü sistemler bu çalışmanın konusu değildir. Bu çalışmada akım enerji dönüştürücü sistemlere daha fazla ağırlık verilmiştir. Akım enerji dönüştürücü sistemler temel olarak, birden çok kanada sahip olan bir pervanenin yatay veya dikey şaft etrafında dönmesi sureti ile sudaki kinetik enerjinin pervane üzerinde hidrodinamik kuvvetlere dönüştürülmesi esasına dayanır. Bu türbinlerde her bir kanat bir ya da birden çok hidrofoil kullanılarak tasarlanmaktadır. Suyun serbest akışından dolayı hidrofoiller üzerinde kaldırma kuvveti oluşmakta ve


bunun sonucu olarak pervane, merkezi şaft etrafında dönmektedir. Herhangi bir hidrokinetik türbinin ürettiği enerji, seçilen hidrofoilin hidrodinamik performansı ile yakından ilişkilidir. Dolayısıyla, yüksek enerji üretimi için yüksek kaldırma/sürükleme oranına sahip hidrofoiller tercih edilmelidir. AED sistemlerin tasarımında kullanılan metotlar; bir boyutlu momentum teorisi (aktuator disk modeli), rotor disk teorisi ve kanat elemanı momentumu teorilerinden ibarettir. Kanat elemanı momentumu teorisi BEM teorisi olarak da bilinmektedir ve küresel olarak kabul görmekte ve kullanılmaktadır. BEM teorisi, detaylı bir türbin tasarım yöntemine sahip olmakla birlikte, türbin üzerindeki kaldırma, sürükleme ve itme kuvvetlerini, güç katsayısını, dönme hızı, burulma ve yunuslama (adım) açısının hesaplanmasında kullanılmaktadır (Manwell ve diğerleri, 2009; Hansen, 2008; Hau, 2006). BEM teorisinde, kanat, birçok sanal parçalara bölünmekte, pervanenin sonsuz sayıda kanata sahip olduğu varsayılmakta ve türbin etrafında radyal akış dikkate alınmamaktadır. Her bir kanat elemanının kaldırma ve sürükleme kuvvet ve katsayıları, o kanat elemanının iki boyutlu analizine bağlı olarak hesap edilmektedir. Nihai bağlamda, her bir kanat elemanının hidrodinamik kuvvet ve performansı, yinelemeli (iterative) olarak hesaplanmaktadır. İdeal bir serbest akım türbininin ulaşabileceği maksimum verim Betz limit olarak bilinir. Betz limite göre, belli bir eksen etrafında dönen hidrokinetik veya rüzgâr türbinlerinde güç katsayısı teorik olarak en çok 0,593 olabilmektedir. Bu değer 59,3 % verime karşılık gelmektedir. Tipik-orta seviye hidrokinetik türbinlerin verimleri % 30 civarındadır. Profesyonel sistemlerde ise bu değer % 50’ye kadar çıkabilmektedir (Bahaj ve Myers, 2003; Mathew, 2006). Hidrokinetik enerji ve rüzgâr türbinlerinde, üretilen güç aşağıdaki formül ile ifade hesaplanır: P=0.5ρAU3*η (1) Burada: P, toplam çıkış gücünü (W); ρ, akışkanın yoğunluğunu (kg/m3); U, serbest akım hızını (m/s) ve η, toplam verimi ifade etmektedir. Denklem 1’e dikkatli bakılırsa, üretilen gücün, serbest akım hızının küpü ile doğru orantılı olduğu görülecektir. Dolayısıyla, hidrokinetik sistemlerde, serbest akım hızı ne kadar çok tutulursa, üretilecek enerji de o ölçekte daha fazla olacaktır. Tipik bir hidrokinetik türbinin güç eğrisi Şekil 2’de verilmiştir. Buna göre her bir türbinin kendine has birer başlama ve nominal hızı vardır. Nominal hız değerinde ise, türbin maksimum güce ulaşır. Türbin kanadı veya pervanesi dizayn etme işi, geniş parametreler kullanmayı gerektiren kompleks biri iştir. İdeal bir tasarım ortaya koyabilmek için, iyi bir optimizasyon algoritmasının kullanılması kaçınılmazdır. Türbin kanadı optimizasyon algoritmaları muhtemel şekiller üzerinde çalışarak, önceden tanımlanan sınır şartları içerisinde maksimum verim alınabilecek en iyi şekli seçmekte kullanılmaktadır (Yüce ve Muratoğlu, 2015).


Şekil 2. Tipik bir hidrokinetik türbinin güç eğrisi

Teknoloji Son 20 yılda ortaya çıkan hidrokinetik enerji türbinleri, en yeni ve en hızlı gelişen yenilenebilir enerji teknolojileri kapsamına girmektedir. Dolayısıyla bilim insanlarına ve yatırımcılara cazip bir imkân sunmaktadır. Mevcut hidrokinetik türbinlerin çoğu hali hazırda ar-ge sürecindedir. Hidrokinetik endüstrisinde, 2013 yılı verilerine göre, 100’ü aşkın ürün mevcuttur (Copping ve diğerleri, 2013; Lewis ve diğerleri, 2011). Serbest akım ile çalışan hidrokinetik türbinleri Şekil 3’te görüldüğü üzere sınıflandırılabilir. Piyasadaki mevcut bulunan ve özellikle profesyonel olan türbinlerin büyük çoğunluğu yatay eksenli olarak tasarlanmıştır. Bu türbinlerde serbest akım hızının yönü ve türbin pervanesinin etrafında döndüğü aks birbirine paraleldir. İlk dikey eksenli hidrokinetik türbin 1920’li yıllarda Darrieus tarafından tasarlanmıştır. Darrieus sistemlerinde hidrofoillerden oluşturulan birkaç adet kanadın dikey eksen etrafında dönmesi sağlanır. Yatay ve dikey eksenli türbinlerin 2, 3 veya daha çok sayıda kanada sahip olmak sureti ile tasarlanmaları mümkündür. 3’ten çok kanat sayısına sahip türbinler yüksek başlama torku gerektirmekte ve diğer türbinlere nazaran enerji kayıpları daha yüksektir (Rourke ve diğerleri, 2010; Kiho ve diğerleri, 1996).

Şekil 3. Hidrokinetik türbinlerin sınıflandırılması En tanınmış yatay eksenli hidrokinetik türbinlerden ikisi SeaGen ve Verdant Power teknolojileridir. SeaGen (Şekil 4,a) türbini piyasadaki ilk ve en büyük kanat çapına sahip hidrokinetik türbindir. Bu sistemde her biri 18 m çapına sahip iki adet türbin, 21 m uzunluğundaki tek bir kuleye monte edilmiştir. Sistem, 2008 yılında İrlanda’nın Strangford bölgesinde kurulmuştur. Seagen türbinlerinin başlama ve nominal hızları sırasıyla 0.7 ve 2.4 m/s olarak rapor edilmiştir. Her iki pervanenin nominal durumda çalışması ile 1.2 MW enerji üretilebilmektedir (Muratoglu, 2011; Seageneration ltd, 2014; Westwood, 2008).

HİDROKİNETİK SİSTEMLER

Yatay eksenli türbinler

Dikey eksenli türbinler

Sarmal türbinler

Kanal tipi türbinler


Şekil 4. SeaGen (a) ve Verdant Power (b) türbinleri Lucid Energy (d) ve UEK (d,

Underwater electric kite) türbinleri (Muratoglu, 2011; Muratoglu, 2015) Verdant Power (Şekil 4,b) teknolojisi ise, ABD, New York’ta East River üzerine uygulanmıştır. Bu türbinler nispeten daha küçük pervane çapına sahiptir. Her bir kanadın uzunluğu 2.5 metre olup dönme hızı 40 rpm’dir. Sistemdeki başlangıç ve nominal hız değerleri sırasıyla 0.7 ve 2.2 m/s olarak verilmiştir. Bu türbin, 0.38-0.44 arasında değişen verime sahip olup, nominal şartlarda 35 kW enerji üretebilmektedir. Sarmal türbinler, Darrieus tarzı türbinlerin kanatlarının kendi eksenleri etrafında döndürülmesi sonucu helik bir yapı kazandırılması ile oluşturulmuşlardır. İlk sarmal türbin, Gorlov tarafından, türbinlerdeki titreşim problemini çözmek üzere tasarlanmıştır. Sarmal türbinlerde, dönme ekseni, türbinin yerleştirilmesine bağlı olarak akıntı yönüne dik ve ya paralel olabilmektedir. Bu türbinlerin en önemli avantajı, her yönden gelen su akımını enerjiye dönüştürebilme özellikleri ve düşük akım hızlarında bile çalışabilmeleridir (Bahaj, 2011; Bedard ve diğerleri, 2010; Muratoğlu, 2011). En modern sarmal türbin tasarımlarından birisi Lucid energy (Şekil 4,c) türbinidir. Bu türbinler, su akımının sağlandığı bir boru hattı içine belli aralıklarla monte edilmiştir. Bu teknoloji ile 1.5 m çaplı boru içerisine yerleştirilen türbinlerin 2.1 m/s su hızı ile çalışması sonucu 100 kW’a kadar enerji üretilebilmektedir. Bu sistemler belli bir oranda su yüksekliğini, kinetik enerjiye çevirmektedir (Lucid Energy, 2013). Kanal tarzı türbinler (Şekil 4,d), türbin kanatları etrafındaki basıncın düşürülüp hızın artırılması sureti ile verimin Betz limit üzerine çıkartılması mantığında dayalı olarak çalışmaktadırlar. Dolayısıyla bu türbinlerde teorik güç katsayısı olan 0.59 (Betz limit) rahatlıkla aşılabilmektedir (Khan ve diğerleri, 2009; Kirke; 2005). Tanınmış, literatürde sıkça karşılaşılan türbinlerin detaylı teknik özellikleri Tablo 1’de verilmiştir.


Tablo 1. Bazı hidrokinetik türbinlerin teknik özellikleri (Yuce ve Muratoglu, 2015)

Türbin tipi Boyutlar (m) *

Nominal güç (kW)

Nonimal hız (m/s)

Başlangıç hızı (m/s)

Kanat sayısı

Yatay eksenli türbinler SeaGen 18 1200 3.4 0.7 2 Verdant Power 5 35 2.2 0.7 3 Tidal Stream 20 1000-2000 - 1 2 TidEl System (çift pervane) 18.5 2x500 2.3 0.7 2 Hammerfest Strom 20 - 2.5 - 2 Tidal Stream Turbine 18 1000 3.5 2.5 3 Open hydro (çift pervane) 15 1520 2.57 0.7 Multi Amazon AquaCharger 1.8 0.5 1.5 0.45 3

Dikey eksenli türbinler EnCurrent Hydro (Kanalsız) 16x0.8 12.5 4 2 Multi Davis Hydro 6.1 250 3 1.5 4 Exim Tidal 1x3 44 2 0.7 2 Ponte Di Archimede 6x5 25 2 - 3

Sarmal türbinler GCK Gorlov 1x2.5 180 7.72 0.5 Multi Lucid Energy 1,2,3 40-150-360 4.5 0.5 Multi

Kanal tipi türbinler UEK (Underwater Electric Kite) 4 400 3 1.54 Multi

Rotech Tidal 25 2000 3.1 1 Multi Clean Current 18 1700-5000 3.5 1 Multi EnCurrent Hydro 3x1 18 2.8 1.5 Multi Clean Current 1.7, 2.9, 4 16,44,84 3 1.5 3 Hydroreactor Stream Accelerator 1,1.5,2 16,37,67 2.5 0 Multi *Çarpı işareti ile ayrılan karakterler sırasıyla türbinin çap ve uzunluğunu göstermektedir. Virgül ile ayrılan değerler ise, aynı türbin teknolojisinin farklı boyutlarını ifade etmektedir.

Çevresel etkiler

Geleneksel hidroelektrik santral teknolojisi ile kıyaslandığında, hidrokinetik türbinlerin çevresel etkileri minimal düzeydedir. Fakat bu teknoloji henüz gelişme sürecinde olduğu için, çevresel etkileri hususunda araştırmalar sürmekte olup bilim adamları bir takım küçük çaplı etkiler üzerinde görüş birliğine varmışlardır. Türbin kanatları ve dönen diğer parçalar başta balıklar olmak üzere deniz ortamında yaşayan canlılara çarpmak sureti ile fiziksel zararlar verebilmekte ve deniz hayvanları, su altı kablolarına takılabilmektedir. Enerji nakil hatlarının etrafında oluşan elektromanyetik alan ve türbinin dönmesi sonucu oluşturduğu titreşim ve türbülans deniz canlılarını etkileyebilmektedir. Öte yandan, türbin parçalarının yağlanması için kullanılan kimyasallar, suyu kirletebilmektedir. Sudan enerji alınması sonucu, suyun doğal hidrolojik veya dinamik rejimi bozulabilmekte ve deniz trafiği ve balıkların göç etmesi bu cihazlar ile tıkanabilmektedir (Fraenkel, 2006; James ve diğerleri, 2010, Muratoğlu, 2015). Kullanılan teknolojinin türü bu cihazların çevresel etkileri hususunda önemli ölçüde belirleyicidir. Çevresel etkiler konusunda bilimsel çalışmalar hâlâ sürmektedir. Hidrokinetik teknolojilerin deniz ortamında işletmeye açılmadan önce gerekli laboratuvar çalışmaları ve özellikle HAD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) simülasyonları yapılırsa, çevresel etkiler daha açık bir şekilde görülebilecektir.


Çalışma ortamı ve montaj Hidrokinetik türbinler, su altı yapıları olduğu için özellikle deniz ve okyanus ortamında, yüksek hidrodinamik yüklemelere maruz kalmaktadırlar. Özellikle sudaki tuz oranının yüksek olduğu durumlarda türbin parçalarının korozyona karşı dayanıklı olarak inşa edilmesi gerekmektedir. Öte yandan, nasel (nacelle) olarak adlandırılan ve jeneratör dişli, çark vs. mekanik aksamın bulunduğu kutu su geçirmez olarak dikkatlice tasarlanmalıdır. Deniz yosunu gibi lifli yapıların pervane kanatlarını kaplaması, türbin performansını önemli bir şekilde etkilemektedir (Bahaj ve Myers, 2003). Nehir enerjisi dönüştürme sistemleri nispeten daha sakin bir ortamda çalışmaktadır. Buralarda, sudaki türbin etrafındaki basınç ve hız farklılıklarından meydana gelen taban aşınması ve dolayısıyla türbin performansındaki düşüşe özellikle dikkat edilmelidir. Nehir sedimantasyonunun türbin parçalarını tıkaması hususunda tedbirli olunmalıdır. Son olarak, hidrokinetik türbinlerin en önemli ortam sorunlarından bir tanesi kavitasyon olayıdır. Türbin kanatlarının kavitasyona maruz kalmamaları için, henüz tasarım aşamalarında, gerekli çalışma ve testler yapılmalıdır. Özellikle, kavitasyona maruz kalmayacak bir kanat kesiti (hidrofoil) seçilmelidir. Türbinleri işletmeye açmadan önce yapılacak HAD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) çalışmaları, kavitasyon hususunda ön bir bilgi sağlamaktadır.

Tartışma ve sonuç Hidrokinetik teknoloji, diğer yenilenebilir enerji sistemlerine nazaran yeni doğmuş bir alan olma özelliğini taşımaktadır. Akım (AED) ve dalga enerji dönüştürücü (DED) sistemler suyun doğal akış ortamında bulunan bir miktar enerjiyi, minimum çevresel etki ile elektrik enerjisine dönüştürmektedirler. Bu sistemlerin dezavantajlarının başında, düşük güç katsayıları, kavitasyon riski ve yüksek hidrodinamik kuvvet ve dengesizlikler gelmektedir. Geleneksel HES yapıları ile kıyaslandığında, hidrokinetik türbinlerde genel olarak bir verim problemi bulunmaktadır. Büyük barajlarda toplam verim % 80-90 bandında olurken, serbest akım ile çalışan hidrokinetik türbinlerde bu değer teorik olarak % 59’u geçememektedir. Fakat bu durum, türbin pervanesi etrafına kanal tarzı bir yapının inşa edilmesi ile aşılabilmektedir. Kanallı hidrokinetik türbinlerde kanat etrafındaki basınç düşürülmekte ve akım hızı artırılmaktadır. Zaten serbest akım hızının küpü ile doğru orantılı olan güç değeri bu durumda ciddi ölçüde artmakta ve Betz limit problemi kolaylıkla aşılabilmektedir. Aynı şekilde her yönden gelen su akımını değerlendirebildiği için sarmal türbinler de gelecek vadetmektedir. Özellikle kanal tipi ve sarmal türbinler konusundaki yakın gelecekte daha fazla bilimsel çalışmalar yapılmalıdır. Hidrokinetik türbin teknolojisi henüz yeni bir teknoloji olduğu için, bu sistemlerin aydınlatılmayı bekleyen yanları bulunmaktadır. Su ortamındaki hidrodinamik yüklerin türbinlere zarar vermesi, düşük verim değeri, kavitasyon, gürültü, titreşim ve diğer çevresel etkiler gibi problemlerin ileriki yıllarda çözüleceği ve bu teknolojinin daha cazip hale geleceği düşünülmektedir. Bu teknoloji, özellikle elektrifikasyonun sağlanamadığı, nakil hatlarından uzak, az gelişmiş bölgelerde ve teknik ömrünü tamamlamış baraj ve su yapılarında değerlendirilebilmesi hususunda önem kazanmaktadır. Bu konularda daha fazla bilimsel ve teknik çalışma yapılmalı, enerji problemi yaşadığımız bu günlerde, suya gömülü olan bu potansiyel görmezden gelinmemelidir.


Kaynaklar AMEC Environment and Infrastructure UK Ltd. (2012). Carbon trust UK wave energy resource.

Bahaj AS, Myers LE. (2003). Fundamentals applicable to the utilization of marine current turbines for energy production. Renewable Energy, 28, 2205–2211.

Bahaj AS. (2011). Generating electricity from the oceans. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, 3399–3416.

Bedard R, Jacobson PT, Previsic M, Musial W, Varley R. (2010). An overview of ocean renewable energy technologies. Oceanography, 23(2), 22–31.

Copping A, Hanna L, Whiting J, Geerlofs S, Grear M, Blake K., et al. (2013). Environmental Effects of Marine Energy Development around the World for the OES Annex IV. Available at: http://www1.eere.energy.gov/water/pdfs/annex_iv_report.pdf. Accessed March 2013.

Crowe CT, Elger DF, Williams BC, Roberson JA. (2009). Engineering Fluid Mechanics. USA: Wiley.

EPRI (Electric Power Research Institute). (2012). Assessment and mapping of the riverine hydrokinetic resource in the continental United States. USA.

Fraenkel PL. (2007). Marine current turbines: pioneering the development of marine kinetic energy converters. Journal of Power and Energy, 220(A), 159–169.

Galarraga I, González-Eguino M, Markandya A. Handbook of sustainable energy. USA: Edward Elgar Publishing Ltd.; 2011.

Güney MS. Kaygusuz K. (2010). Hydrokinetic energy conversion systems: a technology status review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 2996–3004.

Hansen MOL. (2008). Aerodynamics of wind turbines. 2ndedition. Earthscan.

Hau E. (2006). Wind turbines, fundamentals, technologies, application, economics. 2nd edition. United Kingdom: Springer.

James SC, Seetho E, Jones C, Roberts J. (2010). Simulating environmental changes due to marine hydrokinetic energy installations. Publications of Oceans 2010 Conference. (20-23 September 2010). Seattle, Washington.

Khan MJ, Iqbal MT, Quaicoe JE. (2008). River current energy conversion systems: progress, prospects and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 2177–2193.

Khan MJ, Bhuyan G, Iqbal MT, Quaicoe JE. (2009). Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications: A technology status review. Applied Energy, 86, 1823–1835

Kiho S, Shiono M, Suzuki K. (1996). The power generation from tidal currents by darrieus turbine. Renewable Energy, 9(1), 1242–1245.

Kirke B. (2005). Developments in ducted water current turbines. Available at: http://www.cyberiad.net/library/pdf/bk_tidal_paper25apr06.pdf. Accessed April 2013.

Lago LI, Ponta FL, Chen L. (2010). Advances and trend in hydrokinetic turbine systems. Energy for Sustainable Development, 14, 287–296.


Lewis A, Estefen S, Huckerby J, Musial W, Pontes T, Torres-Martinez J. Ocean energy. In: Edenhofer O, Pichs-Madruga R, Sokona Y, Seyboth K, Matschoss P, Kadner S, Zwickel T, Eickemeier P, Hansen G, Schlomer S, von Stechow C, editors. IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation. Cambridge, United Kingdom and New York,

Lucid Energy. (2013). Lucid Energy Inc. Available at: http://www.lucidenergy.com/. Accessed March 2013.

Manwell JF, Mcgowan JG, Rogers AL. (2009). Wind energy explained: theory, design and application. 2ndedition.Wiley.

Mathew S. (2006). Wind energy; Fundamentals, resource analysis and economics. Netherlands: Springer.

Muratoğlu A. (2011). Assessment of Tigris river hydropower potential. (Dissertation). University of Gaziantep.

Muratoğlu A. (2015). Design and simulation of a riverine hydrokinetic türbine. Ph.D. thesis dissertation. Gaziantep University.

Nicholls-Lee RF, Turnock SR, Boyd SW. (2008). Simulation based optimization of marine current turbine blades. 7th International Conference on Computer and IT Applications in the Maritime Industries (21 - 23 Apr 2008, COMPIT’08), Liège, Belgium.

Ozturk M, Bezir NC, Ozek N. (2009). Hydropower-water and renewable energy in Turkey: sources and policy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 605-615.

Rourke FO, Boyle F, Reynolds A. (2010). Marine current energy devices: Current status and possible future applications in Ireland. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 1026–1036.

Seageneration (2013). Seageneration ltd Available at: http://www.marineturbines.com/SeaGen-Products/SeaGen-S. Accessed March 2013.

Soerensen HC, Weinstein A. (2008). Ocean energy: positions paper for IPCC. Key note paper for the IPCC Scoping Conference on Renewable Energy. Lübecek, Germany.

Twidell J, Weir T. (2006). Renewable energy resources. 2nd edition. Taylor and Francis.

Yates N, Walkington I, Burrows R, Wolf J. Tidal energy from UK coastal waters. National Oceanography Centre; 2013.

Yüce MI, Muratoğlu A, (2015). Hydrokinetic energy conversion systems: A technology status revies. Renewable and Sustainable Energy Reviews 43, 72-82.

Westwood A. SeaGen installation moves forward. Renewable Energy Focus 2008;9(3):26–7.


Su Yapılarında Fluent Uygulamaları

Şahnaz Tiğrek İnşaat Mühendisliği Bölümü, Batman Üniversitesi, 72100 Batman

Tel: (488) 217 3554 E-Posta:[email protected]

Ahmet Nazım Şahin

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara Tel: (312) 210 74 72


Tuğçe Yıldırım İnşaat Mühendisliği Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara


Öz

Su yapılarının değişik öğelerinin hidrolik tasarımları aşamasında bilinmezlik içeren veya öngörülemeyen durumları için fiziksel model yoluyla laboratuvar çalışmalarına başvurmak çoğunlukla karşılaşılan bir durumdur. Bunun sebebi tasarım ilke ve kıstaslarının yine kaynağını deneysel gözlemlerden alan ampirik yaklaşımlara dayanması ve akış koşullarının üç boyutlu ve gerçek zamanlı olarak nasıl oluşacağının bilinememesidir. Ancak analizlerinin kolay tekrarlanabilmesi ve sonuç verilerine akış özelliklerini bozmadan kolaylıkla erişilebilmesi gibi uygulama üstünlüklerinin olması ayrıca zaman ve ekonomik kazanımları nedeniyle hesaplamalı akışkanlar dinamiği günümüzde laboratuvar çalışmalarının yerini almaktadır. Özellikle son yıllarda bilgisayar teknolojisinin gelişimine paralel olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiğinde kapsamlı yazılımların ortaya çıkmasıyla diğer endüstri dallarında olduğu gibi hidrolik dalında da sonlu farklar, sonlu elemanlar, sonlu hacimler gibi sayısal çözümleme teknikleri kullanılarak hidrolik yapılardaki akış ve akım koşulları ayrıntılı olarak modellenebilmektedir. FLUENT sonlu hacimler çözümleme tekniğini kullanan, üç boyutlu zamana bağlı ve türbülanslı akım modellemesinde kullanılan bir yazılımdır. Ayrıca çok fazlı akımları da modelleyebilmektedir. Bu çalışmada Fluent ile modellenmiş bazı hidrolik yapılardan örnekler sunularak sayısal çözümleme yöntemlerinin hidrolik problemleri anlama ve çözme becerileri tartışılacaktır. Örnek olarak bir dolu savak tasarımında kavitasyon problemi gibi bir konunun iki fazlı akım modellemesiyle nasıl çözümlenebileceği veya bir su alma yapısının kapasitesinin nasıl sorgulanabileceği gösterilecektir. Anahtar sözcükler: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, HAD, CFD, Fluent, Sayısal modelleme.


Giriş

Akışkanların (gaz ve sıvı) hareket ve davranışları, kütle, momentum ve enerji korunum yasalarını temsil eden kısmi diferansiyel denklemler tarafından ifade edilebilir. CFD (Computational Fluid Dynamics) veya Türkçe kullanışı ile HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği), bu kısmi diferansiyel denklemlerin gelişmiş bilgisayar sistemleri kullanılarak çözülebilen cebirsel denklemler ile değiştirilmesi yöntemleridir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğinin akışkanın nitel (hatta bazen nicel) özelliklerini öngörme duyarlılığı kullanılan matematiksel model (kısmi diferansiyel denklemler), sayısal yöntemler (ayrıklaştırma ve çözüm teknikleri) ve yazılım (çözücü, öncü ve işlem sonrası yazılımları) ile kontrol edilir. HAD, bilim insanlarına ve biz mühendislere sunduğu bu sanal akış laboratuvarı ile gerçek laboratuvar ortamında su yapılarının değişik öğelerinin hidrolik tasarımları aşamasında kullanılan fiziksel model tekniklerinin yerini alabilmektedir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğinin gerçek oranlı fiziksel model yöntemleri ile karşılaştırıldığında aşağıdaki üstünlükleri sıralanabilir:

Gözlemlenmesi tehlikeli veya ulaşılamaz bölgelerdeki akışkan davranışları ve akış özellikleri, akış bozulmadan incelenebilir. HAD 'de her bir sayısal ağ elemanı aynı zamanda bir ölçüm noktası olduğundan, ölçüm cihazlarının oluşturabileceği etkilerinden bağımsız veriler elde edilebilir.

HAD yazılımlarıyla elde edilen sonuçlar ve sanal deney ortamı, birçok parametreye ait bilgilerin de çözümün içerisinde olması sebebiyle gereken yeni ihtiyaçlara göre benzetim sonrasında da kullanılabilir. Fiziksel model çalışmalarında gözden kaçan veya sonrasında ihtiyaç duyulan veriler için deneyler tekrarlanmalıdır.

Fiziksel model çalışmalarında elde edilebilecek veri ve parametreler kullanabileceğiniz ölçüm cihazları ve sensörler ile sınırlıdır. HAD analizinde, kullanılan sayısal ağ elemanı kadar (milyonlarca olabilir) ölçüm elemanı bulunabilir ve veri dağılımları, deneylerden elde edilebilecek ayrık veriler şeklinde değil, gradyenler olarak geniş bir alanda değerlendirebilmektedir.

Fiziksel modelin tasarımı ve inşası için gerekli zaman, para ve insan kaynakları rekabetçi piyasa koşullarında çok daha önemli olabilmektedir. Aynı zamanda en küçük hataların dahi yüksek maliyetlere sebebiyet verdiği projelerdeki hata esnekliğinin yok denebilecek azlığı, doğruluğu kesinleştirebilecek ölçüde tekrarları gerektirebilmektedir. Bu da fiziksel deneylerde neredeyse imkânsızdır.

Akışkanlar dinamiğinin önemli bir unsuru olan türbülans, ölçek etkisinden dolayı laboratuvar ortamındaki fiziksel modellerde tam olarak temsil edilemezler. Ancak sayısal modellemelerle türbülans etkisini daha fazla gözlemlemek mümkündür.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Problemin İncelenmesi

Bu çalışmalarda çeşitli vaka çözümlemeleri için Fluent paket programı tercih edilmiştir. Fluent sonlu hacimler yöntemini kullanan bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)


yazılımıdır. 1983 ten bu yana dünya çapında birçok endüstri dalında kullanılan ve günden güne gelişerek tüm dünyadaki HAD piyasasında en çok kullanılan yazılım durumuna gelmiştir. Fluent, sahip olduğu ileri çözücü teknolojisi ve bünyesinde barındırdığı değişik fiziksel modeller sayesinde laminer, geçişsel ve türbülanslı akışlara, iletim, taşınım ve radyasyon ile ısı geçişini içeren problemlerde kullanılabilmektedir. Fluent sıkıştırılabilir ve sıkıştırılamaz akışların çözümlesinde kullanılan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği çözücüsüdür. Yakınsamayı hızlandıran çoklu ağ metoduyla beraber çoklu çözücü seçenekleri ile Fluent geniş hız rejimleri aralıklarında en uygun çözüm etkinliği ve hassasiyeti getirir. Modelleme Yetenekleri iki boyutlu düzlemsel, eksensel simetrik ve döngülü eksensel simetrik (dönel simetrik) ve üç boyutlu akışlardır (Fluent 6, 2005). Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yazılımları otomotiv endüstrisi, havacılık endüstrisi, beyaz eşya endüstrisi, turbo makine endüstrisi, kimya endüstrisi, yiyecek endüstrisi gibi birbirinden farklı birçok endüstriye ait akışkanlar mekaniği ve ısı transferi problemlerinin çözümünde kullanılırken inşaat mühendisliği alanında kullanımı ise oldukça yenidir ve son on beş yılda bazı gelişmeler kaydedilmiştir. Bunun sebebi ise inşaat mühendisliği alanında açık kanal problemlerinin daha çok irdelenmek istenmesi ve gerek boyutların büyük olması gerekse su yüzünün bilinmezliği modellemede zorluklar getirmektedir. Ancak çok fazlı bir modelleme olan Akışkan Hacimleri tekniği ile (Volume Of Fluid (VOF)) ile su yüzü takip edilebilmektedir. Bu model N adet karışmayan akışkan için gaz-sıvı, sıvı-sıvı sistem modellemesidir. Yüzey gerilmesi ve duvar adezyon kuvvet etkilerini içeren yüzey takibi yapmaktadır (FLUENT 6. 2005). Bu çalışmada FLUENT-VOF ile modellenmiş başarılı örnekler sunulacaktır.

Vaka Analizleri Aşağıda verilen tüm vaka analizlerinde üç boyutlu türbülanslı akım modellemesi yapılmıştır. Üç boyutlu, ortalama Reynolds gerilimlerini içeren kontrol hacim metodu ile ayrıklaştırılmış Navier-Stokes denklemleri çözülmüştür. Öncelikle irdelenecek problemin sonuçlarına en iyi şekilde ulaşabilecek geometri belirlenmiş ve daha sonra gerçek boyutlarıyla hesap ortamına aktarılmıştır. Bunu yaparken Gambit yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Model geometrisi oluşturulduktan sonra yine model sonlu eleman ağına bölünmüştür. Kullanılan yazılım karışık geometrileri modelleyebilmekte ve değişik ağ elemanları seçenekleri sunmaktadır. Ayrıca duvara yakın bölgelerde ağın sıkılaştırılması da mümkündür (Gambit 2.1, 2003). Hesap geometrisi ve hesap ağı oluşturulduktan sonra sınır koşulları yine Gambit’te tanımlandıktan sonra ağ Fluent yazılımına aktarılmıştır. Burada öncelikle sınır koşullarının niceliksel değerleri tanımlanmış daha sonra problem için uygun modeller seçilmiştir.


Dolusavak Havalandırıcısı Bu çalışmanın amacı bilinen hidrolik tasarım kıstaslara göre boyutlandırılmış ve kavitasyon problemine karşı havalandırıcılar yerleştirilmiş bir dolu savaktaki havalandırıcıların performansını incelemektir. Dolu savak modellemelerinde de son yıllarda FLUENT uygulamalarının arttığı gözlenmektedir (Margeirsson, 2007; Öztürk ve Aydın, 2008 ve Yıldırım ve Tiğrek, 2013).

Dolu savağın eşik yapısında kret kotu 355 m ve genişliği 39,20 metredir. Deşarj kanalı genişliği 42 m ve batık sıçratma eşiği havuzu kotu 230 m’dir. Mansapta nehir yatağındaki regülatör dolu savak eşik kotu ise 246 m olarak verilmiştir. Dolu savak deşarjının regülatörle kontrol edileceği ve eşik üzerinde belli bir su yükü olacağı dikkate alınmıştır. Dolu savak deşarj akımları dört adet radyal kapakla kontrol edilmektedir. Eşik yapısında köprü ayakları çıkarıldığında net giriş genişliği 32 m olarak verilmiştir. Hava girişi üç yerde savak tabanında basamak şeklinde bir düşü verilerek sağlanacaktır. Böylece basamak yan yüzeyleri hava bacalarına bağlanarak hava girişi olacaktır Savağın hidrolik hesapları yapılırken dört farklı debi kullanılmıştır. Bunlar sırasıyla olası en yüksek debi, en küçük debi, ortalama debi ve 500 yıllık taşkın tekerrür debisine karşılık gelen debilerdir. Türbülans modellemesi için standart, Realizable k-ε ve RNG k-ε modellerini içeren k-ε model seçenekleri arasından seçim yapılmıştır. Düşük debilerde standart k-ε ve yüksek debide oluşabilecek döngüleri daha iyi benzeştirmek için Realizable k-ε model kullanılmıştır. Duvar yakını muamelesi seçenekleri arasında standart duvar fonksiyonları, dengesizlik duvar fonksiyonları, iyileştirilmiş duvar yakını muamelesi ve düşük Reynolds sayılı k-ε modelleri vardır. Bu çalışmada açık kanallarda halen türbülans sabitlerinin seçilmesi konusu tartışmalı olduğundan standart model seçilerek güvenli tarafta kalınması tercih edilmiştir.

Havalandırıcılarından emilecek havanın ve suyun birlikte çözülebilmesi ve akıma karışan havanın gerek nicelik gerekse nitelik açısından incelenebilmesi için Akışkan hacimleri (VOF) modeli kullanılmıştır.

Aşağıdaki verilen (Şekil 1) ağ yapısı görülmektedir. Savak geometrisi kapakların gerisinden başlatılarak köprü ayaklarındaki sürtünmelerden ve türbülans etkisinden dolayı hava karışımına olası etkilerinin de sonuçlarda gözlenebileceği ihtimali göz önünde tutulmuştur. Öte yandan mansap enerji kırıcı yapısına kadar alınmıştır. Mansapta ise gerek regülatör yapımından dolayı oluşacak su yükü gerekse serbest çıkış olmak üzere iki ihtimal de göz önüne alınmıştır.

Bütün model dolu savağın su alma yapısından başlayıp enerji kırıcı betonun bittiği yerde bitmektedir, 625845 noktadan, üçgen yüzeylere sahip dört yüzlü öğelerden oluşmaktadır. Tüm modelle ön analizler yapıldıktan sonra yüksek debilerde hesap zamanının azaltmak için orta ayaktan geçen bir simetri ekseni referans alınarak yarım model de oluşturulmuştur. Aşağıda ki şekilde bu modelin genel görünümü görülebilir.


Şekil 1: Dolu Savak Modeli ve Sınır Koşulları.

Her dört debinin sayısal model sonuçlarına bakıldığı takdirde birinci basamakta hava girişinin olmadığı ve burada basıncın atmosferik basınç altına şayet basamak olmazsa düşmeyeceği anlaşılmaktadır. Yani basamağın yüzeyinde negatif basınçların olduğu gözlenmiştir. Bu sebeplerle bu basamağın istenilen işlevi yerine getirmediği ve akımı bozduğu anlaşıldığından kaldırılması tavsiye edilmiştir. İkinci basamaktan her dört debide de hava emildiği görülmüştür. Üçüncü basamakta ise mansaptan gelen su tamamen hava ile karıştığından ve derinliğinde düşmesi sebebiyle basamak penceresi yüzde yüz hava olarak gözükmemiştir. Bu sebeple miktarı düşükte olsa bir miktar su çıkışı gözlenmiştir. Ancak miktarı oldukça düşüktür ve bir nevi sıçramalar sonucunda düşen su parçacıkları olarak kabul etmek doğru olacaktır

Şekil 2: Tasarım debisinde Basamak Hava girişleri (Kırmızı renk: su, Mavi renk: hava).

Hidroelektrik Santralı, kuyruk suyu kondüvisi, dengeleme odası ve kuyruk suyu tüneli genel çerçevesi Bir hidroelektrik santralinin kuyruk suyu kondüvisi, dengeleme odası ve kuyruk suyu tünelinde hidrolik hesaplar yapılarak performansı incelenmiştir. Kuyruk suyu kondüvisinin HAD ile modellenmesine literatürde rastlanmaktadır (Agouzoul ve ark.


1990, Bergström ve Gebart, 1999, Liao ve ark, 2007, Vu ve Shyy, 1990). Bu çalışmalarda çoğunlukla kondüvide oluşan basınç değişiklikleri ve akım koşulları incelenmiştir. Öte yandan Yuan ve Schilling, 2002 kondüvi akımıyla kuyruk suyu etkileşimini incelemiştir. Bu sayılan örneklerde kondüvi içindeki akım basınçlı akım olarak modellenmiştir. Ancak burada vereceğimiz örnekte kuyruk suyu kondüvisi, dengeleme odası ve kuyruk suyu tüneli birlikte modellenmiştir. Bu da hem basınçlı akım hem de açık kanal akımının birlikte modellenmesini gerektirdiği gibi yüzey özellikleri de değişmektedir. Santral iki türbinli olarak tasarlanmış ve her iki türbinin emme borusuna bağlantılı olarak tasarlanan iki adet kuyruk suyu kondüvisi yaklaşık 40 metrelik bir hat boyunca çapı ve konkavitesi değişerek dengeleme odası öncesi birleşmiştir. Dengeleme odası da yaklaşık dört kilometre olan kuyruk suyu tüneline bağlanmaktadır. Proje kurulu gücünün üretileceği işletme durumunda her iki boruda akım 21,5 m3/s saniye olacaktır. Ancak türbin çalışma prensiplerine göre işletme başlangıcındaki ani açılma esnasında daha fazla debinin verilmesi gerektiğinden, ilk çalıştırma anında 22,5 m3/s su verileceği belirtilmiştir. Kuyruk suyu kondüvisi çelik kaplamalı, dengeleme odası ve kuyruk suyu tüneli ise betonarme olarak yapılacaktır. Çalışmada dört konu irdelenmiştir:

1) Kuyruk suyu kondüvisinin akım koşulları

2) Kuyruk suyu tünelinde akım şartlarının açık kanal akımı olup olmayacağı

3) Dengeleme odasındaki akım koşulları

4) Kuyruk suyu kondüvisi, dengeleme odası ve kuyruk suyu tünelinin birlikte üç boyutlu olarak modellenmesi sonucu dengeleme odasında olası çalkantılar

Burada gözlem sonucunda elde edilen en önemli bulgular şunlardır: Eğik yapı (Şekil 3) dengeleme odası içinde dalga oluşumuna sebep olmakta (Şekil 4) ve çok fazla hava suya karışmaktadır bu da geriye doğru bir hava girişi riskini ortaya çıkarmaktadır. Model dengeleme odası girişinden başladığı için geriye doğru bir hava girişi bu haliyle gözlenmemiş olsa dahi, böyle bir etkinin olma olasılığı yüksektir. Tünel girişinde su, tünel tavanına çarparak girmekte ve girişte istenilen açık kanal akım şartları oluşamamaktadır. Bu analizlerin sonucunda dengeleme odasının boyutlandırılması değiştirilmiştir (Şekil 5).

Şekil 3: Dengeleme Odası ve Çıkış Tüneli (İlk Tasarım).


Şekil 4: Dengeleme Odası Çalkantıları.

Şekil 5: Dengeleme Odası ve Çıkış Tüneli (Son tasarım).

Sediment Dip Savağının Modellenmesi Bu çalışmada bir büyük barajın sediment dip savağının akım koşulları incelenmiştir. Sediment Dip Savak yapısı birbirine paralel ve aynı boyutta iki giriş yapısı ve iletim kanalı olarak tasarlanmıştır. Her bir sistemde su ilk olarak basınçlı akım koşullarında kondüviye girmekte daha sonra radyal kapaklı akım kontrol birimine ulaşmaktadır. Kontrol yapısından sonra akımın serbest yüzeyli bir akım olarak kondüvide yoluna devam ederek baraj gövdesini terk etmesi ve enerji kırıcı havuza ulaşması hedeflenmiştir Çalışmanın birinci aşamasında yine hidrolik ve mekanik kıstaslara göre tasarlanmış yapı öncelikle modellenmiştir. Kontrol yapısı mansabındaki kondüvi yüksekliği 12 m olarak boyutlandırılmıştır.


Hesap çözüm geometrisi tek bir giriş yapısı sistemi için oluşturulmuştur. Geometri giriş yapısı ağzından başlamakta, baraj gövdesi altındaki kondüvi yapısı ve baraj gövdesi sonrasındaki kanalı ve enerji kırıcı yapısını kapsamaktadır. Her model çalıştırılması giriş ve çıkış pencerelerindeki debiler kontrol edilerek sonlandırılmıştır. Yani debiler birbirine eşit olduğu zaman, zamana bağlı olmayan kararlı akım koşullarının sağlanması ile çalışan model sonlandırılmış ve sonuçlar irdeleniştir. Farklı su kotu yüksekliklerinde benzetim yapılmıştır. En yüksek su kotu 90 m en düşük su kotu ise 29 m. En yüksek su kotunda akımın kontrol yapısından sonra serbest yüzeyli akıp akmadığı konusu irdelenirken en düşük su kotunda istenen debinin sağlanıp sağlanmadığı sorgulanmıştır.

En yüksek su kotu olan 90 metre için model çalıştırılırken bu su kotuna karşılık gelen göreceli basınç değeri 881 310 Pa olarak giriş ağzında sınır koşulu olarak tanımlanmıştır. Sonuçlar irdelendiğinde debinin 475 m3/s olduğu gözlenmiştir. Şekil 6 suyun kondüvinin ne kadarını kapsadığını göstermekte ayrıca suyun baraj gövdesini terk ettikten sonra oluşan hidrolik sıçramayı açık ve net olarak göstermektedir. En düşük su kotu olan 29 metre için model çalıştırılırken göreceli basınç değeri 283 977 Pa olarak giriş ağzında sınır koşulu olarak tanımlanmıştır. Sonuçlar irdelendiğinde debinin 267 m3/s olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak sediment dip savağı ağzından su girdiği zaman akış giriş yapısından kapak bölgesine kadar bölümde basınçlı akım koşullarında akmakta ve kapak bölgesi ve sonrasında serbest yüzeyli bir akış gerçekleşmektedir. Ayrıca enerji kırıcı havuzda işlevselliğini yerine getirmekte; hidrolik sıçrama gerçekleşmektedir. Kapak sonrasındaki kondüvinin yüksekliği 12 metredir. Ancak sonuçlar kondüvi yüksekliğinin 12 metreden daha düşük olması halinde de serbest yüzeyli akış şartlarının oluşabildiğini gösterdiği için kondüvi boyunun 9 metreye düşürülmesi tavsiye edilmiştir (Şekil 7).

Sonuçlar Bu çalışmada su yapılarında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği uygulamalarının olasılıkları FLUENT paket programı kullanılarak üç örnek üzerinde incelenmiştir. Birinci örnekte bir dolu savağın havalandırıcılarının performansı incelenmiş, ikinci örnekte türbin kondüvi ve dinlendirici havuz, üçüncü örnekte ise sediment dip savağı incelenmiştir. Her üç örnekte açık kanal içerdiğinden VOF modeli kullanılmıştır. Her üç örnekte de bilinen ve kabul edilmiş tasarım yöntemleriyle boyutlandırılan yapıların hidrolik akım koşulları sayısal benzetim yöntemiyle incelenmiştir. Sonuç olarak sayısal modelleme çözümleri sonucunda yapıların şekli ve boyutlarının değişiminin gerekliliği ortaya çıkarak son tasarım değişmiştir


Şekil 6: Sediment Dip Savağındaki Akım Koşulları

Şekil 7: Sediment Dip Savağındaki Akım Koşulları (son tasarım)


Kaynaklar Agouzoul, M., Reggio, M. and Cameraro, R.(1990) Calculation of Turbulent Flows in a Hydraulic Turbine Draft Tube. Journal of Fluid Engineering, Vol. 112, pp. 257-263.

Bergström, J. And Gebart, R.(1999) Estimation of Numerical Acuracy for the Flow Field in a Draft Tube. International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow, Vol. 9, No. 4, 1999. pp. 472-486.

FLUENT 6. User’s Manual, 2005.

Gambit 2.1 (2003) User's Guide.

Liao, C. Wang, F., Li, X. And Zhu Y. (2007) Numerical Simulation of Pressure Fluctuation in Draft Tube of Large Francis Turbine. Proceedings of FEDSM2007, 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference, San Diego, California, USA.

Vu, T.C. and Shyy, W. (1990) Navier-Stokes Flow Analysis for Hydraulic Draft Tubes. Journal of Fluid Engineering, Vol. 112, pp. 199-204.

Öztürk, M. ve Aydın, C (2008) Dolusavak Havalandırıcılarında Jet Uzunluğunun CFD Analiziyle Belirlenmesi. Fırat Univ. Fen ve Müh. Böl. Dergisi, 20(1), 157-164.

Margeirsson, B. (2007) Computational Modeling of Flow over a Spillway in Vatnfellsstifla Dam in Iceland. Master Thesis 2007:29, Department of Applied Mechanics. CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Göteborg, Sweden.

Yuan, W. Ve Schilling, R. (2002) Numerical Simulation of the draft tube and tailwater flow iteraction. Journal of Hydraulic Research, Vol. 40, No. (1), pp. 73-81.

Yıldırım, T. and Tiğrek, Ş. (2013) Numerical Simulation of Spillway Aerators; A Case Study. IPWE 2013, 6th International Perspective on Water Resources & Environment, (in CD), İzmir, Türkiye, 7-9 Ocak 2013.


Akarsu Yatağındaki Bitki Örtüsünün Akım Şartlarına Etkisinin Sayısal Yöntemle İncelenmesi

Selcan Sovukluk D.S.İ. Genel Müdürlüğü, Devlet Mah., İnönü Bulv., No:16, Ankara


Önder Koçyiğit

Gazi Ünv. Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Böl. 06570 Maltepe-Ankara Tel: (312) 582 32 12


Bahadır Alyavuz Gazi Ünv. Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Böl. 06570 Maltepe-Ankara


Öz Doğal akarsuların ana yatağında ve/veya taşkın yataklarında bulunan bitki örtüsü, akım yapısını ve dolayısıyla hidrolik direnci önemli ölçüde etkilemektedir. Bu nedenle bu tür fiziksel koşulların özel olarak incelenmesi gerekir. Literatürde bu konuda yapılmış birçok deneysel araştırma çalışmasının yanı sıra bazı özel durumlar için sınırlı sayıda analitik çözüm öneren çalışmalar da mevcuttur. Bu çalışmalar incelendiğinde akarsu içerisindeki akım yapısının daha genel koşulları dikkate alarak belirlenebilmesi için deneysel çalışmaları destekleyici sayısal modellere ihtiyaç olduğu görülmektedir. Bu çalışmada, bitki örtüsü içeren açık kanal akımı, akışkanlar dinamiği uygulamalarına yönelik bir bilgisayar programı (ANSYS-CFX) ile modellenmiştir. Modelden elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan laboratuvar koşullarında oluşturulmuş bitki örtülü kanal modelinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalı sonuçlar, oldukça karmaşık engel yapısına sahip akarsu kesitlerinde hidrodinamik özelliklerin bilgisayar programı kullanılarak belirlenebileceğini göstermiştir. Anahtar sözcükler: Bitki örtüsü, Modelleme, Akım, Sonlu Elemanlar, ANSYS-CFX.

Giriş Nehirlerde hidrolik açıdan habitat koşullarının tanımlanabilmesi için akım hızlarının tahmini gerekmektedir. Nehir içerisinde yer alan bitkilerin akım hızını oldukça önemli miktarda etkilemesi nedeniyle konu ile ilgili çok sayıda fiziksel ve matematiksel modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Günümüzde deneysel ve analitik çözüm yaklaşımı içeren matematiksel yöntemlere ek olarak sayısal yöntemlerin kullanımının arttığı literatür incelemesinden görülmektedir.


Bu çalışmaların çoğunluğunun ortak özelliği laboratuvar ortamında gerçekleştirilen deney verileri ile akımı tanımlayan diferansiyel denklemlerden oluşan matematiksel modelin sayısal çözümünden elde edilen sonuçların karşılaştırılması şeklindedir. İlk deneysel çalışmalar rijit gövdeli bitki örtüsü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Örneğin Nepf (1999), Bennett ve diğ. (2002), Ghisalberti ve Nepf (2004), Wilson ve diğ. (2008), Yagci ve Kabdasli (2008), Tanino ve Nepf (2008) rijit bitki gövdesini temsil eden elamanlar kullanarak kanal içerisinde akıma karşı oluşan direnci ve bu durumun akım şartlarına etkilerini deneysel çalışmaları ile araştırmışlardır. Bu çalışmalar incelendiğinde, bitkinin akım içerisinde batmış veya batmamış durumu için farklı hız profilleri elde edildiği görülmektedir. Özellikle Nepf’in literatürde konu ile ilgili çok sayıda çalışması mevcuttur. Yapılan deneylerde bitki örtüsünün fiziksel olarak modellenmesi amacıyla genellikle bitki gövdesi için silindirik ahşap malzeme kullanılmıştır (Nepf (1999), Dorcheh (2007)). Bununla birlikte Wilson ve diğ. (2006) ve Luhar ve Nepf (2011) çalışmalarında doğal bitkilerden yararlanmışlardır. Wilson ve diğ. (2006) yaprak etkisinin toplam bitki direnci içerisindeki etkisini incelemiştir. Deneysel çalışmalarda, akıma engel teşkil eden bitki gövdelerinin planda dizilişleri ve kullanılan gövde çapları araştırma açısından düşünülmesi gereken bir diğer konudur. Birçok çalışmada düzenli bitki dizilişi ve sabit bitki gövdesi çapı kullanılmakla birlikte Tanino ve Nepf (2008) rastgele çapa sahip ve oldukça düzensiz bitki dizilişleri denemişlerdir. Bernett ve diğ. (2002) ise kanal içerisinde farklı bölgelerde ve özellikle kanal kenarlarında kümelenmiş bitki dağılımı şekli kullanmışlardır. Bu bitki dağılımı ile özellikle menderesli nehirlerde oluşan akım yapısına benzer bir durumu incelemişlerdir. Bitki örtüsünün rijit veya esnek olması durumları için yapılan deneysel çalışmalara ek olarak sayısal çözüm yöntemlerinin kullanıldığı çalışmalar da bulunmaktadır. Wilson ve diğ. (2006), Fischer ve diğ. (2010), Erduran ve Kutija (2003), Kim (2011) gibi araştırmacılar bitki örtüsü etkisini, akışkanlar dinamiği prensipleri ile oluşturdukları matematiksel modelleri, sayısal çözüm yöntemleri kullanarak tespit etmeye çalışmışlardır. Fakat bu tür modeller ve çözüm yöntemleri genellikle özel akım koşullarının araştırılması amaçlı olup, farklı araştırmacı ve mühendislerin kullanımı açısından oldukça sınırlıdırlar. Bu nedenle hesaplamalı akışkanlar dinamiği problemlerinin çözümünü amaçlayan, genel kullanıma uygun, sınır koşullarının kullanıcı tarafından kolay tanımlanabildiği ve sonuçların hem sayısal hem de görsel olarak sağlandığı yazılımlar geliştirilmektedir. Benzer durum akarsu içerisindeki akım yapısının incelenmesi için geçerlidir. Koçyiğit ve Alyavuz (2014), Stamou ve diğ. (2011), Gümüş ve diğ. (2010), Najmeddin (2012), Dewangan ve diğ. (2008) konu ile ilgili çalışmalarında hesaplamalı akışkanlar dinamiği uygulamalarına yönelik bir yazılım olan ANSYS-CFX’i kullanmışlardır. Bu çalışmada, Dorcheh (2007) tarafından yapılmış geniş dikdörtgen kanal içerisine düşük yoğunlukta yerleştirilmiş, kısmi batık bitkileri temsil eden rijit silindirik çubukların kullanılmış olduğu deney verilerinden yararlanılarak sayısal çözümlemeler yapılmıştır. Sayısal çözümden elde edilen serbest su yüzeyi, boyuna ve enine doğrultudaki eş hız eğrileri ile karşılaştırmalı hız profilleri sunulmaktadır.


Deneysel Yöntem Dorcheh, yaptığı deneylerde rijit bitki örtüsü içeren farklı açık kanal tiplerinde akımın hız ve türbülans karakteristiklerini incelemiştir. Deneylerde kullanılan kanal tipleri dar ve geniş dikdörtgen kanal ile birleşik kesitli bir kanaldır. Birleşik kesitli kanal durumunda taşkın yataklarına tamamen batık bitkilerden oluşan durum incelenmiştir. Dikdörtgen kesitli kanalda iki farklı kanal genişliği kullanılmıştır. Bunlar dar ve geniş olarak adlandırılmıştır. Her iki kanalda da tamamen veya kısmen suya batmış bitkilerden oluşan durumlar için deneyler yapılmıştır. Düşük, orta ve yüksek yoğunluklu bitki örtüsü durumları ele alınmıştır. Geniş dikdörtgen kanal deneylerinde hız bütün kanal en kesiti boyunca ölçülmüştür.

Şekil 1. a) Kanal geometrisi, b) çubukların ve ölçüm alınan noktaların planı c) en kesit

görünüşü (tüm ölçüler mm’dir).

Deneyler, laboratuvar ortamında, genişliği 1,2 m, boyu 10 m, derinliği 0,3 m, en yüksek akım derinliği 0,275 m ve boyuna yatak eğimi 0,001 olan çevrimli, dikdörtgen kesitli bir deney kanalında gerçekleştirilmiştir (Şekil 1-a). Bitki örtüsünü temsil eden çubukların çapları sabit ve 24 mm’dir. Çubuk boyları ise 300 mm olacak şekilde tasarlanmıştır. Akım doğrultusunda çubuklar arasındaki mesafe 200 mm, akım en kesiti yönünde çubuklar arasındaki mesafe ise 120 mm’dir. Tüm deneylerde debi, 15 l/s olacak şekilde ayarlanmıştır. Hız ölçümleri, kesit 1 ve kesit 2 olarak belirtilen iki farklı en kesitte gerçekleştirilmiştir (Şekil 1-b). Bu iki ölçüm kesiti, giriş ve çıkış etkilerini en aza indirmek için kanal boyunca orta uzunluğa yakın bir bölgede seçilmiştir. Kesit-1, bitki örtüsü bitiş bölgesine 4,4m ve kesit-2 ise 1,4m mesafede bulunmaktadır. Kanal

2000

6000

2000 1200

300 (a)

(c)

Ölçüm noktaları

1200

Rijit çubuklar

50 100 150 200 250 275

300

60 60 120 60 120 30 30

(b)

Ölçüm noktaları

Kesit-2

Kesit-1

1200

Rijit çubuk7lar

200

200

P4 P3 P2 P1


genelinde ölçüm noktaları, çubuk aralarında ve arkalarında yer almaktadır. Düşey yönde alınan hız verileri, kanal tabanının 50 mm üzerinden başlayarak 50 mm aralıklarla 50, 100, 150, 200, 250, 275 mm’de gerçekleştirilmiştir. Tüm kanal en kesiti boyunca nokta hızlarının ölçümü için üç boyutlu hız ölçüm cihazı kullanılmış, her bir noktada ölçüm süresi üç dakika ve ölçüm frekansı 25 Hz olarak ayarlandığı belirtilmiştir.

Sayısal Model Bu çalışmada bitki örtüsü içeren açık kanal akımı ANSYS-CFX yazılımı ile modellenmiştir. Bu yazılım ile birden fazla akışkanın bulunduğu çok fazlı akım modeli oluşturulabilmektedir. Açık kanal akımı da çok fazlı akım problemi olarak ele alınabilir. Burada su (sıvı fazı) ve havanın (gaz fazı) bulunduğu bir hacim ve iki faz arasında serbest hareket edebilen bir ara yüzey bulunmaktadır. Bu ara yüzey, genellikle şekli belirlenmek istenen problem özelliklerinden biridir. ANSYS-CFX çok fazlı akım probleminin çözümünde homojen ve homojen olmayan çoklu akım modeli kullanır (ANSYS Documentation). Burada açık kanal akımı için homojen çoklu akım modeli kullanılmıştır. Bu model ayrıca bir çeşit “Volume of Fluid, VOF” yöntemi olarak değerlendirilir (Stenmark, 2013). Homojen modelde, fazlar arasındaki ara yüzey sürekliliğini korur. Homojen olmayan modelde ise fazlardan biri parçalanıp diğer fazın içinde yer alabilir. Sayısal modelde kullanılan ve akımı tanımlayan ana denklemler,

)3(,32

)2(,

)1(,0

UδUU

SUUU

U

τ

τ

T

Mpt

t

şeklindedir. Burada, ρ yoğunluk, ∇gradyan operatörü, U hız vektörü, t zaman, τ gerilme tensörü, SM kaynak terimi, μ viskozite, δ birim matris olarak tanımlanmaktadır. Eşitlik (1) süreklilik denklemini, Eşitlik (2) ise momentumun korunumunu ifade etmektedir. Bu denklemlerin indis notasyonu ile yazılmış şekli ve diğer açıklamalar ANSYS CFX,-Solver Theory Guide (2009) da yer almaktadır. Problem geometrisi ve çözüm ağı özellikleri Deneylerde kullanılan açık kanal geometrisi “ANSYS Workbench” ara yüzünde yer alan “Design Modeler” bölümünde oluşturulmuştur. Bu kanala ait geometri Şekil 2’de görülmektedir. Bu modelde, akım başlangıcında oluşabilecek düzensizlikleri en aza indirebilmek için kanal boyu 20 m’ye çıkarılmıştır. Bitki örtüsünü temsil eden çubuklar, kanal başlangıcının 6m ilerisinden itibaren yerleştirilmiştir.


Şekil 2. ANSYS ortamında oluşturulan model geometrisi ve enine kesit Deneysel çalışmada belirtilen çubuk aralıklarına göre toplamda 300 adet çubuk yerleştirilmiştir. Problem geometrisi düşük yoğunluktaki bitki örtüsü içeren kanal için simetrik olmadığından herhangi bir simetri kolaylaştırılması yapılmamıştır. Çözüm ağı “ANSYS Workbench” ara yüzü kullanılarak oluşturulmuştur. Bu bölümde yazılım, geometriye uygun bir çözüm ağını otomatik olarak oluşturmaktadır. Çözüm ağının oluşturulması sırasında temel eleman şekli ve boyutu gibi kullanıcı tanımlamaları yapılabilmektedir. Bu çalışmada, iki tip çözüm ağı kullanılmıştır. Şekil 3-a’da gösterilen birinci tip çözüm ağı (mesh-1) 459.942 adet elemana sahiptir. İkinci tip (mesh-2) çözüm ağında ise 519.045 adet eleman kullanılmıştır. Birinci tip çözüm ağında giriş ve çıkış bölgelerinde kullanılan eleman boyutu ikinci tip çözüm ağına göre daha büyük seçilmiştir. Ayrıca, her iki tip çözüm ağı için ANSYS-CFX, çözüm sırasında sonlu elemanlar ağını sıklaştırarak su ve hava birleşim bölgelerinde daha iyi bir ara yüzey oluşturmaktadır. Başlangıç ve sınır şartları Kanal giriş sınır şartı olarak normal hız şartı seçilmiş ve sınırdan geçen akımın hızı 0.045m/s olarak alınmıştır. Kanal çıkış sınır şartı ise statik basınç olarak tanımlanmıştır. ANSYS CFX yazılımı hız ve basınç içeren çeşitli giriş-çıkış sınır şartı tanımlamalarına olanak sağlamaktadır. ANSYS CFX Solver Modeling Guide tarafından giriş sınır şartının hız, çıkış sınır şartının statik basınç olarak tanımlandığı durumun sayısal çözüm açısından en stabil sınır şartı olduğu belirtilmektedir. Ayrıca aynı referansta statik basınç şartının kullanılacağı sınırın çevrimsel akım olan bir bölgede olması durumunda çözümde yakınsama probleminin de olabileceği belirtilmektedir. Mevcut durumda kanal çıkış bölgesi, kanal içindeki rijit çubuklara belirtilen probleme yol açmayacak uzaklıkta yer almaktadır. Kanal yan duvarı, taban sınır şartı ve silindir duvarları; “No Slip Wall” şartı ve duvar pürüzlülüğü için “Smooth Wall” şartı kullanılmıştır. k-ε türbülans modelinde kullanılacak “Intensity Length Scale” eddy uzunluk parametresi giriş su yüksekliği olan 0.275m olarak seçilmiştir.

6m

6m

8m

Kanal enine kesiti

Koordinat ekseni başlangıcı


Şekil 3. Workbench çözüm ağı, a) mesh-1 b) mesh-2

SONUÇLAR Sınır şartları, geometrik ve hidrolik özellikleri verilen bir deney kanalı için çalıştırılan ANSYS-CFX programından kanal boyunca üç eksende hızlar ve kesitin her noktasında su seviyesi sonuçları elde edilebilmektedir. Model grafik ara yüzü, kullanıcının belirlediği bir noktada veya bir kesitte sonuçları grafik olarak çizebilmektedir. Şekil 4’de, rijit çubukların başlangıç bölgesinde oluşan çalkantılar ve su seviyesi gösterilmiştir. Sayısal modelden elde edilen kanal boyuna yönündeki hız sonuçları kanal ekseni merkezinden geçen z=0,6m’deki bir boy kesit üzerinde gösterilmiştir. Boyuna yöndeki profilin uzun olması nedeniyle sonuçlar, üç kısımda; kanalda bitki başlangıç bölgesinde, bitki orta bölgesinde ve bitki örtüsünün bittiği bölgede ayrı olarak çizilmiştir. Şekil 5-a’da görülen bitki örtüsünün başlangıç bölgesinde giriş hızı olan 4,5 cm/s hızın, ilk çubukta 7 cm/s seviyesine ulaştığı ve su yüzeyine yakın bölgede hızlı bir değişim olduğu gözlenmektedir. Bitki örtüsü orta bölgesinde ise tabana ve rijit silindirlere yakın bölgede hızın artarak 7 cm/s seviyesinde olduğu, su yüzeyine yakın bölgelerde ise hızın 2,5 cm/s olduğu görülmektedir (Şekil 5-b). Bitki örtüsünün son bölümünün gösterildiği Şekil 5-c’de tabana yakın bölgede 5,5 cm/s, yüzeye yakın bölgelerde ise 2,5 cm/s mertebesinde hızlarla suyun bu bölgeyi terk ettiği görülmektedir.

(b)

(a)


Şekil 4. Su Yüzeyi Profili a) mesh tipi 1, b) mesh tipi 2

x=9 m’den geçen kanal en kesitindeki boyuna doğrultudaki hız dağılımı Şekil 6’da görülmektedir. Bu kesit tam olarak çubukların merkezinden geçmektedir. Kanal kenarlarında geometrinin simetrik olmaması nedeniyle simetrik olmayan bir hız dağılımı gözlenirken, iç bölgelerde simetriğe yakın bir hız dağılımı bulunmaktadır. Çubuk aralarında, kanal tabanında sıfır olan hız tabana yakın bölgede 7cm/s mertebesine çıkmakta, derinlik azaldıkça 3 cm/s mertebesine düşmektedir. Çubuk kenarlarında akım, no slip wall sınır şartı nedeniyle sıfır hıza sahiptir. Deneyde ölçüm alınan noktalardaki boyuna doğrultudaki hızların karşılaştırılması Şekil 7’de sunulmaktadır. Bu noktalar bitki örtüsünün başladığı yerden 1,7 m, sayısal modeldeki kanalın giriş bölgesinden ise 7,7 m ilerideki kesit-1 olarak isimlendirilen kesitte yer almaktadır. Kanal duvarına yakın z=0,03m (Şekil 1-b, P1) ve z=0,27m (Şekil 1-b, P2) de deney ve ANSYS CFX sonuçları genel olarak uyumlu sonuçlar vermektedir. Bu noktalar tam olarak çubuk arkasında yer almaktadır. Diğer iki ölçüm noktası olan z=0,57m (Şekil 1-b, P3) ve z=0,93m’de (Şekil 1-b, P4) kanal tabanına yakın bölgedeki hızlar uyumlu görünürken, su yüzeyi seviyesine yaklaştıkça ANSYS CFX’in deney sonuçlarına göre daha düşük hızlar verdiği görülmektedir. P3 ve P4 noktaları Şekil 1’de görüldüğü gibi tam olarak iki çubuk arasında yer almaktadır. Bu noktaların membaında yer alan çubukların akıma etkileri nedeniyle bu ölçüm noktaları girişim bölgesi içerisinde kalmaktadır. Bu çalışmada kullanılan farklı çözüm ağı yapılarına ek olarak silindirik çubuklar etrafındaki eleman ağı özelliklerinin ve yazılım içerisinde yer alan diğer türbülans modellerinin bu bölgedeki sonuçlara etkisinin araştırılması gerekmektedir.

(a)

(b)


Şekil 5. Kanal boy-kesitinde boyuna doğrultuda hızın değişimi (Mesh tipi 2)

Şekil 6. Kanal en-kesitinde boyuna doğrultudaki hızın değişimi (Mesh tipi 2, x=9m)

(a) Bitki örtüsü başlangıç bölgesi (z=0,6m'deki boy-kesit)

(b) Bitki örtüsü orta bölgesi (z=0,6m'deki boy-kesit)

(c) Bitki örtüsü bitiş bölgesi (z=0,6m'deki boy-kesit)


0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Derin

lik (c

m)

u (cm/s)

x=7,7m, z=0,03m

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Derin

lik (c

m)

u (cm/s)

x=7,7m, z=0,27m

Dorcheh (2007)

ANSYS (mesh-1)

ANSYS (mesh-2)

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Derin

lik (c

m)

u (cm/s)

x=7,7m, z=0,57m

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Derin

lik (c

m)

u (cm/s)

x=7,7m, z=0,93m

Dorcheh (2007)

ANSYS (mesh-1)

ANSYS (mesh-2)

Şekil 7. Boyuna doğrultuda hızın derinlik boyunca değişimi

Kaynaklar ANSYS®, Help System, ANSYS, Inc. ANSYS CFX-Solver Theory Guide (2009), Release 12.1. Bennett, S.J., Pirim, T. and Barkdoll, BD (2002) “Using simulated emergent vegetation to alter stream flow direction within a straight experimental channel”, Geomorphology, Vol. 44, (1-2), pp.115-126. Dewangan, N., Das A. K. and Das, P. K. (2008) Free surface flow over a bump with hydraulic jump, Proceedings of the 4th BSME-ASME International Conference on Thermal Engineering, 27-29 December, 2008, Dhaka, Bangladesh. Dorcheh, S. A. M. (2007) Effect of rigid vegetation on the velocity, turbulence and wave structure in open channel flows, PhD Thesis, Cardiff University, Wales, U.K. Erduran, K.S. and Kutija, V. (2003) Quasi-three-dimensional numerical model for flow through flexible, rigid, submerged and non-submerged vegetation. Journal of Hydroinformatics, Vol.5, (3), pp.189–202. Fischer, A.T., Stoesser, T., Bates, P. and Olsen, N.R.B. (2010) 3D numerical modelling of open channel flow with submerged vegetation, Journal of Hydraulic Research, Vol. 39, (3), pp. 303-310.


Ghisalberti, M. and Nepf, H.M. (2004) The limited growth of vegetated shear layers, Water Resources Research, Vol. 40, (7), pp.1-12. Gümüş, V., Aköz, M.S. ve Kırkgöz, S. (2013) Kapak mansabında batmış hidrolik sıçramanın deneysel ve sayısal modellenmesi, Teknik Dergi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, Cilt 24, (2), s. 6379-6397, Ankara. Kim, S.J. (2011) 3D numerical simulation of turbulent open-channel flow through vegetation, PhD Thesis, Georgia Institute of Technology, USA. Koçyiğit, Ö. ve Alyavuz, B. (2014) “Dikdörtgen kesitli açık kanal akımında silindirik engel çevresinde akımın incelenmesi, 3. Su Yapıları Sempozyumu, 7-8 Aralık 2013 TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası Ankara Şubesi, Sempozyum Kitabı, s. 133-141, İMO Oda yayın No: E714/02, Ankara. Luhar, M. and Nepf, H.M. (2011) Flow-induced reconfiguration of buoyant and flexible aquatic vegetation, Limnology and Oceanography, Vol. 56, (6), pp. 2003-2017. Najmeddin, S. (2012) CFD modelling of turbulent flow in open-channel expansions, MSc. Thesis, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada. Nepf, H.M. (1999) Drag, turbulence, and diffusion in flow through emergent vegetation, Water Resources Research, Vol. 35 (2), 479-489. Stamou, A.I., Papadonikolaki, G., Gkesouli, A. and Nikoletopoulos, A. (2011) Modelling the effect of vegetation on river floodplain hydraulics, Proceedings of the 12th International Conference on Environmental Science and Technology, Rhodes, 8-10 Semptember 2011, pp. 1818-1825, Greece. Stenmark, E. (2013) On Multiphase Flow Models in ANSYS CFD Software MSc. Thesis, Department of Applied Mechanics Division of Fluid Dynamics Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden. Tanino, Y. and Nepf, H.M. (2008) Laboratory investigation of mean drag in a random array of rigid, emergent cylinders, Journal Of Hydraulic Engineering, Vol. 134, (1), pp. 34-41. Wilson, C. A. M. E., Hoyt, J. and Schnauder, I. (2008) “Impact of foliage on the drag force of vegetation in aquatic flows”, Journal Of Hydraulic Engineering, Vol. 134, (7), pp. 885-891. Wilson, C. A. M. E., Yagci, O., Rauch, H.P. and Olsen, N. R. B. (2006) “3D numerical modelling of a willow vegetated river/floodplain system”, Journal Of Hydrology, Vol. 327, (1-2), pp.13-21. Yagci, O. and Kabdasli, M.S. (2008) “ The impact of single natural vegetation elements on flow characteristics”, Hydrological Processes, Vol. 22, (21), pp. 4310-4321.


Açık Kanal Savak Akımlarında Debinin Farklı Yöntemler ile Belirlenmesi

Mehmet Ardıçlıoğlu, Mücella İlkentapar Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Müh. Bölümü, Kayseri

Tel: (352) 2076666 / 32326, 32330 E-posta: [email protected], [email protected]

Öz Açık kanal akımlarında debinin belirlenmesi amacıyla kullanılan farklı yöntemlerin hassasiyeti araştırılmıştır. Bu amaçla Erciyes Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarında bulunan tabanı ve yan duvarları camdan 0.6x0.6x9.5m boyutlu kanalda hız ve savak akımı ölçümleri yapılmıştır. Kanal başından itibaren 5.7m ye 0.5x0.6x0.10m boyutlarında beton bir savak yerleştirilmiştir. Deneyler kanala su veren vana ayarlanarak debi ölçerden (Qdö) okunan 4 farklı debi durumunda, kanal taban eğiminin S=0.001 değerinde gerçekleştirilmiştir. Kanalın 5’ inci metresinde yarı enkesit üzerinde 6 farklı düşeyde derinlik boyunca gerçekleştirilen hız ölçümleri yardımı ile hız-alan yöntemi kullanılarak debiler (Qha) hesaplanmıştır. Kanaldan geçen akımın debisi ayrıca savak formülü (Qsav), anahtar eğrisi (Qae), Manning denklemi (QMan) ve entropi yöntemi (Qent) ile hesaplanmıştır. Hız alan yöntemi ile debi ölçer ve diğer yöntemler arasında mutlak farklar belirlenmiştir. Dört ölçüme ait ortalama mutlak farklar en az %3.2 ile entropi yöntemi ile hesaplanan debide en fazla da Manning formülü ile hesaplanan debide %10.7 olarak belirlenmiştir. Debi ölçer, savak formülü, anahtar eğrisi yardımıyla hesaplanan debiler arasındaki rölatif farklar da sırasıyla %5.1, %7.5 ve %3.8 olarak bulunmuştur. Anahtar sözcükler: Açık kanal, Savak, Debi, Anahtar eğrisi, Manning denklemi, Entropi.

Giriş Sınırlı su kaynaklarının etkin, sürdürülebilir kullanımı için suyun zamansal ve mekânsal dağılımının, özellik ve hacim bakımından belirlenmesi gereklidir. Ülkemizde suyun yaklaşık %70 gibi büyük bir kısmı tarımsal amaçlı faaliyetlerde kullanılmakta ve büyük oranda açık kanal sistemleri ile bu dağıtım yapılmaktadır. Bu sistemlerden geçen suyun düzenli ve güvenilir ölçümlerle kayıt altına alınması, su kullanımında verimliliği artırmak ve suyun korunması için gereklidir. Açık kanal akımlarında debinin belirlenmesi için en güvenilir ve yaygın yöntem olan hız-alan ölçümleri yoğun emek ve masraf gerektiren çalışmaları içerir. Bu nedenle daha az parametreye bağlı debi ölçümüne pratikte daha sıklıkla başvurulmaktadır. Bu yöntemlerden en yaygın olanları; anahtar eğrileri, ölçüm savakları ve Manning denklemi gibi deneye dayalı bağıntıların kullanılmasıdır (Chow, 1959). Son yıllarda akarsu kesitine ait ortalama hız (U) ve maksimum hız (umak) arasında bilinen sabit ilişkiye bağlı entropi yöntemi ile debinin belirlenmesi yöntemi de kullanılmaktadır (Chiu and Said, 1995).


Bu çalışmada laboratuvarda gerçekleştirilen dört farklı akım şartında yukarıda bahsedilen yöntemler kullanılarak debiler hesaplanmış ve ele alınan bu yöntemlerin hassasiyetleri karşılaştırılmıştır.

Açık Kanallarda Debinin Belirlenmesi Hız-Alan Yöntemi Açık kanal akımlarında en kesit üzerinde yapılacak hız ölçümleri yardımı ile debi hassas olarak belirlenebilmektedir. Bu amaçla ele alınan enkesit, her bir dilimdeki debi toplam debinin %10 unu geçmeyecek şekilde parçalara bölünür. Her bir dilime ait ortalama hızlar, o dilimi temsil edecek düşeyde yapılan noktasal hız ölçümleri yardımıyla belirlenir. Ele alınan düşeyde çok sayıda hız ölçümü olması durumunda bu düşeye ait ortalama hız (Ui) integrasyonla bulunabilir. Ele alınan düşeye ait ortalama hız dilim alanı (Ai) ile çarpılarak söz konusu dilime ait debi ve (1) ifadesinde gösterildiği üzere dilim debilerinin toplanmasıyla da enkesitten geçen debi belirlenir. Bu ifadede n en kesitteki dilim sayısıdır.

∑ (1)

Pratikte dilim debileri belirlenirken ölçüm yapılan düşeyde, su yüzeyinden 0.2H ve 0.8H derinliğindeki hızların ortalamasının o dilime ait ortalama hızı temsil ettiği kabul edilir. Akım derinliğinin az olduğu, sığ sularda su yüzeyinden 0.6H derinlikteki hız ölçülerek bu hızın o dilime ait ortalama hız olarak kullanılması önerilmektedir, Şekil 1. Literatürde bu yöntemin oldukça iyi sonuçlar verdiği bildirilmektedir. (Bureau of Reclamation, 1984; Ardıçlıoğlu ve diğ. 2005; Ardıçlıoğlu, 2006). Geniş Başlıklı Savaklar Savaklar açık kanallarda yaygın olarak kullanılan yapılardan olup su seviyesinin düzenlenmesi, akım ölçümleri, çevresel düzenleme ve kanal stabilizasyon amaçlı inşa edilirler. Kanal eksenine dik olarak yerleştirilen bir ölçüm savağının yaklaşım kanalında ölçülen derinlik ile debi arasında belirlenen ilişki yardımıyla akım tespit edilebilir. Farklı geometrik şekillerde uygulanabilen savaklar genellikle keskin kenarlı ve geniş başlıklı olmak üzere sınıflandırılır. Keskin kenarlı savaklar ince bir düşey levha olup su napı savak üzerinden serbest bir şekilde dökülür. Geniş başlıklı savaklar ise akım doğrultusunca yeterli uzunlukta düz bir yüksekliğe sahip olup akım derinliği kontrol edilir Şekil 1. Geniş başlıklı savaklar için debi ifadesi Bos (1989) tarafından denklem (2) de verildiği gibi basitleştirilmiştir.

(2) Burada; Q(m3/s): savak üstünden geçen debi, Cs: savak katsayısı, b(m): savak genişliği ve h(m): savağın membaındaki akım yüksekliğidir. Savak katsayısı Cs=Cd Cv şeklinde ifade edilmektedir. Burada Cd debi katsayısı savak yükü (h) ve savak boyunun (L) bir fonksiyonudur. Cv hız katsayısı hem debi katsayısının (Cd) hemde savak yükü (h) ve savak yüksekliği (p)’nin bir fonksiyonudur. Savak katsayısının belirlenmesi ve savak


üzerindeki akımın modellenmesi için birçok deneysel çalışma yapılmıştır (Bal ve diğ. 2011; Hoseini and Afshar, 2014).

L

P

h

b

x y

z

y=0

xsavak

xhız

Ui

xh

H

Şekil 1 Geniş başlıklı savak.

Anahtar Eğrisi Yöntemi Bir kesitte debi ve derinlik değerleri arasında çizilen eğriye Anahtar Eğrisi denir. Farklı akım koşullarında seviye ve debi ölçümleri yapılarak anahtar eğrileri oluşturulur. Anahtar eğrisinin çıkarıldığı kesitte seviye ve debi arasında belirli ve tek bir bağlantının bulunması gerekir, böyle bir kesite kontrol kesiti denir. Alüvyonlu akarsularda tabanın hareketli olması nedeniyle oyulma ve yığılmalar sonucunda anahtar eğrisi değişebilir. Bu nedenlerle kesitin anahtar eğrisinin değişip değişmediğini yılda birkaç defa kontrol etmek gerekir. Yüksek debi durumlarında debi ölçüm çok güç olduğu için anahtar eğrisini yüksek debilere doğru uzatmak gerekir. Fakat anahtar eğrisinin ölçülmüş olan debilerin yukarısındaki bölgede ekstrapolasyonu her zaman iyi sonuç vermez. Anahtar eğrisi için Q debisi ile H su seviyesi arasında (3) ifadesindeki gibi bir bağıntı kullanılmaktadır.

bHaQ (3) Bu bağıntıdaki a ve b sabit değerleri o istasyonda ölçülmüş değerlerden elde edilir. Ardıçlıoğlu ve diğ. (2013) küçük akarsularda anahtar eğrileri yardımı ile bulunan debileri farklı yöntem sonuçları ile karşılaştırmışlardır. Manning denklemi ve Entropi yöntemi ile hesaplanan debilerin anahtar eğrisine göre daha iyi sonuç verdiğini ancak su yüzü hızı yardımı ile belirlenen debinin anahtar eğrisine göre daha fazla hatlı sonuç verdiğini bildirmişlerdir.


Manning Denklemi Akarsulardaki ölçümler, çevresel etkenler, doğa şartları ve akım özellikleri gibi birçok nedene bağlı olarak, yerinde yapılan çalışmalarla gerçekleştirilememektedir. Bu zorluklar araştırmacıları birçok ampirik formül geliştirmeye yönlendirmiştir. Bu formüllerin en bilineni ifadenin kolay kullanımı ve çoğu zaman iyi sonuç vermesi nedeniyle yaygın olarak kullanılan Manning-Strickler eşitliğidir. Bu ifade (4) denklemi ile gösterilmiştir.

ASRn

Q 2/13/21 (4)

Burada Q (m3/s); kesitten geçen debi, n; Manning pürüzlülük katsayısı, R (m); hidrolik yarıçap olup R=A/P ifadesi ile belirlenmektedir. Burada A (m2); ıslak en kesit alanı ve P (m); ıslak çevreyi ifade etmektedir. S; enerji çizgisinin eğimi olup, üniform akımlarda su yüzü ve kanal taban eğimine eşit alınabilir. Formülün kullanımındaki en büyük zorluk kanal şartlarına bağlı olarak pürüzlülük katsayısı n’in gerçeğe yakın olarak belirlenebilmesidir. Manning pürüzlülük katsayısı için farklı yüzeylere ait alınabilecek minimum ve maksimum değerler literatürde verilmiştir (Chow, 1959). Entropi Yöntemi ile Debi Hesabı Chiu (1989) açık kanallarda hız dağılımını ve debiyi belirlemek için olasılık dağılımını esas alan entropi yöntemini geliştirmiştir. Bu yöntem entropiyi maksimize etme temeline dayanılarak geliştirilen istatistiksel bir yöntemdir. Bu yöntemin esası akarsuda ele alınan kesite ait ortalama hız (U) ve maksimum hızın (umak) oranının değişmemesidir. Benzer bulgular Xia (1997) tarafından da verilmiştir. Bu sabit oran (5) ifadesi ile verilen M entropi parametresi ile gösterilmiştir.

M1

1ee

)M(u

UM

M

mak

(5)

Kesite ait bilinen M parametresi dolayısıyla sabit U/umak oranı yardımı ile maksimum hızın ölçülmesi durumunda ortalama hız ve debi kolaylıkla belirlenebilmektedir. Maksimum hızın enkesit üzerindeki yeri ve konumu ortalama hıza göre daha kolay belirlenebilir. Ardıçlıoğlu ve Özdin, (2011) bir enkesitte maksimum hızın, kesitin ortalarında ve en derin olan düşeyde oluşacağını belirtmişlerdir. Bu düşeyde yüzeye yakın yapılacak birkaç hız ölçümü neticesinde enkesitteki maksimum hız belirlenebilir. Ölçülen umak hızı ve kesite ait bilinen (M) sabiti ile (5) ifadesi yardımıyla ele alınan akıma ait ortalama hız U belirlenir. Geometrik olarak kolayca belirlenebilen enkesit alanı ve hesaplanan ortalama hız U ile kesitten geçen debi (6) ifadesi kullanılarak bulunur.

Q=UA (6) Bu ifadede Q; kesitten geçen debi, U; ortalama hız ve A da enkesit alanıdır.


Deneysel Çalışma Debi ölçümünde kullanılan farklı yöntemlerin hassasiyetlerini karşılaştırmak amacıyla Erciyes Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Laboratuvarında bulunan tabanı ve yan duvarları camdan 0.6x0.6x9.5m boyutlu kanalda hız ve savak akımı ölçümleri yapılmıştır. Kanaldaki akımın debisi kanala su veren sabit seviyeli haznenin girişindeki 15cm çaplı çelik boru üzerinde bulunan TEKSAN marka daldırma tip elektromanyetik debimetre ile ölçülmüştür. Debimetrenin 0.5-50.0lt/s arasındaki debileri %1 hassasiyetle ölçtüğü bildirilmektedir. Deneyin başında, pompa çıkışı ve depo sonrası vanalar ayarlanarak depodaki su seviyesi sabit hale getirilmiştir. Kararlı akım şartları oluşturularak dört farklı debi durumunda kanal boyunca su yüzü profilleri ve kanal başından itibaren xhız=5.0m de hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Debi ölçerden okunan değerler deneyin başından itibaren 6 farklı zamanda kaydedilerek ortalama değerleri belirlenmiştir (Qdö). Kanal tabanının eğimi ayarlanabilmekte olup ölçümler S=0.001 eğim değerinde gerçekleştirilmiştir. Hız alan yöntemi ile debi hesabı için kanalın xhız= 5.0 metresinde 3 doğrultuda hareket edebilen sehpaya yerleştirilen Muline (Low Speed Propeller Probe) kullanılmıştır. Muline açık kanal akımlarında suyun düşük hızlarını ölçmek için tasarlanmıştır. Sistemin ölçüm aralığı 2.5 -150 cm/s dir. Kanal orta kesitinden başlayarak duvara doğru 6 farklı düşeyde (y= 0, 5, 10, 15, 20 ve 25cm) hız ölçümleri yapılmıştır (Şekil 2). Her bir düşeyde ise kanal tabanından itibaren z=0.6cm den başlayarak su yüzüne kadar 1cm aralıklar ile hızlar ölçülmüştür. Kanal başından itibaren xsavak=5.7m’ye L=0.5m, b=0.6m ve P=0.10m boyutlarında beton bir savak yerleştirilmiştir. Savağın membaında xh=5.5m’deki kanal orta kesitindeki savak yükü (h), her bir akım durumunda ölçülmüştür.

Şekil 2 Ölçüm kanalına ait bir resim.


Bulgular ve Değerlendirme Prizmatik kanallarda simetrinin varlığı bilindiğinden (Ardıçlıoğlu, 2006) hız ölçümleri x=5.0m’de kanal yarı kesitinde gerçekleştirilmiştir. Kanal yarı kesitinde altı farklı düşeyde derinlik boyunca hızlar ölçülmüştür. Hız alan yöntemi ile belirlenen dilim ortalama hızları ile bu hızların temsil ettiği dilim alanlar çarpılıp denklem (1)’de gösterildiği gibi debiler hesaplanmıştır (Qha). Bu debi değerleri de Tablo 1, birinci sütunda gösterilmiştir. Debi ölçerden alınan dört farklı debi değerleri ikinci sütunda lt/s olarak verilmiştir (Qdö). Birinci deneyde debi ölçerden kaynaklanan nedenle sağlıklı okuma alınamamıştır. Bunun nedeni debi ölçerin bağlı olduğu boruda enkesitin tam dolu olmamasına bağlı elektromanyetik iletkenliğin tam sağlanamaması olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle hız alan yöntemi ile belirlenen debi değerleri referans alınarak denklem (7) de gösterildiği üzere mutlak bağıl farklar hesaplanmıştır. Üç farklı ölçüme ait bu farklar Tablo 1 de (7). sütunda verilmiştir. Bu değerlerden görüleceği üç ölçüme ait farklar düşük çıkmıştır. Bu ölçümlere ait ortalama mutlak fark ise %5.1 olarak belirlenmiştir.

100*%ha

döha

QQQ

(7)

Tablo 1 Debi Değerleri ve Mutlak Farklar.

Qha Qdö Qsav Qae QMan Qent (%) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)

(lt/s) (1)-(2) (1)-(3) (1)-(4) (1)-(5) (1)-(6)

7.59 - 6.91 7.30 5.25 7.92 - 9.0 3.4 30.8 4.3 10.28 10.62 10.97 11.03 9.99 10.28 3.3 6.7 7.3 2.9 1.3 22.86 24.10 20.43 22.10 22.00 21.98 5.4 10.6 3.3 3.8 3.9 37.13 39.59 35.78 37.50 35.08 35.82 6.6 3.6 1.1 5.5 3.5

Ortalama= 5.1 7.5 3.8 10.7 3.2 Savaklar açık kanallarda debi ölçüm amaçlı yaygın olarak kullanılan yapılardır. Bu amaçla laboratuvar kanalının 5.7 metresinde, kanal eksenine dik olarak yerleştirilen beton bir ölçüm savağı kullanılmıştır. Şekil 1’de görüleceği üzere yaklaşım kanalının x=5.5m’sinde ölçülen (h) derinliği kullanılarak (2) ifadesi yardımı ile debi değeri tespit edilebilir. Bu ifadede savak katsayısının belirlenmesi gerekir. Bu amaçla dört ölçüme ait savak katsayısı bilinen debiler (Qha), savak yükleri (h) ve (2) ifadesi kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan bu savak katsayılarının genelleştirilebilmesi amacıyla Şekil 3 de gösterilen derinlik (h), savak katsayısı (Cs) ilişkisi araştırılmıştır. Şekil 3 den görüleceği üzere, savak yükü ile savak katsayısı arasında ikinci dereceden bir polinomial ilişkinin korelasyon katsayısı R2=0.86 olmaktadır. Bu ilişki kullanılarak farklı savak yükleri için savak katsayısı Cs belirlenebilir. Ölçülen savak yükleri ve bu denklem ile hesaplanan Cs‘ler (2) ifadesinde kullanılarak savak debileri (Qsav) belirlenmiş Tablo 1 üçüncü sütunda verilmiştir. Bu debi değerlerinin hız alan yöntemi ile hesaplanan debiler ile (7) ifadesi kullanılarak hesaplanan rölatif farkları Tablo 1 (8). sütunda gösterilmiştir. Bu değerlerden görüleceği üzere her bir ölçüm için farklar %10.6 dan küçük olmaktadır. Dört ölçüme ait ortalama mutlak fark %7.5 olarak belirlenmiştir.


Şekil 3 Ölçümlere ait derinlik savak katsayısı ilişkisi.

Ülkemizde birçok akım gözlem istasyonunda (AGİ) debiler anahtar eğrileri yardımı ile ölçülmektedir. Anahtar eğrisinin belirlenmesi amacıyla her bir ölçümdeki Qha debileri ile kanalda hız ölçümü yapılan kesitteki su yükseklikleri (H) arasındaki dağılım çizilerek Şekil 4’de verilmiştir. Ölçümlere ait anahtar eğrisini gösteren üstel dağılım (8) ifadesindeki gibi elde edilmiş olup bu ilişkiye ait korelasyon katsayısı R2 =0.99 olarak şekil üzerinde verilmiştir. Bu değerden anlaşılacağı üzere ölçümlere ait anahtar eğrisi ölçümleri çok iyi temsil etmektedir. Belirlenen anahtar eğrisi ile hesaplanan debiler Tablo 1’de (4). sütunda verilmiştir.

42.3)H(09.7Q (8) Bu debi değerlerinin hız alan yöntemi ile hesaplanan debiler ile (7) ifadesi kullanılarak hesaplanan rölatif farkları Tablo 1 (9). sütunda gösterilmiştir. Dört ölçüme ait ortalama mutlak fark %3.8 olarak belirlenmiştir.

Şekil 4 Ölçümlere ait savak üstü anahtar eğrisi.

Debi hesabında başvurulan en yaygın yöntemlerden biri (4) ifadesi ile gösterilen Manning denkleminin kullanılmasıdır. Laboratuvar kanalına yerleştirilen geniş başlıklı beton savak üzerindeki akıma ait Manning pürüzlülük katsayısı Chow (1959) da temiz

y = 96.27x2 - 16.79x + 1.54 R² = 0.86

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Cs

h (m)

y = 7.09x3.42 R² = 0.99

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

Qha

(m3 /

s)

H (m)


beton yüzeyler için tavsiye edilen n=0.012 değeri alınarak debiler hesaplanmıştır. Bu amaçla anahtar eğrisi hesabı için kullanılan su yüksekliği (h) ve savak genişliği (b=0.6m) dikkate alınmıştır. Denklem (4) de enerji çizgisinin eğimi olarak üniform akım kabulü ile kanal taban eğimi S=0.001 kullanılmıştır. (4) ifadesi yardımıyla hesaplanan Manning debileri (QMan) Tablo 1 (5). sütunda verilmiştir. Yine Tablo 1 (10). sütunda bu debilerin hız alan yöntemi ile hesaplanan debiler arasındaki rölatif farklar verilmiştir. Bu sütunda görüleceği üzere yine küçük debide fark biraz yüksek olmakta (%30.8) diğer debilerde ise rölatif farklar %5.5’in altında kalmaktadır. Dört ölçüme ait ortalama mutlak fark %10.7 olarak belirlenmiştir. Bu farkların yüksek çıkmasının nedeni savak üzerinde akımın üniform olmaması ve enerji çizgisinin eğiminin tam olarak belirlenememesi olduğu düşünülmektedir. Entropi yöntemi ile debi hesaplanması için ele alınan kesitte, ölçümlere ait U/umak oranının veya entropi parametresi, M’in belirlenmesi gereklidir. Bu amaçla her bir ölçüme ait ortalama hızlar (U) ve maksimum hız (umak) değerleri yardımı ile U-umak ilişkisi grafik halinde Şekil 5’de çizilmiştir. Grafikte yer alan doğrunun eğimi olan =0.86 değeri kullanılarak (5) ifadesi yardımıyla ölçümlere ait entropi parametresi M= 7.1 olarak hesaplanmıştır. Bu denklemin korelasyon katsayısı R2=0.92’dir. Ardıçlıoğlu ve diğ. (2004) cilalı laboratuvar kanalında 17 farklı akım durumunda yaptıkları çalışmada bu değeri =0.81 olarak belirlemişlerdir. Tablo 1’de, bilinen =0.86 oranı ve her bir akımda kanalın xhız=5.0m’sinde enkesit boyunca ölçülen hızlar içindeki maksimum değer (umak ) kullanılarak Qent değerleri hesaplanmış ve (6). sütunda verilmiştir. Yine hız alan debileri (Qha) ve entropi debileri (Qent) arasındaki rölatif farklar da Tablo 1, (11). sütunda gösterilmiştir. Bu değerler incelendiğinde tüm ölçümlerde hata oranlarının %4.3’ün altında olduğu, diğer yöntemlere göre entropi yönteminin daha iyi sonuç verdiği görülmektedir. Ele alınan dört ölçüme ait ortalama mutlak hata değeri ise %3.2 olarak hesaplanmıştır. Debi hesabında açık kanallar için entropi yöntemi kolaylıkla ve daha az ölçümle kullanılabilmektedir.

Şekil 5 Ölçümlere ait ortalama ve maksimum hızlar arasındaki ilişkisi.

y = 0.86 x R² = 0.92

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

U (m

/s)

umak (m/s)


Sonuçlar Açık kanal akımlarında debinin belirlenmesi amacıyla pratikte yaygın olarak kullanılan farklı yöntemlerin hassasiyeti incelenmiştir. Dört farklı akım şartında gerçekleştirilen ölçümlerde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

Elektromanyetik debi ölçerlerde sistemin bağlandığı boruda akım enkesitinin tam dolu akması ölçümlerin hassasiyeti bakımından gereklidir.

Hız alan yöntemi ile belirlenen debiler (Qha) referans olarak alındığında debi ölçer ile ortalama fark %5.1 olmaktadır.

Ölçümlere ait savak yükü ve katsayısı arasında polinomial bir ilişki gözlenmiştir. Bu savak denklemi ile belirlenen debiler Qha debilerinden ortalama %7.5 farklı olmaktadır.

Savak üzerindeki akıma ait anahtar eğrisi ile hesaplanan debiler Qha debilerinden ortalama %3.8 farklı olmaktadır.

Manning denkleminde pürüzlülük katsayısı n=0.012 alınarak hesaplanan debiler Qha debilerinden ortalama %10.7 farklı olmaktadır.

Kesite ait ortalama hız (U) ve maksimum hız (umak) oranı sabit olup eğim 0.86 ve entropi parametresi M=7.1 olarak belirlenmiştir. Bu sabit oran ve maksimum hızlar kullanılarak hesaplanan debiler Qha debilerinden ortalama %3.2 farklı olmaktadır. Bu değerden anlaşılacağı üzere entropi yöntemi ile debileri oldukça hassas belirlenebilmektedir.

Teşekkür Bu Çalışma Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından FYL-2015-5736 kodlu ve “Açık Kanallarda Geniş Başlıklı Savaklar Üzerindeki Akımın Deneysel ve Sayısal Modellenmesi” başlıklı proje kapsamında desteklenmiştir.

Kaynaklar Ardıçlıoğlu M., Şentürk A.İ., Seçkin G. (2004) Açık Kanal Akımlarında Hız Dağılımının Entropy Yöntemi ile İncelenmesi, XVII. Teknik Kongre ve Sergisi , YTÜ, İstanbul. Ardıçlıoğlu, M., Seçkin, G. ve Öztürk, Ö. (2005) Pürüzlü açık kanal akımlarında debi hesabı için entropi yönteminin kullanılması. Antalya Yöresinin İnşaat Mühendisliği Sorunları Kongresi Bildiriler Kitabı, Antalya. Ardıçlıoğlu M. (2006) Açık kanal akımı hız-debi ölçümleri. İMO Teknik Dergi, Ocak. Ardıçlıoğlu, M. and Özdin, S (2011) Determining agricultural water demand from natural streams using the entropy concept. African Journal of Agricultural Research, AJAR, 6 (6), 1330–1336.

Ardıçlıoğlu M., Özdin S. ve Gemici E. (2013) Küçük akarsu debilerinin belirlenmesinde farklı yöntemlerin karşılaştırılması. Bartın Üniversitesi, Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi, No:1, 45-64.


Bal H., Kırkgöz M.S. ve Gümüş V. (2011) Geniş başlıklı savak akımının deneysel ve sayısal modellenmesi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(2), ss. 33-45. Bos, M.G. (1989) Discharge measurement structures. Third revised edition. Publication 20. ILRI, Wageningen. Chiu, C. L. (1989) Velocity distribution in open channel flow. J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 115, No. 5. Chiu C.L. and Said, C.A. (1995) Modeling of maximum velocity in open-channel flow. J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 121, No. 1, 26-34. Chow, V. T. (1959) Open Channel Hydraulics, McGraw-Hill Book Co., New York. Hoseini S.H. and Afshar H. (2014) Flow over a Broad Crested Weir in subcritical flow conditions, Physical Study. Journal of River Egineering, Volume 2, Issue 1. U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation (1984) Water Measurement Manual. Water Resources Technical Publication, Third edition. Xia, R. (1997) Relation between mean and maximum velocities in a natural river. Journal of Hydraulic Engineering, 123 (8): 720-723.


Ilısu Barajı ve HES Projesi Dolusavak Havalandırıcısının Performans Değerlendirmesi

M. Cihan AYDIN, Cesur KAPLAN

Bitlis Eren Üniversitesi

Mühendislik-Mimarlık Fak. İnşaat Mühendisliği Bölümü

[email protected]

Öz

Ilısu barajı, kurulu gücü 1200 MW ve karşıdan alışlı 6 adet radyal kapaklı geniş bir dolusavağı olan büyük bir HES projesidir. Dolusavak genişliği 120 m ve kapak boyutları genişlikleri 15.0x16.0 m’dir. Boşaltım kapasitesi 14799 m3/s’tür. Türkiye’de kavitasyon riskine karşı “silika dumanlı” mineral katkılı beton ilk defa bu barajın dolusavağında kullanılmıştır. Ayrıca yine kavitasyon hasarından korunmak için dolusavak havalandırıcıları da yerleştirilmiştir. Bu bildiride, Ilısu Barajı dolusavak havalandırıcıların revize tasarımının performansı ve akım karakteristikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD=CFD) yöntemi ile belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla Ilısu Barajı dolusavağının 3B sayısal modeli hazırlanmış ve ANYSYS-Fluent programı kullanılarak kavitasyon riski oluşturabilecek debi değeri için sayısal analizi yapılmıştır.

Anahtar sözcükler: HAD, Dolusavak, Fluent, Solidworks, Nümerik analiz, Kavitasyon.

Giriş

Baraj dolusavaklarında, çok yüksek su hızları ve dolusavak şut kanalların üzerindeki düzensizliklerin oluşturduğu kavitasyon nedeniyle beton yüzeyinde geniş çaplı hasarlar meydana gelebilmektedir. Bu hasarlar zaman içinde dolusavağı kullanılmaz hale getirebilmektedir. Kavitasyon ile ilgili ilk ciddi çaba 1935’te Madden Barajı (Panama) üzerindeki hasarın rapor edilmesiyle başlanmıştır (Kells ve Smith, 1991). Genel manada, kavitasyon hasarlarının akım hızının 12-15 m/s değerleri arasında başlayabileceği, 30-40 m/s gibi daha büyük akım hızlarında ise dolusavak yüzeyini kavitasyon hasarından korumak için havalandırıcıların kullanılması gerektiği belirtilmektedir. Dolusavak şut kanallarındaki havalandırıcı özellikleri ile ilgili birçok çalışma yapmıştır. Pfister ve Hager (2010), 20-30 m/s den fazla akım hızlarında dolusavaklardaki kavitasyon hasarını incelemişlerdir. Chanson (1989) farklı dayanımlardaki beton yüzeylerde yürüttüğü deneylerle, kavitasyon başlangıcı ile ilgili detaylar sunmuştur. Russel ve Sheehan (1974), kavitasyon hasarını önlemek için gerekli hava konsantrasyonunu belirlemeye çalışmışlardır. Pinto vd. (1982) boyutsuz hava giriş oranı ile ilgili ilk yaklaşımı sunmuştur. Wood vd. (1983) dolusavak yüzeyinde gelişen sınır tabakası ve serbest yüzey havalandırması üzerinde çalışmalar yapmıştır. Kökpınar ve Gögüş (2002) havalandırıcılar için genel amaçlı ampirik bir bağıntı elde etmiş ve ayrıca fiziksel model verileriyle ile bazı prototip verilerini karşılaştırmak suretiyle deney ölçek etkilerini giderecek bazı bağıntılar elde etmişlerdir.


Nie (2001) yapay olarak pürüzlendirilmiş yüzeylerle kavitasyon hasarını önleme konusunda çalışmıştır. Kavitasyon hasarının belirgin şekilde gözlendiği Keban Barajı dolusavağında şut kanalı üzerindeki inşaat derzlerinin mansaplarında ve sıçratma eşiği profilinin mansabında hasarlar olmuştur (Abbasoğlu ve Okay, 1992). Rutschmann ve Hager (1990) çalışmalarında, akım parametreleri ve havalandırıcı geometrisi gibi tüm parametrelerin direkt olarak hava girişi üzerindeki etkilerinin dikkate alındığı “Direkt Yaklaşım” ve hava girişinin dolaylı olarak, jet uzunluğuna bağlı incelendiği “Dolaylı Yaklaşım” olmak üzere iki yaklaşım sunmuştur. Aydın (2006) alttan alışlı havalandırıcıların performansını üç boyutlu sayısal modellerle belirlemeye çalışmış ve uğraştırıcı matematik modeller kurmak yerine, CFD=HAD yazılımlarının kullanılmasının çok daha uygun olabileceğini belirtmiştir. Öztürk vd. (2005), Ilısu Barajındakine benzer fakat özellikle geniş dolusavaklar için daha etkin ve kullanışlı bir havalandırıcı modeli önermişlerdir. Ilısu Barajı dolusavağında Türkiye’de ilk defa kavitasyonu önlemek için silica (silis) dumanlı mineral katkı maddesi şut kanalı üst döşeme betonlarında (çimentonun % 15 oranında ) kullanılmıştır. Şut kanalında alınan beton numunelerinde 28 günlük basınç mukavemetinin 50 Mpa’a çıktığı durumlar oluşmuştur. Fakat bu durum şut kanalında çatlak oluşumunu arttırmıştır (Gündüz vd. 2013). Ayrıca dolusavak şut kanalında kavitasyon indeksi 0.25’den yüksek olmasına rağmen (teorikte 0.25’den büyükse havalandırıcı gerekmemektedir) 75 m arayla 5 adet havalandırıcı tasarımda kabul edilmiştir. Havalandırıcılar şut kanalı dış duvarlarından kanala bağlanmaktadır. Orta duvarlarda havalandırma bacası bulunmamaktadır. Ilısu Barajı dolusavağının ilk model deneyleri 1982 yılında yapılmıştır. İlk model deneyde 8 radyal kapak tasarlanmıştır. Ancak daha sonra yapılan tasarımda 6 radyal kapak uygun bulunmuş fakat tekrardan model deneyi yapılmamıştır. Bu bildiride Ilısu Barajı yeni tasarlanmış dolusavak havalandırıcısının, kavitasyon üretebilecek bir akım durumundaki havalandırıcı performansı sayısal analiz yöntemiyle belirlenmeye çalışılmış ve sonuçlar tartışılmıştır.

Ilısu Barajı Karakteristikleri

Ilısu Barajı ve HES Projesi elektrik amaçlı olup 1200 MW kurulu gücüyle Türkiye’deki hidroelektrik üretiminde 4. büyük baraj olacaktır. Dolgu hacmi olarak Atatürk Barajından sonra Türkiye’de 2. büyük barajdır. Önyüzü beton kaya dolgu (ÖBKD) baraj tipinde dolgu hacmi ve gövde kret uzunluğu bakımından dünyada 1.sıradadır. Ilısu Barajının tamamlanması ile yıllık 400 milyon dolarlık kazanç sağlanması beklenmektedir. Baraj Ana Gövdesi Gövde Tipi : Ön Yüzü Beton Kaplı Kaya Dolgu Gövde Hacmi : 23 762 850 m3

Rezervuar Hacmi : 10 410 hm3 Kret Kotu : 530.00 m Aktif Hacmi : 7 660 hm3 Kret Uzunluğu : 2 327 m Talveg Kotu : 400.00 Max. Su Kotu : 526.82 Gövde yüksekliği (Talvegden) : 130.00 m Normal işlet. su kotu :525.0 m Kret uzunluğu :2375 m


Temelden Yüksekliği :131 m Santral Santral Binası Boyutları : 180 m x 47 m x 56 m Ünite Debisi : 198,4 m3/s Ünite Kapasitesi : 200 MW Ünite Sayısı : 6 Adet Toplam Kurulu Güç : 1200 MW Yıllık Ort. Enerji Üretimi : 4,120 GWh Dolusavak: Tipi : Karşıdan Alışlı, Kontrollü Genişliği : 120 m Uzunluğu : 495 m Kapak Sayısı ve Tipi : 6 adet, Radyal Kapak Boyutları : 16 m x 15.88 m Deşarj Kapasitesi : 14 799 m³/s Şut Uzunluğu : 432.7 m Düşü Havuzu Boyutu : 70 m x 124 m Dolusavak yapısı eşik yapısı, şut kanalı, sıçratma eşiği-apron, düşü havuzu ve boşaltım kanalı olmak üzere 5 kısımdan oluşmaktadır.

Yöntem

Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (HAD) akımın bünye denklemlerini bilgisayar yardımıyla çözen bir yöntemdir. Birden çok fazdan oluşan akımlarda akımların sayısal çözümlemesinde sonlu elemanlar, sonlu farklar ve sonlu hacimler gibi yöntemler kullanılır. Sayısal Modelleme temelleri, Taylor’un bir nokta etrafında fonksiyon için yaptığı seri açılımına dayanır. Sonsuza giden seri açılımında fonksiyonun değerini hesaplamak için kullanılacak terim sayısı, elde dilecek sayısal çözüm denkleminin hassasiyet derecesini gösterir. Sayısal akışkanlar dinamiği çözümlemesinde kullanılan süreklilik denklemi ve doğrusal olmayan yüksek dereceden Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) diferansiyel denklemleri Taylor seri açılımı ile sayısallaştırılır. Sayısallaştırılan süreklilik denklemi ve RANS denklemi, akım geometrisini kapsayan ağda bulunan hücrelerin her biri için çözülür. Ardışık olan tekrarlanan çözüm, akım alanındaki kütle ve kuvvetler denkliğini sağlar. Genel olarak bir akımı çözmek için süreklilik denklemi, momentum denklemi ve yardımcı denklemlerin aynı anda çözümü gerekmektedir. 2-boyutlu bir akım için denklem sistemi indirgenerek çözülebilir. Ancak akım 3-boyutlu ve türbülans olduğu durumlarda denklem sistemini kapatan bir türbülans modeli sisteme eklenir. Ayrıca eğer akım açık kanal akımı şeklindeyse, su yüzeyinin yerini belirlemek için sisteme yüzey belirleme denklemi katmak gerekecektir. Eğer akım içinde dağılan bir başka madde varsa konsantrasyon denklemleri ile çözülür. Tüm bunlar göz önüne alındığında sayısal olarak modellenmek istenen akımın şartlarına göre yeni çözüm denklem sistemi ortaya koyup bu denklemlerin her biri ayrı ayrı sayısallaştırıp çözülerek sonuca ulaşılabilir. (Dündar, 2009) Hava-su gibi iki fazlı akımları modellemek için Ansys-Fluent yazılımının çok fazlı akım modellerinden faydalanılmıştır. Ansys-Fluent’te çok fazlı akımlar genelde, birincil faz sürekli ortam akışkanı, diğeri ise bu akışkan içine dağılmış olan ikincil faz olarak tanımlanır. Atmosfere serbest yüzeyli akımlar için bu durum, sürekli ortam akışkanı hava, ikincil faz ise su olarak alınabilir. Çok fazlı akımlarda sonlu eleman ağlarıyla


bölünmüş her bir hücre iki akışkanın belirli hacim oranlarıyla işgal edilir. ’q’ akışkanın hacim oranı için üç durum söz konusudur.

αq =0 ise k akışkanın hücresi boş, αq =1 ise k akışkanı hücreyi tamamen doldurmuş, 0< αq <1 ise hücre iki akışkanın ara yüzeyini içerir.

Bu bildiride ASYS-Fluent yazılımı yardımıyla Akışkan Hacimleri Oranı (Volume of Fluid, VOF) metodu kullanılarak dolu savak ve havalandırıcı akımı modellenmiştir. Bu yöntem daha önce birçok çalışmada kullanılmıştır. VOF metodu her bir faz için aşağıdaki momentum denklemini çözer.

jji

j

j

i

ij

sji

ij Fg

x

u

xu

xxP

uux

ut

)()()( (1)

Bu denklemde; ρ: akışkan yoğunluğu, u: hız vektörü, μ: dinamik viskozite, Ps: basınç, F: kütle kuvvetleri; qpm ve pqm : sırasıyla q‘den p’ye ve p’den q’ye faz geçişi, αq: q

fazının bir hücredeki hacim oranı (0≤ αq ≤1)’dır,q

S terimi varsayılan olarak sıfır alınır. (ANSYS-FLUENT, 2012). Yüksek hızlı dolusavak akımlarında türbülans etkisi dikkate alınmak zorundadır. Seçilecek türbülans modelin çözüm üzerine önemli etkisi vardır. Daha önce yapılan araştırmalar HAD çözümlemelerinde k-ε ve Reynolds Gerilmeleri Modeli (RSM) uygun sonuç verdiği fakat RSM’nin çözdüğü 7 denklem nedeniyle çok fazla işlem zamanı ve zorluğu nedeniyle birçok problemin çözümünde k-ε modelin tercih edildiği belirtilmektedir. Bu nedenle bu çalışmada da standart k-ε türbülans model kullanılmıştır. Sayısal analiz için toplam 120 m genişliğinde ve üç gözden oluşan Ilısu Barajı dolusavağının bir havalandırıcısını içeren 75 m’lik uzunluğundaki kısmı üç boyutlu olarak modellenmiştir. Hazırlanan üç boyutlu sayısal model Workbench programıyla 1.781.717 karma ağ elemana bölünmüştür. Çözümlerin yakınsaması ve doğruluğu için hava giriş olayının cereyan ettiği hava giriş kanalları ve bunların yüzeylerine yakın bölgelerde daha sık ağ seçilmiştir. Ağ kalitesi olarak minimum ortogonal kalite %5, maksimum şekil oranı ise (Max. Aspect Ratio) 55.7 olarak verilmiştir. Sayısal modelin 3B görüntüsü Şekil 1’de, çözüm ağının bir görüntüsü Şekil 2’de verilmiştir.

Şekil 1 Ilısu Barajı dolusavağının sayısal modelinin 3B görünüşü.


Şekil 2 Havalandırıcı ve dolusavak sayısal modelinin çözüm ağının görünüşü.

Sonuçlar ve Tartışma

Örnek bir çözüm olarak dolusavaktan geçecek 4320 m3/s lik debi dikkate alınarak, ortalama hız v=18 m/s, su derinliği h=2m dolayısıyla Froude sayısı Fr=4.06 için sayısal analiz yapılmıştır. Çözümlerin yakınsaması için yeterince uzun zamana bağlı çözüm yapılmış ve hata kalıntı terimleri 10-3’ün altına düşünceye kadar yakınsamalar kontrol edilmiştir. Giriş kısmında da belirtildiği gibi akım hızlarının 12-15 m/s’de kavitasyon olayının başlayabileceği dikkate alındığında verilen 18 m/s’lik bir akım hızı için kavitasyon riski olacaktır. Havalandırıcı performansları genelde hava debisinin su debisine oranı olarak ifade edilen hava giriş oranı (β) ve buna bağlı elde edilebilen ortalama hava konsantrasyonu (Co) ile belirlenir. Bu parametreler (2) ve (3) denklemlerinde sırasıyla verilmiştir.

(2)

1oC (3)

Akımın Fr=4.06 değeri için su debisi 4320 m3/s, havalandırıcı tarafından sağlanan toplam hava debisi ise 209 m3/s olarak elde edilmiş ve buna göre hava giriş oranı yaklaşık β=0.05 ve buna bağlı olarak Co= % 4.8 olarak hesaplanmıştır. Russel ve Sheehan (1974) malzeme testleri üzerine yaptığı çalışmada kavitasyon hasarını önlemek için %5 hava girişi sağlamanın yeterli olacağını belirtmiş, fakat konuyla ilgili çalışmaların çoğunda kavitasyon hasarından korunmak için yaklaşık olarak % 6-8 arasında hava konsantrasyonu gerektiği belirtilmektedir (Aydın 2005). Buna göre elde edilen hava konsantrasyonu alt sınır değere yakın elde edilmektedir. Özellikle Ilısu Barajı gibi geniş dolu savaklarda giren havanın dolu savak genişliği boyunca dağılımı da önemlidir. Şekil 3’de görüldüğü gibi havalandırıcı tasarımı iki adet bacadan oluşmaktadır. Birinci, mansaptaki baca sıçratma rampası tarafından oluşan jet altı boşluk ve tabana yerleştirilen oluk tarafından oluşturulan boşluğu beslemektedir. İkincisi, yani membadaki baca ise taban altına yerleştirilen ve genişlik boyunca belli aralıklarda oluğu besleyen hava kanallarını beslemektedir. Bu ikinci hava tertibatı özellikle kenardan beslenemeyen orta kesimlerin beslenmesi için etkili bir yöntem olarak gözükmektedir. Bu havalandırma tertibatları sayesinde Şekil 3’de görüldüğü gibi hava tüm genişlik boyunca tabana yayılmaktadır. Ancak oluk arkalarına yerleştirilmiş hava kanallarından çıkan hızlı hava nedeniyle bu hava kanallarının karşılığındaki


yerlerde daha fazla hava konsantrasyonu gözlenmiştir. Ancak bu durum sayısal çözümlerden de kaynaklanıyor olabilir.

Şekil 3 Dolu savak tabanındaki hava-su faz dağılımları.

Hava girişinin kaban genişliği boyunca dağılımını anlamak için jet altındaki bir çizgi boyunca basınç dağılımı Şekil 4.’de elde edilmiştir. Şekilde havalandırıcı üzerinde sıçrayan sun jeti altındaki dolusavak genişliği boyunca statik basınç değişimi verilmiştir. Grafikte x=0 havalandırıcı baca girişini, x=60 m ise dolusavağın tam ortasını temsil etmektedir. Şekilden de anlaşılacağı gibi hava girişine yakın bölgelerde statik basınç düşüşleri daha az ortalara doğru ise daha fazladır. Bu da ortalara doğru hava girişinin azaldığını ifade eder. Genişliğin x=40m den sonra dolusavağın ikinci (orta) gözü başlamaktadır. Buradan itibaren basınç farklarının azaldığı yani hava girişinin arttığı gözlemlenmiştir. Bunun sebebi orta gözdeki hava kanallarının daha geniş tasarlanmış olmasıdır ki bu iyi bir durumdur. Böylece dolusavağın ortalarına kadar yeterli hava girişi sağlanması amaçlanmıştır. Ancak yeni bir fikir olarak; eğer dolusavak boyunca kenarlardan ortaya doğru hava giriş kesitleri düzenli olarak arttırılmış olsaydı daha düzgün bir basınç dağılımı ve dolayısıyla daha üniform bir hava karışımı elde edilebilirdi.

Şekil 4 Havalandırıcı jet altındaki savak genişliği boyunca rölatif statik basınç değişimi


Şekil 5’de dolusavak tabanında oluşan statik basınç dağılımları görülmektedir. havalandırıcı rampasında su jetinin çarpması sonucu bu kısımda basınçlar aşırı artmakta, havalandırıcı mansabında hava oluğu içerisinde ise rölatif basınçlar sıfırın altına düşmektedir. Buradaki basınç seviyesinin düşmesi havalandırıcılardan doğal hava emilmesini ve akıma karışmasını sağlar. Hava oluğunun mansabındaki yüksek basınç bölgesi ise su jetinin tekrar dolusavak tabanıyla birleştiği bölgeyi yani çarpma bölgesini temsil eder. Şekil 6’da ise simetri kesiti olan orta duvarda statik basınç profili gözükmektedir. Rampanın hemen başındaki ve su jetinin çarpma noktasındaki yüksek basınç bölgeleri açık bir şekilde görünmektedir.

Şekil 5 Dolu savak tabanındaki basınç kontürleri (Pa) (V= 18m/s, h= 2.0m, Fr=4.06).

Şekil 6 Simetri kesitindeki statik basınçlar.

Şekil 7’de havalandırıcı üzerinde ve dolusavak üzerinde oluşan serbest yüzeyli akımı durumu gösterilmektedir. Bu şekilde su jetinin havalandırıcı üzerinde yükseldiği ve daha sonra tabana birleşerek akımın hava karışımlı olarak dolusavak şut kanalı boyunca devam ettiği görülmektedir. Bu sonuçların gerçek akımla benzeşmesi simülasyonun fiziksel olarak gerçekleştiği anlamına da gelebilir.


Şekil 7 Su yüzeyindeki hız kontörleri.

Sonuç ve Öneriler 1. Dolu savak döşeme betonlarında ilk defa silika katkılı beton kullanılmıştır.

Ancak silika katkılı betonun kullanılmasının yeterli olmadığı yapılan örnekte görülmüştür. Bazı önemli barajlarda dolu savak ve benzeri yapılarda silika dumanı kullanılarak aşınma, erozyon ve kavitasyon etkileri gibi hasarların oluşması büyük ölçüde önlenerek uzun ömürlü su yapıları inşa edilebilmektedir. Silika oranı çimento yüzdesinin % 15 kullanılması sonucu çatlaklar gözlenmiştir. Dolayısıyla silika oranı çimentonun %10’unu geçmemelidir. Dolusavak döşemelerinin tamamında pahalı bir malzeme olan silis katkısı kullanılmıştır. Fakat betonunun tamamında silis katkılı beton kullanmaktansa sadece üst yüzeydeki 20 cm gibi bir kalınlıkta kullanması yeterli ve daha ekonomik bir çözüm olurdu.

2. Ilısu Barajı dolu savağının ortalama akım hızı 18 m/s, su derinliği h=2 m ve Fr=4.06 için akım ve havalandırma durumu 3B sayısal modelle incelenmiştir. Çözüm metodu olarak hacim oranları (VOF) metodu ve k-ε türbülans model kullanılmıştır.

3. Sayısal analiz sonuçlarından akıma karışan hava konsantrasyonu %4.8 olarak elde edilmiştir. Bu değer literatürde kavitasyon hasarını önlemek için verilen gerekli minimum ortalama hava konsantrasyonunun biraz altındadır.

4. Oldukça geniş olarak tasarlanmış dolusavak şut kanalının orta bölgelerinin havalandırılması için düşünülmüş ek hava bacası ve kanallarının orta açıklığa hava sağlamada başarılı olduğu görülmüş ve tüm şut kanalı genişliği boyunca havanın dolusavak tabanına dağıtıldığı görülmüştür.

5. CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) modellemesiyle aynı ölçekle çalışıldığından ölçek etkileri beklenmeyecektir. Ayrıca ekonomiklik, zaman, esneklik, ve kolaylık açısından, HAD analizleri fiziksel model deneylerine göre göre daha avantajlıdır. Ancak yine de fiziksel modellerle birlikte kullanılması tavsiye edilmektedir.

6. Farklı Froude sayılarında sayısal analizlerin yapılıp çıkan çözümlerin sonuçları mümkünse deneysel ve hatta prototip sonuçlarla karşılaştırılmalıdır. Bazı deneysel veya prototip sonuçlarıyla kalibre edilmiş sayısal yöntemlerle deneylere göre daha fazla ve detaylı sonuçlar alınabilir. Ancak özellikle küçük ölçekli deneylerde önemli ölçek etkileri beklenmelidir.

7. Ülkemizde yeterli düzeyde havalandırıcılar konusunda araştırma yapılmadığı, bu konuda yeterli kriter geliştirilmediği ve yapılan tasarımların genelde bilimsel bir


tabanının olmadan kaba yaklaşımlarla yapıldığı görülmektedir. Bu konuda yapılan deneysel çalışmaların zorlukları ve ölçek etkileri nedeniyle havalandırıcı tasarımlarında fiziksel modeller, diğer hidrolik problemler kadar etkili olamayabilir. Bu nedenle doğruluğu test edilmiş sayısal yöntemlerin havalandırıcı tasarımında kullanımı faydalı olabilmektedir.

1) Ilısu Barajının önceki tasarımında fiziksel model çalışması yapılmasına rağmen yeni tasarımının fiziksel model deneyleri yapılmamış ve uygunluğu tam olarak kontrol edilmemiştir. Ayrı bir çalışmada bu barajın havalandırıcılarının, mevcut sonuçlarla kalibre edilmiş sayısal model çalışmasıyla detaylı olarak incelenmesi düşünülmektedir.

Kaynaklar

Abbasoğlu, C. and Okay G. (1992) The remedial structures on the spillways of Keban dam, Water Power and Dam Construction, Dec., s22-27.

Aydın, M.C. (2005) Alttan Alışlı Dolusavak Havalandırıcıların CFD Analizi. Doktora Tezi. Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.

Chanson, H. (1989) Flow downstream of aerator spacing, Journal of Hydraulic Research, 27, No.4, 519-536.

Dündar, O. (2009) Dolusavak akımlarının Modellemesinde Sayısal Hesaplama Yönteminin Güvenli Kullanımı, ANKARA

Gündüz, İ., Caferoğlu Ö., Yenimol S., (2013) Silis Dumanlı Beton Uygulaması. 43. Devlet Su İşleri Yayınları, MARDİN

Kells, J.A., Smith, C.D., (1991) Reduction of cavitation on spillways by induced air entrainment, Canadian Journal of Civil Engineering,18,No.3,358-377.

Kökpınar, M.A. ve Göğüş M. (2002) High-speed jet flows over spillway aerators, Canadian Journal of Civil Engineering, Dec.29, No.6,885-898.

Nie, M.X. (2001) Cavitation prevention with rouughened surface, Journal of Hydraulic Engineering, Dec.29, No.6, 885-898.

Ozturk, M., Aydin M.C., Aydin S. (2005) Damage Limitation - A New Spillway Aerator, Water Power and Dam Construction, 60(5), 36-40, 2008.

Pfister M., Hager W.H. (2010) Chutu Aerators I: Transport Characterictis, Journals of Hydraulıc Engineering. ASCE. 136:352-359.

Pinto, N.L. De S., Neidert, S.H. and Ota JJ. (1982) Aeration at high velocity flows. Water Power and Dam Construction, 34, No.2, 34-38, 34, No.3, 42-44

Russel, S.O., Sheenan G.J. (1974) Effect of entrained air on caevitation damage, Canadian Journal of Civil engineering, Vol.1,97-107.

Rutschmann P, Hager W.H. (1990) Air entrainment by spillway aerators, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 116, No.6, 765-782.

Wood, I.R, Ackers P, Loveless J, (1983) General method for critical point on spillways, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE,109, No.2, 308-312


Taşkın Yatağında Bulunan Bitki Örtüsünün Akıma Etkisinin Sayısal Yöntemler İle İncelenmesi

Birol Atay İller Bankası Teftiş Kurulu Ziya Gökalp Cad. No:19, Kızılay-Ankara


Önder Koçyiğit

Gazi Ünv. Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Böl. 06570 Maltepe-Ankara Tel: (312) 582 32 12


Öz

Taşkın esnasında koruma amaçlı önemli bir rol üstlenen taşkın yataklarında ve ana yatakta bulunan bitki örtüsünün, akımı oldukça önemli derecede etkilediği değerlendirilmektedir. Taşkın yatağında bulunan bitki örtüsünün akımı hangi ölçüde ve değişik akım şartları altında nasıl etkilediği deneysel açıdan birçok çalışmada irdelenmiştir. Fakat deneysel çalışmalar bazı avantajlarının yanı sıra, ölçek, zaman ve maliyet açısından bazı sorunları içerebilmektedir. Gelişen bilgisayar teknolojisi ile birlikte yüksek hesaplama gücüne sahip bilgisayar modellerinin konu ile ilgili çalışmalara önemli katkıda bulunacağı düşünülmektedir. Bu nedenle bu çalışma ile literatürde mevcut deneysel çalışmaları destekleyici bir sayısal modelleme çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu amaç için Flow-3D programı kurularak taşkın yatağında bitki örtüsü içeren durumlar için elde edilen akım hızları literatürde mevcut bir deney kanalından elde edilmiş akım hızları ile karşılaştırılmıştır. Taşkın yatağında bitki örtüsü bulunması durumunda elde edilen sayısal model sonuçlarının deneysel sonuçlarla oldukça uyumlu olduğu görülmüştür. Bu nedenle değişik akım ve fiziksel şartlar için sayısal modellerin kullanımı ve araştırma geliştirme çalışmalarının devam ettirilmesi gerekmektedir.

Anahtar sözcükler: Taşkın Yatağı, Bitki Örtüsü, Modelleme, Akım, Flow-3D.

1.Giriş ve Amaç Bitki örtüsü oluşumu doğal akarsularda sıklıkla karşılaşılan sorunlardan birisidir. Bu oluşum, kendiliğinden zamanla büyürken akarsudaki akımda bazı yapısal değişikliklere de neden olur. Örneğin, sulama veya enerji üretmek maksadıyla kullanılan açık kanallarda iletilen suyun tabanından veya şevlerinden yetişen bitkiler kanalda taşınan suyun önünde engel teşkil ettiği için akışın hızını etkiler. Bu olumsuz etki ile açık kanalın öngörülen verimliliğinde bir miktar düşüş meydana gelebilmektedir.


Taşkın kontrolü amaçlı yapılacak olan projelerde, akarsuyun ana yatağındaki, taşkın yatağındaki ve şevlerindeki debileri etkileyen bir faktör olarak bitki örtüsünün, taban direncinin, pürüzlülüğün, üniform olmayan çevrintili akımların, kısacası akıma rahatsızlık veren her türlü engelin debi üzerindeki etkilerinin incelenmesi gerekmektedir (Altun, 2007). Özbek (2009), bu konuda yapılan çalışmalar ve doğada yapılan gözlemler sayesinde akarsu yatağında ağaçlık veya çalılık (büyük bitki örtüsü) içeren kesimlerde geometrik içerikli bileşik kanalların ayırım (girişim) alanında olduğu gibi, çevrinti oluşumundan dolayı etkili kütle ve momentum transferinin söz konusu olduğunu belirtmiştir. Bu büyük türbülans hareketi, bitki örtüsü bulunmayan ana yatakta akımı önemli ölçüde engellemekte ve daha yavaş bir akım oluşumuna neden olmaktadır. Trapez kesitte ve diğer geometrik kesitlerde yapılan araştırmalar; aynı şartlar altında (aynı akım derinliği ve eğimde) bitki örtüsü bulunan doğal bir yatakta, bitki örtüsüz durumdaki debiye göre yaklaşık % 40 kadar azalma olduğunu göstermiştir (Özbek, 2009). Yukarıda belirtilen etkilerin yanı sıra, bitki örtüsü kullanımı kanalda erozyonun önlenmesi açısından kullanılan biyo-mühendislik tekniklerinden birisidir (Steven ve diğ. 1986). Erozyonu önlediği için sediment kontrolünde diğer yöntemlere göre tercih edilebilir. Bitki örtüsü ayrıca, düşen yağmur sularının hızını kesmesi, yüzey akış hızını azaltması, zemine etki eden rüzgar ve zararlı güneş ışınlarını engellemesi nedeniyle de tercih edilebilir. Bitki örtüsünün akım direnci açısından incelenmesi amacıyla araştırmacılar iki ve üç boyutlu modeller konusunda çalışmalar yapmaktadır. Örneğin Hirschowitz (2006); Kramer ve Jozsa (2006) iki boyutlu model üzerinde çalışmış araştırmacılardır. Diğer yandan kullanıcı ara yüzü gelişmiş iki-üç boyutlu programların gelişimi hızla devam etmektedir. Örneğin; Flow-3D, River-2D, ANSYS-CFX, FLUENT, HEC-RAS, MIKE, ECOMSED, DIVAST vb. Bu modelleme programlarının avantajı kullanıcının kolaylıkla sınır şartlarını tanımlayabilmesi ve uygulanacak alanda farklı türbülans modellerinin sınanabilmesidir. Böylece kullanıcı akım üzerinde birden fazla parametrenin etkisini araştırabilmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmada için Flow-3D bilgisayar programı kullanılarak açık kanal akımı içerisinde yer alan bitki örtüsünün akım yapısına etkisi incelenmiştir. 1.1.Önceki Çalışmalar Bitki örtüsü bulunan kanal içerisinde akımdaki ortalama momentum, türbülans, vb. özelliklerin genellikle iki bölgeli olarak incelendiği görülmektedir. Bu bölgeler üst ve alt boylamsal değişim alanı olarak adlandırılmaktadır (Nepf ve Vivoni, 2000). Nehirlerdeki bitki örtüsü, nehir çevresini restore etmekte ve geliştirmekte de önemli rol oynarlar. Ancak, araştırmalarda genellikle bölgede bulunan bitki örtüsü kullanıldığından araştırma sonuçlarının genel geçerliliği kısıtlı kalmaktadır. Örneğin; Rhee ve diğ. (2008) tarafından yapılan deneylerde, Kore’de yetişen üç farklı doğal bitkinin (Zoysia matrella, Pennisetum alopecuroides Spreng ve Phragmites communis Trin) akım direnci üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bitki örtüsü içeren kanallardaki düşey hız profilini matematiksel olarak belirlemek amacıyla çeşitli dağılımlar önerilmiştir. Bunlar; (1) homojen hız dağılımı, (2) karışım


tabakası analojisi ve bir hiperbolik tanjant profili, (3) sınır tabaka yaklaşımı ve bir logaritmik profil, (4) girdap fonksiyonu yaklaşımı olarak dört farklı yaklaşımda özetlenebilir. Nikora ve diğ. (2013) ise bu dört yaklaşımın doğrusal süperpozisyonunu kullanarak bir matematiksel model önermişlerdir. Akarsu yataklarında rastlanılan bir diğer durum ise askıda bulunan bitki örtüsünün kanal hidrolik özelliklerine etkisidir. Huai ve diğ. (2012), kanal tabanından su yüzeyine kadar akım bölgelerini; bitkisiz temel tabakası, iç bitki örtüsü tabakası ve üst bitki örtüsü tabakası şeklinde düşey olarak üç kısımda incelemiştir. k–ε modeli ve iki-katmanlı modellerin rijit bitki içeren akımlardaki başarılı sonuçları bir çok sayısal simülasyon ile test edilmiş, deneysel veriler ile her iki modelin sonuçlarının kıyaslanması bitki örtülü kısımda ve üzerinde oldukça isabetli düşey hız profilleri ve kayma gerilmeleri ürettiğini göstermiştir (Defina ve Bixio, 2005). Bu nedenle bu modellerin kullanılması bitkisel direncin ve diğer hidrolik özelliklerin değerlendirilmesi için uygun görülmektedir.

2.Deneysel Veriler Dorcheh (2007) değişik geometrik planda açık kanal içerisine yerleştirilmiş rijit bitkilerin akıma etkisini farklı bitki yoğunlukları ile sınayarak deneyler gerçekleştirmiştir. Deneylerde ana parametre hız ölçümleridir. Söz konusu deneysel çalışmada bileşik kanal, dikdörtgen kanal ve geniş dikdörtgen kanal olmak üzere üç farklı kesit kullanılmış ve bu kanalların içerisine, çok yoğunlukta, orta yoğunlukta, az yoğunlukta olmak üzere üç farklı yoğunlukta bitki örtüsü konumlandırılmıştır. Bitki gövdesini temsilen dairesel kesitli silindirik çubuklar yerleştirilmiştir. Dorcheh (2007) deneylerini Cardiff Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarında bulunan 1/1000 yatak eğimli, 1,2 m genişliğinde, 10 m uzunluğunda ve 0,30 m derinliğinde, bileşik kanal ile 40 cm derinliğe sahip bir dikdörtgen kanalda gerçekleştirmiştir. Deneylerde kullanılan açık kanalın plan görünüşü ve bu çalışmada karşılaştırması yapılan taşkın yataklı bileşik kesit ve bitki gövdesini temsil eden çubukların yerleşimi sırasıyla Şekil 1 ve Şekil 2’de gösterilmiştir. Bileşik kesitli kanal, ana kanal genişliği 40 cm ve taşkın yatakları 40 cm olan simetrik olarak inşa edilmiştir. Bitki gövdesi modeli için kullanılan ahşap rijit çubukların çapları 2,4 cm, yükseklikleri ise 18 cm olarak tasarlanmıştır. Çubuk yoğunlukları (λ) ise aşağıdaki eşitlikle belirlenmektedir;

yx aa . (1)

Burada, φ= çubuk çapını (m), ax= akış yönündeki çubuklar arası mesafeyi (m), ay= akış yönüne dik çubuklar arası mesafeyi (m) simgelemektedir. Çubuk yoğunlukları (λ) ile ilgili bilgiler Tablo 1’de özetlenmiştir. Yürütülen deneylerde bileşik kesitli kanallar için 15,0 l/s, dikdörtgen kesitli kanal için ise 6,5 l/s sabit debilerde çalışılmıştır.


Şekil 1 a)Bileşik kanal kesiti (ölçüler cm), b)Kanal Plandan görünüş (ölçüler m) (Dorcheh, 2007)

Şekil 2. Kanalda dört farklı çubuk yerleşimi: (a) yüksek yoğunluklu, (b) orta yoğunluklu, (c) düşük yoğunluklu, (d) bitkisiz (Tüm ölçüler cm cinsindendir)

(Dorcheh, 2007)


Tablo 1 Dört farklı yerleşime ait veriler (Dorcheh, 2007)

Yoğunluk (m-1) ax (cm) ax (cm)

Yüksek 0,004 10 6 Orta 0,002 10 12

Düşük 0,001 20 12 Bitki Örtüsüz - - -

3.Sayısal Model 3.1.Flow 3D programı Flow-3D, genel amaçlı hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yazılımıdır. Büyük ölçekli, çok katmanlı akış problemlerinin üç boyutlu simülasyonunu elde etmek amacıyla hareket denklemlerinin çözümü için özel geliştirilmiş sayısal teknikleri uygulamaktadır. Akışkan hareketleri doğrusal olmayan, ikinci dereceden diferansiyel denklemler ile tanımlanmıştır. Bu çalışmada çözülen denklemler süreklilik ve momentum denklemleri olarak adlandırılan diferansiyel denklem takımlarıdır. Modelde kullanılan kütlenin korunumu (süreklilik) denklemi;

SOR

zyx

RwA

zvA

yuA

x

(1)

şeklindedir. Burada u,v,w kartezyen koordinatlarda sırasıyla x,y,z yönlerindeki hız bileşenlerini, ρ suyun yoğunluğunu, Ax, Ay, Az, sırasıyla x,y,z yönlerinde akımın alansal oranını, RSOR sistemde olabilecek ek kaynak terimini ifade etmektedir. Momentum denklemi

swF

SORzzzzyx

F

swF

SORyyyzyx

F

swF

SORxxxzyx

F

wwwV

RbfG

zp

zw

wAyw

vAxw

uAVt

w

vvvV

RbfG

yp

zv

wAyv

vAxv

uAVt

v

uuuV

RbfG

xp

zu

wAyu

vAxu

uAVt

u

11

11

11

(2)

eşitlik grubundan oluşmaktadır. Bu eşitliklerde VF akımın hacimsel oranını, p basıncı, Gx,Gy,Gz yerçekimi etkisi ile oluşan ivmelenmeyi, fx,fy,fz viskoz etkiler ile oluşan ivmelenmeleri, bx,by,bz gözenekli ortamlarda akım kayıplarını ve kaynak terimindeki geometrik bileşeni, uw,vw,ww, kaynak olması durumunda hız bileşenlerini, us,vs,ws kaynağın yüzeyindeki hız bileşenlerini ifade etmektedir. Bu terimlerin daha detaylı açıklamaları Flow-3D, User’s Manual (2012) da bulunabilir. Akım denklemlerini çözmek için sayısal bir yönteme ihtiyaç vardır. Flow-3D programı çözüm yöntemi olarak “aşamalı sonlu hacim” yöntemini kullanmaktadır (Flow-3D, User Manual). 3.1.1.Türbülans Modelleri Türbülans, akışkanın hareket halindeki düzensizliği olarak tanımlanabilir. Yüksek Reynolds sayılarında, akım içerisinde meydana gelen bu kararsızlıklardan dolayı çeşitli


büyüklüklerde girdaplar oluşabilir. Flow-3D programında beş farklı türbülans modeli bulunmaktadır. Bunlar:

Tek denklem, türbülans enerji modeli İki denklem, k–ε modeli RNG (Re-Normalisation Group) modeli Prandtl karışım mesafesi modeli Geniş girdap simülasyonu (LES, Large Eddy Simulation)

Bu çalışmada, RNG türbülans modeli kullanılmıştır. 3.2.Çözüm Ağı Sayısal model çözümünün ilk aşaması çözüm ağı(mesh) oluşturulmasıdır. Çözüm ağı, bir dizi temel eleman veya hücrelerin birbirine bağlanması ile oluşmaktadır. Bu hücreler, fiziksel mekanı çeşitli düğüm noktalarında komşu hücrelerle ilişkili olacak şekilde daha küçük hacimlere bölmektedir. Düğümler, basınç, sıcaklık ve hız gibi bilinmeyen değerleri depolamak için kullanılır. Çözüm ağı, orijinal fiziksel alanın yerine kullanılan etkili sayısal alandır. Programda bazı ön kabullerin seçilmesi gerekmektedir. Örneğin modelde kullanılacak sıvıların sıkıştırılabilirliği, ölçü sistemi seçimi, hesaplamalarda hassasiyet derecesi, çalıştırma süresi, etki eden yer çekimi kuvvetleri ile viskozite ve türbülans modeli gibi temel konular hesaplamalar başlatılmadan önce karar verilmesi gereken ön bilgilerdir. Flow-3D programı ile farklı malzemeler, sınır şartları ve türbülans modelleri seçilerek çözüm yapılabilmektedir. Kullanılacak malzeme ve sıvılar programın kendi kütüphanesinden seçilebilir. Bu çalışmada 20C sıcaklıktaki su akışkan olarak seçilmiştir. Akışkana ait parametrelerde değişiklikler de yapılabilmektedir. Modelde, debi (volume flow rate), çıkış (outlet), duvar (wall), basınç (specified pressure), hız (specified velocity), simetri (symmetry) gibi sınır tipleri, dikdörtgenler prizması hacmin yüzeylerinde tanımlanmaktadır. Akışkan hareketleri için RNG türbülans modeli kullanılmıştır. Katı elemanlar için “solid”, boşluklar için uygun yerlerde “hole” seçilerek geometri oluşturulmuştur. Ayrıca bileşik kanal kesiti ve bitkiyi temsil eden silindirik çubuklar için AutoCAD programı aracılığıyla “.stl” formatında oluşturulan katı cidarlar önceden tasarlanmış ve program içerisine taşınmıştır. Giriş sınır koşulu olarak, bileşik kesitli kanal için 15 l/s, dikdörtgen kanal için 6,5 l/s sabit debi girişi belirlenmiştir. Çıkış sınır koşulu olarak sabit basınç belirlenmiştir. Kanal tabanı ve yan duvarlar için duvar sınır şartı kullanılmıştır. Başlangıç koşulları için ise bileşik kanalda 25 cm, dikdörtgen kanalda ise 26 cm su yüksekliği tanımlanmıştır. Bu şartların girilmesinin ardından çözüm başlatılabilmektedir. Çözüm ağı için, bileşik kesitli kanalda 2.388.317 adet, dikdörtgen kanalda ise 713.680-2.106.940 adet hücre kullanılmıştır.

4.Sonuçlar Deneylerden elde edilen noktasal hız ölçümleri ve Flow-3D programından hesaplanan hız değerleri mukayese edilmiştir. Şekil 3’te gösterilen nokta ve düzlemlerde kaydedilen


deney sonuçları ile Flow-3D programından elde edilen hız değerleri kıyaslanmıştır. Farklı yoğunluklarda bitki örtüsü içeren bileşik kesitli kanal için, kesitin ekseninden kanal kenar duvarına doğru derinlik ortalamalı hız değerlerinin profilleri (Şekil 4-a, 4-b, ve 4-c) ile kıyaslama yapılırken, dikdörtgen kesitli kanalda akış yönündeki hızın akım derinliği boyunca elde edilen profilleri (Şekil 5) ile karşılaştırma yapılmıştır. Hız ölçümleri kanal derinliği boyunca 25mm aralıklarla kaydedilmiştir. Hız ölçümlerinde kanal tabanına en yakın nokta olarak, ana kanal tabanından 15 mm, taşkın yatağı tabanından ise 5 mm uzaklıktan ölçümler elde edilebilmiştir. Bu noktadan sonra yapılan ölçümler 25 mm aralıklarla su yüzeyine kadar (Örneğin, 5, 25, 50, 75, …, 260 mm) derinliklerde gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları ile Flow-3D programında hesaplanan hız değerleri karşılaştırıldığında genel olarak uyumlu bir profil gözlenmektedir. Bileşik kesitli kanalda, ana yataktan taşkın yatağına doğru ilerlerken deneysel hız ölçümleri ile Flow-3D programı ile hesaplanan hız değerleri arasında bazı farklılıklar gözlenmektedir. Bu fark özellikle yüksek yoğunluklu bitki örtüsü içeren kesitte kendini göstermektedir. Ana yatak ile taşkın yatağı arasındaki momentum transferinin bu farkın oluşmasında en büyük etken olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte genel olarak Flow-3D programının kanal içerisinde oldukça karmaşık bitki örtüsü içeren akım durumunu modellemede başarılı olduğu söylenebilir.

Şekil 3. Dorcheh (2007) deney sonuçları ile Flow 3D hesaplarının kıyaslandığı nokta ve

düzlemler (Şekil üzerindeki ölçüler cm olarak verilmektedir.)


(a)

(b)

(c)

Şekil 4. Bileşik kesitli kanallarda deneysel ve sayısal çözüm ile hesaplanan derinlik

ortalamalı hız profilleri.


Şekil 5. Dikdörtgen kesitli kanal durumu için deneysel veriler ile sayısal çözümden hesaplanan akış yönündeki hız profillerinin akım derinliği boyunca karşılaştırılması.

Kaynaklar Altun, Ö. (2007). Bitki örtüsü içeren bileşik kesitli kanallarda kapasite tayini yaklaşımlarının model deneylerine göre irdelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Türkiye. Defina, A. and Bixio, A.C. (2005). Mean flow and turbulence in vegetated open channel flow. Water Resources Research, Vol. 41, pp. 1-12. Dorcheh, S. A. M. (2007). Effect of rigid vegetation on the velocity, turbulence and wave structure in open channel flows, PhD Thesis, Cardiff University, U.K. Flow-3D, User’s Manual, Tutorials, Flow Science INC.


Hirschowitz, P. M. (2006). The effect of vegetation zones on adjacent clear channel flow. M.S. Thesis, University of Witwatersrand, South Africa. Huai, W., Hu, Y., Zeng, Y., and Han, J. (2012). Velocity distribution for open channel flows with suspended vegetation. Advances in Water Resources, Vol. 49, pp. 56-61. Krámer, T. and Józsa, J. (2006). River Flow 2006. Taylor & Francis Group, Londra, İngiltere. Nepf, H. M. and Vivoni, E.R. (2000). Flow structure in depth-limited, vegetated flow. Journal of Geophysical Research, Vol. 105, No. C12 pp. 547-557. Nikora, N., Nikora, V., and O’Donoghue, T. (2013). Velocity profiles in vegetated open-channel flows: combined effects of multiple mechanism. Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 139, pp. 1021-1032. Özbek, T. (2009). Açık Kanal Akımlarının Hidroliği ve Hidrolik Yapılar. Ankara: Teknik Yayınevi, pp. 50-61. Rhee, D. S., Woo, H., Kwon, B. A., and Ahn, H. K. (2008). Hydraulic resistance of some selected vegetation in open channel Flows. River Research and Applications, Vol. 24, pp. 673-687. Steven, J.G., Jackson, K., and Brusztynsky, T.A. (1986). Erosion and Sediment Control Handbook. A.B.D.: McGraw-Hill Company.


Akarçay Sinanpaşa Alt Havzası Akım Verilerinin Yağış Parametresine Bağımlılık Haritası

Yılmaz İÇAĞA, Emin TAŞ Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi A. N. S. Kampüsü

Afyonkarahisar/Merkez 03000 Tel: 0(272) 228 14 23

E-Posta: [email protected], [email protected]

Öz Bu çalışmada Akarçay Havzası Sinanpaşa Alt Havzası'nda aylık toplam akım verileri ile aylık toplam yağış verileri arasındaki ilişki 3 tanesi akım gözlem istasyonu olmak üzere toplam 7 adet gözlem istasyonu verileri kullanılarak ortaya konmuştur. Daha sonra verilerin istatistik özellikleri belirlenmiş, bütün veri setlerinin normal dağılımlı olduğu görülmüştür. Normal dağılımlı veriler korelasyon analizine tabi tutularak akış-yağış değişkenleri arasındaki bağımlılıklar belirlenmiştir. Gözlem istasyonları bazında elde edilen noktasal ilişki değerlerinin jeoistatistik bir yöntem olan Kriging yöntemiyle bütün havzayı kapsayacak şekilde alansallaştırılması Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımı olan ArcGIS 10.3 aracılığıyla yapılmıştır. Ortaya konan alansal ilişki; arazi örtüsü, hidrolojik toprak grubu ve eğime bağlı olarak elde edilen akış katsayısı değerleriyle karşılaştırılarak bu çalışmada uygulanan yöntemin başarısı sınanmıştır. Elde edilen bağımlılık haritasının, akış katsayısı ve taşkın gecikme süresi gibi yüzeysel suyun alansal dağılımının önemli olduğu çalışmaların hassasiyetinin arttırılmasında faydalı olacağı düşünülmektedir. Anahtar sözcükler: Akarçay, Sinanpaşa Alt Havzası, Korelasyon analizi, Yağış-akış ilişkisi, Kriging yöntemi, Coğrafi Bilgi Sistemi.

Giriş

Bir yüzeysel su kaynağı yağıştan, yeraltı suyundan yada başka bir yüzeysel su kaynağından beslenir. Yeraltı suları da yağışın toprağın altına sızmasıyla oluştuğu için ana kaynak yağıştır. Dolayısıyla yüzeysel su kaynağı ve yağış miktarı arasında güçlü bir ilişki mevcuttur. Bu bağlamda en küçük doğal birimler olan havzalar bazında su kaynaklarının entegre bir şekilde planlama ve yönetimi için diğer parametrelerle ilişkilerinin ortaya konulması hidrolojik sistemin tanımlanması ve çözümlenmesi açısından gereklidir. Yeraltı suyundan daha kolay erişilebilir olması bakımından yüzeysel sulardan çeşitli amaçlar doğrultusunda faydalanmak insanoğlu için hayati önem derecesindedir. Yağış akış ilişkisinin ortaya konması hidrolojik döngünün bir ayağının bir ölçüde tanımlanmasını sağlayacaktır. Akarçay'ı oluşturan ana kollardan biri olan Aksu Deresi'nin yağış alanının çoğunu ve Akarçay Havzası'nın neredeyse en fazla yağış alan kısımlarını kapsayan Sinanpaşa Alt Havzası'nda akışın yağışla ilişkisinin istatistiksel olarak incelenmesi; taşkın analizi,


hazne işletmesi gibi çalışmaların yanında tarımsal faaliyetler açısından bölgede önemli bir yeri olan Sinanpaşa Ovası sulama planlaması için de önemlidir. Akım ve meteoroloji gözlem istasyonları bazında kurulan noktasal ilişkinin çeşitli yöntemlerle alansal enterpolasyonu ile gözlem verisi bulunmayan alanlar için de bu ilişkinin tanımlanması akış katsayısı ve taşkın gecikme süresi gibi çalışmalar için oldukça önemlidir. Bu çalışmada doğruluğu açısından literatürde oldukça kabul görmüş bir jeoistatistik yöntem olan Kriging yöntemi kullanılarak ArcGIS 10.3 yazılımıyla akım verilerinin yağışa bağımlılığı haritalandırılmıştır. Çalışmada 3’ü akım gözlem istasyonu olmak üzere toplam 7 adet gözlem istasyonunun aylık toplam verileri kullanılmıştır. Literatürde yağış akış ilişkisini ortaya koyan birçok çalışma olmasına rağmen bu ilişkinin alansal enterpolasyonuyla ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır.

Uygulama Alanı

Akarçay Havzası İç Anadolu, Ege ve Akdeniz bölgeleri arasında yer alan, 7340 km2 drenaj alanına sahip bir çöküntü havzasıdır. Havza alanının yaklaşık %40'ı ova alanıdır. Havzanın büyük bir kısmı Afyonkarahisar il sınırları içerisinde yer almaktadır. Havzanın ortalama yıllık akış değeri 0.49 km3, ortalama yıllık toplam yağış yüksekliği 436 mm ve ortalama yıllık sıcaklığı 11 C'dir. Akarçay Havzası'nda Afyonkarahisar ilinin batısını teşkil eden Sinanpaşa Alt Havzası ise; Ayvalı, Uğurmuk ve Koca Derelerinin birleşerek oluşturduğu Aksu Deresi'nin yağış alanının büyük çoğunluğunu kapsamaktadır. Etrafı dağlarla çevrili olan Sinanpaşa Ovası ile çanak şeklinde olan Sinanpaşa Alt Havzası, 831.45 km2 havza alanına sahiptir. Ayrıca yağış ve tarımsal alan bakımından Akarçay Havzası'nın en zengin alt havzalarından biridir. Akarçay Havzası'nın batı ucunu oluşturan Sinanpaşa Alt Havzası (Şekil 1), Ege Bölgesi'nde yer almaktadır. Havza çevresi 153.21 km olan havzada ortalama yıllık toplam yağış 540 mm ve ortalama yıllık sıcaklık 10.6 C'dir. Yağış alanının büyük çoğunluğunu Sinanpaşa Havzası'nın oluşturduğu Aksu Deresi'nin ortalama debisi 2.091 m3/s'dir. Havzanın güneyinde dağların yüksekliği 1940 metrelere kadar ulaşmaktadır. Ovada ise yükseklik 1030-1150 m aralığındadır. Su kaynakları yönetiminde Coğrafi Bilgi Sistemleri verilerin sayısal olarak toplanması, çeşitli analizlerin yapılarak yeni verilerin türetilmesi bakımından çok önemli bir araçtır. Havzanın akış katsayısı için önemli parametreler olan eğim, hidrolojik toprak grubu (HTG) ve arazi örtüsü haritaları (Şekil 2) ArcGIS 10.3 yazılımında üretilmiştir. Eğim, HTG ve arazi örtüsü haritaları kombin edilerek elde edilen akış katsayısı haritası, yağış-akış bağımlılık haritasının değerlendirilmesinde kullanılmıştır. Havzanın alansal yağış haritası (Şekil 3) yağışın havza genelinde nasıl yayıldığını göstermesi bakımından oldukça önemlidir. Gözlem verisi bulunmayan yerlerin yağış değerleri bu haritadan tahmin edilebilir. Yağış-akış bağımlılık haritasının değerlendirilmesinde alansal yağış haritasından faydalanılmıştır.


Şekil 1 Sinanpaşa Alt Havzası coğrafi konumu ve yükseklik-drenaj ağı haritası.

Şekil 2 Sinanpaşa Alt Havzası eğim, HTG ve arazi örtüsü haritaları.


Şekil 3 Sinanpaşa Alt Havzası alansal yağış haritası.

Veriler ve Yöntemler

Bu çalışmada Sinanpaşa Havzası bazında yağış ve akım gözlem verileri arasında korelasyon kurularak jeoistatistik bir yöntem olan Kriging metoduyla alansallaştırılmıştır. Veri setleri arasında korelasyon kurmadan evvel veri setlerine Kolmogorov-Smirnov normallik testi uygulanmıştır. Veriler Sinanpaşa Havzası'nda yağış-akış ilişkisinin belirlenmesi için bir tanesi havza sınırları içerisinde olmak üzere toplam 4 adet yağış gözlem istasyonu ve 3 adet akım gözlem istasyonu (Şekil 1) verileri kullanılmıştır. Yağış ve akım gözlem istasyonları gözlem verileri sırası ile Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve Devlet Su İşleri'nden temin edilmiştir. Havza sınırları içerisinde yalnızca bir tane yağış gözlem istasyonu olduğundan havza sınırına yakın noktalardaki 3 adet istasyonda değerlendirmeye alınmıştır. Çalışmada kullanılan akım ve yağış gözlem istasyonlarının bilgileri Tablo 1'de sunulmuştur. Çalışmada aylık toplam yağış (mm) ve aylık toplam akım (hm3) miktarları kullanılmıştır.


Tablo 1 Akım ve yağış gözlem istasyonları bilgileri.

İşleten Kurum

İstasyon No/Türü

İstasyon Adı Koordinatları Kot

(m) Gözlem Süresi

DSİ 07-009/ Yağış

Serban 38038'22" K-30021'00" D

1215 1967-1983/1985-2000 (33 yıl)

DMİ 17190/ Yağış Afyon

38044'17" K-30033'37" D 1034 1929-2014 (86 yıl)

DMİ 5296/ Yağış

Sincanlı 38044'29" K-30014'07" D

1164 1964-1984/1988-1994 (28 yıl)

DMİ 4947/ Yağış Dumlupınar 38051'09" K-

29058'44" D 1250 1988-1993 (6 yıl)

DSİ 11007/ Akım

Nacak D.-Balmahmut

38°48'48" K-30°20'09" D

1059 1965-1986 (22 yıl)

DSİ 11017/ Akım

Araplı D.-Köprülü

38°49'28" K-30°22'03" D

1045 1972-2000 (29 yıl)

DSİ 11020/ Akım

Akarçay-Akdeğirmen

38°48'39" K-30°13'32" D

1089 1965-2000 (36 yıl)

Kolmogorov-Smirnov Testi ve Korelasyon Analizi Kolmogorov-Smirnov testi, veri setinin beklenen dağılıma uygun olup olmadığının belirlenmesi amacı ile kullanılmaktadır. Test istatistiği D ile gösterilir. D; gözlenen ve beklenen değerlerin kümülatif nisbi frekansları arasındaki mutlak farkın en büyüğüdür. Veri setlerinin normal dağılıma uygun olması için çarpıklık katsayısının "0"; Kurtosis katsayısının "3" veya %95 güvenilirlik düzeyinde Kolmogonov-Smirnov test sonucunun D<0.24 (kritik değer) olması gerekmektedir (Bayram, 2012; Kartal, 1998).

| | Burada Fo, gözlenen kümülatif nisbi frekans; Fe ise beklenen kümülatif nisbi frekans değerleridir. İki değişken arasında ilişkinin yönü ve gücü ile ilgili bir araştırma yapılmak istendiğinde kullanılan yöntemlerden biri olan korelasyon analizi sonucu elde edilen korelasyon katsayısı -1 ile 1 arasında bir değer almaktadır. Korelasyon katsayısının 0'a yakın olması değişkenler arasında bir ilişkinin olmadığı yada çok zayıf olduğu; 1 yada -1'e yakın olması ilişkinin çok güçlü olduğu manasına gelir. Negatif değerler değişkenler arasındaki ilişkinin ters yönlü, pozitif değerler ise ilişkinin aynı yönlü olduğunu göstermektedir. Pearson korelasyon katsayısı aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır (Bayram, 2012).

∑ ( )( )


Burada Xi ve Yi veri serilerinin öğeleri, ve veri serilerinin ortalamaları, SX ve SY veri serilerinin standart sapmaları ve N serilerin veri adetidir. Kriging Yöntemi Noktasal verilerin alansal enterpolasyonu için deterministik ve jeoistatistik yöntemler kullanılmaktadır. Thiessen poligonu, uzaklığın tersi ile ağırlıklandırma, global ve lokal polinom, radyal bazlı fonksiyon (Spline yöntemi) ve doğal komşu yöntemleri deterministik yöntemlerdir. Kriging (Simple, Ordinary, Universal, Indicator, Probablity, Disjunctive and Co-Kriging) ve regresyon analizi yöntemleri mekansal istatistik yöntemlerdir. Kriging yöntemi, ölçümü yapılmış lokasyonlardan, ölçüm yapılmamış olan lokasyonlardaki değişkenlerin değerini tahmin etmek için kullanılan enterpolasyon tekniklerinden biridir. En küçük hata kareler ortalaması yöntemine dayanan Kriging yöntemi en iyi doğrusal yansız tahmin edici olarak bilinmektedir. Tahmin değerleri ile gerçek değerler arasındaki ortalama farkın sıfıra eşit ve tahmin hata varyansı en düşük seviyede olacak şekilde hesaplanır. Farklı Kriging teknikleri olup, bu çalışmada da kullanılan Ordinary Kriging bunlardan en yaygın kullanılanıdır. OK yönteminde bilinmeyen değerlerin tahmini, değişkenlerin durağan ve ortalamanın sabit olduğu varsayımına göre gerçekleştirilir. Ordinary Kriging'de kullanılan temel eşitlik aşağıdaki gibidir:

( ) ∑ ( )

Formülde ( ), noktasına ilişkin Kriging değerini; ( ), değişkenlerin her bir noktasında gözlenen değerleri; , her bir ( )'ye karşılık gelen ağırlık değerlerini; N ise, ( )'ın Kriging tahmininde kullanılacak nokta sayısını ifade etmektedir (Aydın ve Çiçek, 2013).

Araştırma Bulguları ve Tartışma

Harita Genel Komutanlığı’ndan alınan havzanın 10 m hassasiyetli sayısal yükseklik haritasından drenaj ağı ve eğim haritası türetilmiştir. Havzanın HTG haritası, zemin türüne göre oluşturulmuştur. USDA Soil Conservation Service, 1986'ya göre killi ve geçirimsiz kayalık zeminler HTG D sınıfına (sızma hızı: <0.05 inç/sa), orta geçirimli kumlu kil zeminler HTG C sınıfına (sızma hızı: 0.05-0.15 inç/sa) ve geçirimliliği iyi sayılabilecek siltli zeminler HTG B sınıfına (sızma hızı: 0.15-0.30 inç/sa) girmektedir. Geçirimliliği çok yüksek olan HTG A sınıfı (sızma hızı: >0.30 inç/sa) havzada mevcut değildir. Akarçay Havzası Hidrojeolojisi ve Yeraltısuyu Akım Modeli Final Raporu'ndaki hidrolik iletkenlik katsayısı haritası göz önünde bulundurularak değerlendirme yapılmış ve HTG alansal dağılımı makul bulunmuştur. HTG geçirimlilikle ilgili olduğu için ayrıca havzanın yeraltı suyu haritası ile karşılaştırılmış ve makul olduğu sonucuna varılmıştır. Avrupa Çevre Ajansı CORINE 2006 arazi örtüsü bilgilerinden (URL 1) havzanın arazi örtüsü oluşturulmuştur. Arazi örtüsü haritası Çevre ve Şehircilik Bakanlığı arazi örtüsü veri tabanıyla ve Google Earth uydu görüntüleriyle karşılaştırılarak doğruluğu teyit edilmiştir.


Sinanpaşa Alt Havzası'nın alansal yağış haritası oluşturulurken daha hassas sonuç almak için Akarçay Havzası'ndaki tüm yağış istasyonları dikkate alınmıştır. Akarçay Havzası'ndaki 26 yağış istasyonunun ortalama yıllık toplam yağış verileri kullanılarak alansal yağış haritası meydana getirilmiştir. Alansal yağış haritası oluşturulurken ArcGIS ortamında farklı konumsal enterpolasyon yöntemleri (IDW, Spline, Kriging, Natural Neighbour) kullanılmış ve en uygun yöntem Akarçay Havzası Hidrojeolojisi ve Yeraltısuyu Akım Modeli Final Raporu'ndaki eş yağış eğrileri haritası ile karşılaştırılarak Spline yöntemi seçilmiştir. Veri setinin normal dağılımlı olduğu durumlarda en iyi korelasyon kestirim sonucunu Pearson korelasyon katsayısı verdiğinden, korelasyon analizi yapmadan önce verilerin normal dağılıma uygun olup olmadıkları kontrol edilmiş ve bütün istasyonlarda verilerin normal dağılımlı olduğu nonparametrik bir uygunluk testi olan Kolmogorov-Smirnov uygunluk testi ile %5 anlamlılık seviyesinde belirlenmiştir. Test sonuçlarının %5 anlamlılık seviyesinde 0.24 kritik değerinden küçük olması dağılımın normal olduğunu göstermektedir. İstasyonlara ait Kolmogorov-Smirnov test sonuçları Tablo 2'de sunulmuştur.

Tablo 2 Gözlem istasyonları verilerinin Kolmogorov-Smirnov test sonuçları. İstasyon No İstasyon Adı Kolmogorov Smirnov Test Sonuçları

07-009 Serban 0.11 17190 Afyon 0.10 5296 Sincanlı 0.11 4947 Dumlupınar 0.12

11007 Nacak D.-Balmahmut 0.20 11017 Araplı D.-Köprülü 0.21 11020 Akarçay-Akdeğirmen 0.20

Aynı gözlem süreleri içinde yağış ve akış verileri arasındaki bağımlılığın tanımlanması için havzadaki yağış ve akım gözlem istasyonları arasında korelasyon analizi (Tablo 3) yapılmıştır. Aralarında korelasyon kurulacak istasyonlar seçilirken yağış gözlem istasyonunun akım gözlem istasyonu yağış alanı içerisinde olmasına, yakınlığına ve coğrafi alan benzerliğine dikkat edilmesi gerekmektedir; fakat Sinanpaşa Havzası oldukça küçük bir havza olduğundan her akım gözlem istasyonu verileri, bütün yağış gözlem istasyonu verileri ile korelasyon analizine tabi tutulmuştur. Korelasyon değerleri haritalaştırılırken her bir yağış istasyonunun her bir akım istasyonu ile ilişki değerlerinin ortalaması alınarak işlem yapılmıştır. 4947 istasyon nolu Dumlupınar yağış gözlem istasyonu ile 11007 istasyon nolu Balmahmut akım gözlem istasyonlarının eşli gözlem süreleri olmadığı için aralarında korelasyon analizi yapılmamıştır. Haritalandırma yapılırken normalde korelasyon değerlerinin bağımlı değişken olduğu için akım gözlem istasyonu koordinatlarına girmek gerekirken; bu çalışmada akım istasyonlarının yerleri yaklaşık aynı doğru üzerinde ve birbirlerine çok yakın olduklarından korelasyon değerleri yağış istasyonlarının koordinatlarına girilmiştir.

Tablo 3 Gözlem istasyonları arasındaki korelasyon katsayıları. İstasyon No 11007 11017 11020 Ortalama

5296 0.446 0.342 0.364 0.384 7-9 0.444 0.320 0.350 0.371

17190 0.369 0.313 0.303 0.328 4947 - 0.364 0.320 0.342


ArcGIS 10.3 programı aracılığıyla gözlem istasyonları bazında elde edilen noktasal ilişkinin alansal dağılımı Ordinary Kriging yöntemi uygulanarak ortaya konmuştur. Yağış-akış ilişkisinin Kriging yöntemiyle elde edilen havza bazındaki bağımlılık haritası Şekil 4'te verilmiştir. Akım verilerinin yağış parametresine bağımlılığının irdelenmesi açısından akış katsayısı haritası oluşturulmuştur. Akış katsayısı; arazinin eğimine, toprak cinsine, sızma miktarına ve arazi örtüsüne bağlıdır. ArcGIS 10.3 programında eğim, HTG ve arazi örtüsü haritalarının birleştirilmesi ile akış katsayısı haritası (Şekil 5) türetilmiştir. Akış, eğimin %6'dan büyük olduğu HTG D olan kentsel yerlerde ve su kütlelerinde yüksek olacaktır. Zaten su kütlelerinde akış katsayısı 1'dir. Eğimin %2-6 aralığında olduğu HTG C olan mera-çayırlık alanlarında akış orta düzeyde olacaktır. Eğimin %2'den küçük olduğu HTG B olan ormanlık ve tarımsal alanlarda akış düşük olacaktır. Havzanın tümü için tek bir akış katsayısı değeri hesaplanırken, literatürden (URL 2) alınan akış katsayı aralıklarından arazinin eğim derecesine göre arazi türleri için akış katsayıları öncelikle belirlenmiştir. Daha sonra her bir arazi türünün alanı ile akış katsayı değerleri çarpılarak toplam havza alanına bölünmek suretiyle Sinanpaşa Havzası'nın akış katsayısı 0.266 olarak bulunmuştur (Tablo 4).

Tablo 4 Sinanpaşa Alt Havzası akış katsayısı hesabı.

Arazi Örtüsü Eğim Durumu

Akış Katsayısı (ci) Alanı (Ai, km2)

Alanı (Ai, %)

ci x Ai Literatür Alınan

Geçirimsiz Arazi

Düz (<%2) 0.50-0.70

0.70 9.101 1.1 6.371 Dalgalı (%2-6) 0.70-0.90

Dik (>%6) 0.90-0.95

Mera ve Çayırlık

Düz (<%2) 0.15-0.35

0.40 125.365 15.1 50.146 Dalgalı (%2-6)

0.25-0.45

Dik (>%6) 0.35-0.55

Ormanlık Arazi

Düz (<%2) 0.08-0.15

0.20 298.889 35.9 59.778 Dalgalı (%2-6) 0.11-0.20

Dik (>%6) 0.14-0.25

Tarım Arazisi

Düz (<%2) 0.15-0.25

0.25 390.824 47.0 97.706 Dalgalı (%2-6)

0.18-0.30

Dik (>%6) 0.22-0.40 Açık Su Kütlesi - 1.00 1.00 7.270 0.9 7.270

TOPLAM 831.449 100 221.271

∑( )∑ 0.266


Şekil 4 Sinanpaşa Alt Havzası yağış-akış bağımlılık haritası.

Şekil 5 Sinanpaşa Alt Havzası akış katsayısı haritası.


Sinanpaşa Havzası'nın yükseklik, drenaj ağı, eğim, HTG, arazi örtüsü ve alansal yağış haritaları elde edilerek havzanın fiziki coğrafya karakteristiği ortaya konmaya çalışılmıştır. Eğim, HTG ve arazi örtüsüne bağlı olarak havza bazında akış katsayısı


haritası elde edilmiştir. Alansal yağış ve akış katsayısı haritaları birlikte değerlendirilerek taşkın açısından sorun oluşturacak alanlar da haritalaştırılabilir. Havza bazında akımın yağışa bağımlılık haritası türetilmiştir. Yağış-akış bağımlılık haritasının yüzeysel suyun alansal dağılımının önemli olduğu çalışmalarda fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Taşkın analizi çalışmaları bunlardan biridir. İstasyonlar arasındaki korelasyon katsayılarının düşük olmasının sebepleri; gözlem istasyonlarının uzaklığı, sızmanın büyük miktarlarda yaşanması, akışın büyük çoğunlukla yeraltı suyundan beslenmesi, yaz aylarında buharlaşmanın fazla olması, bitki örtüsünün çok su tüketmesi, dere yatağından suyun çekilmesi, saptırılması ve barajlar gibi insan etkileri ve kışın kar olarak yağan yağışın akışa katılmasının bahar aylarında olması gibi faktörler olabilir. Havzanın kuzeybatısında bulunan Akdeğirmen Barajı’nın, baraj yağış alanında ilişkinin düşük çıkmasında ana etken olduğu düşünülmektedir. Havzanın güneyinde eğimin diğer yerlere göre yüksek ve nispeten yoğunlaşmış olmasının, ilişkinin buralarda daha yüksek çıkmasına neden olduğu tahmin edilmektedir. Havzanın kuzeydoğusunda yağışın diğer yerlere göre düşük olması buralarda ilişkinin düşük çıkmasına büyük oranda sebebiyet vermiş olabilir. Yağış bu bölgede daha az olduğundan akışa geçen artık yağış miktarı az olacağından yağış-akış ilişkisinin düşük çıkması beklenmektedir. Aynı yağış miktarına sahip havzanın güneydoğusunda ise ilişkinin havzanın kuzeydoğusundan yüksek çıkmasına daha yoğun HTG D sınıfı (geçirimliliği çok düşük) zemin türünü barındırması gösterilebilir. Ayrıca ilişkinin diğer yerlere kıyasla yüksek olduğu yerlerin havzadaki tek yağış istasyonunun etrafında kümelenmiş olması göstermektedir ki, diğer yağış istasyonların akım istasyonları ile korelasyonlarının düşük çıkmasının sebebi havza içinde olmamaları ve uzak olmalarına bağlıdır diyebiliriz. Havza içinde olmayan yağış istasyonlarının akım istasyonları yağış alanı ile benzer coğrafi koşullardan mahrum olmalarının, ilişkinin düşük çıkmasına neden olduğu düşünülmektedir.

Kaynaklar

Aydın, O. ve Çiçek, İ. (2013) Ege Bölgesi'nde Yağışın Mekansal Dağılımı, Coğrafi Bilimler Dergisi, 11 (2), s. 101-120. Bayram, N. (2012) Veri Analizi-Excel ve SPSS Uygulamalarıyla Birlikte, Siyasal Kitabevi, Ankara, Türkiye. Kartal, M. (1998) Hipotez Testleri, Şafak Yayınevi, Erzurum, Türkiye. URL 1, Erişim Tarihi: 29.07.15, http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/clc-2006-vector-data-version-3, European Environment Agency, Corine Land Cover 2006 Seamless Vector Data. URL 2, Erişim Tarihi: 29.07.15, http://water.me.vccs.edu/courses/CIV246/table2b.htm, Water/Wastewater Distance Learning Website, Asıl yayına referans: The Clean Water Team Guidance Compendium for Watershed Monitoring and Assessment State Water Resources Control Board 5.1.3 FS-(RC) 2011. USDA Soil Conservation Service, (1986) Urban Hydrology for Small Watersheds TR-55, USA.


Kızılırmak Havzası Yağış-Akış İlişkisinin Belirlenmesi

Mehmet İshak Yüce1, Burcu Ercan*2 1Gaziantep Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, (0342) 317 2424,

[email protected] 2Kilis 7 Aralık Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü (0348) 814 2666-1850,

[email protected]

Öz

Bu çalışmada, Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) ve ArcGIS’in hidrolojik bir araç seti olan ArcHydro kullanılarak Kızılırmak Nehri Havza sınırları belirlenmiştir. Mevcut akım gözlem istasyonları (AGİ) havza çıkış noktaları kabul edilerek alt havza sınırları oluşturulmuştur. Havza ve yakınında yer alan yağış istasyonlarının her biri bir Thiessen çokgenin içinde kalacak Şekilde etki alanları tespit edilmiştir. Her bir alt havzanın hesaplanan yağış-akış katsayısına bağlı olarak Kızılırmak Havzası’nın akış katsayısı literatür de ki ile örtüşecek Şekilde bulunmuştur. Havzada baraj mansabında bulunan ve herhangi bir baraj etkisinde bulunmayan akım istasyonları için yağış-akış ilişkisi grafik ile ifade edilmiştir. Bu grafikler sonucunda baraj mansabında bulunan istasyonlarda sağlıklı sonuçlar elde edilemediği gözlemlenmiştir. Anahtar sözcükler: Kızılırmak Havzası, Havza Sınırları Belirleme, CBS, Yağış–Akış Katsayısı.

Giriş

Yüzey akış katsayısı hesaplamada havzanın büyüklüğüne bağlı olarak farklı yöntemler geliştirilmiştir. Yıllık akım değerleri genellikle toprak örtüsüne bağlı olarak değişim göstermektedir (Costa ve diğ., 2003). CBS uygulaması günümüz modellemelerinde, problem karşısında kolay karar verebilme ve verileri katmanlar halinde üst üste getirerek hepsini bir arada değerlendirebilme imkanı tanımaktadır. Bu sayede birçok veriyi bir arada görüp yorumlayabilme fırsatı sunmaktadır. Havza yönetimi, bir havza sınırı içerisinde toprak, su, bitki örtüsü, iklim koşulları ve burada yaşayan canlılarla insanların faaliyetlerini birlikte inceleyen sürdürülebilir doğal kaynak yönetimidir. CBS kullanılarak akarsu drenaj ağı belirlenen model üzerinde; havza, alt havza ve bazı havza karakteristikleri oluşturulmakta ve sayısal yükseklik modeline (SYM) işlenmektedir (Merwade, 2012; Strager ve diğ., 2010; Meriç, 2004). Havzaya düşen yağmur sularının bir kısmı sızarak yer altı drenaj ağına girmektedir ve havzaya düşen su miktarı ile çıkış noktasına varan su miktarı farklılık göstermektedir. Drenaj ağının belirlenmesi yağmurun havza alanına düşmesinden çıkış noktasına kadar olan davranışını inceleyebilmek için önemlidir. Bu sebeple bu çalışmada öncelikle


drenaj ağı belirlenmiştir ve debi ölçüm istasyonları havza çıkış noktalarına yerleştirilmiştir. Bu ölçüm noktalarına Akım Gözlem İstasyonu (AGİ) adı verilmektedir. Mevcut Akım Gözlem İstasyonları havza çıkış noktası kabul edilerek alt havzalar belirlenmiştir. Yağış istasyonları bir drenaj havzası üzerinde toplam yağış miktarını ölçmek için kurulmaktadır, bu verileri yorumlayabilmek için farklı yöntemler bulunur. Thiessen çokgen metodu da bunlardan biridir. Arazi üzerinde her yağış istasyonu bir çokgenin içinde kalacak Şekilde, etki alanları belirlenmiştir. Bu sayede her alt havza alanına hangi yağış istasyonların ne kadar etki ettiği tespit edilmiş olur (Pektaş, 2012; Yanmaz, 2013). Yüzey akış katsayısı hesaplamada en bilinen yöntem rasyonel metottur. Fakat bu metot alanı 5km2 den daha küçük havza alanları için kullanılmaktadır. Bu yüzden büyük havzalar için bu yöntem modifiye edilerek farklı yöntemler elde edilmiştir (Kadıoğlu ve Şen, 2001). Kızılırmak Havzası’nın alt havza sınırları belirlenip, bunların yüzeysel akış katsayıları hesaplanmıştır. Bu çalışmada 1975-2005 yıllarına ait veriler kullanılarak Kızılırmak Havzası’nın yağış-akış ilişkisi irdelenmiştir.

Çalışma Alanı Kızılırmak, Orta Anadolu’nun doğu bölümünde yer alan, Türkiye’deki 26 havzadan biridir. Türkiye’de doğup yine Türkiye’de denize dökülen en uzun akarsudur. Sivas, Kayseri, Nevşehir, Kırşehir, Kırıkkale, Ankara, Çankırı, Çorum ve Samsun illerinden geçerken birçok dere ve çayın sularını toplayarak Bafra burnundan Karadeniz’e ulaşır. Nehir İç Anadolu’nun en doğusundaki Sivas ilinde Kızıldağ’ın güney yamaçlarından doğar, ilk önce batı ve güney batıya doğru akar, daha sonra yay şeklinde biçimlenir (Köse ve diğ., 2011; Bahardır, 2011; Çakmak, 2002). Çalışma havzası, 35,00°-41,77° kuzey enlemleri, 32,81°-38,36° doğu boylamları arasında konumlanmaktadır. Nehir ismini Sivas’ın Kızıldağ bölgesinde akarsu yatağının tabanında bulunan kırmızı renkli kumlu killi tortul ile kırmızıya boyanmasından almaktadır. Kızılırmak dünyada 1000 km den uzun olan 175 nehir içerisinden 132.’dir. Karadeniz’e dökülenler arasında ise Tuna, Dinyeper, Dinyester, Kızılırmak olmak üzere 4. sıradadır. Havza da yazlar kuraktır. Yağış kış ve ilkbahar dönemlerinde düşmektedir. İç Anadolu bölgesi Türkiye’de kuraklığın yoğun olarak yaşandığı bir bölgedir. Bu bölge dağlarla çevrili olduğundan yazları sıcak ve kurak, kışları soğuk ve kar yağışlı, karasal iklim etkisi altındadır. Ortalama hava sıcaklığı 13,7 °C’dir. Yıllık yağış miktarı 300–800 mm arasında değişmektedir. Fırat’tan sonra Kızılırmak Türkiye’nin su depolama alanı en büyük ırmağıdır. Kızılırmak, Türkiye su potansiyelinin, yıllık 6,48 milyar m3 akış hacmiyle %3,5 ini oluşturmaktadır. Kaynağını yağmur ve kar sularından alan bu nehir düzensiz bir rejime sahiptir. Nisan ayında su rejimi en yüksek seviyesine ulaşırken temmuz ve şubat ayları arasında en düşük su düzeyinde akar (Çakmak, 2002; Bacanlı ve diğ., 2012). Nehir üzerinde Derbent, Altınkaya, Boyabat, Obruk Dutludere, Buğra, Kapulukaya, Kesikköprü, Hirfanlı, Bayramhaci, Yamula, Sarıoğlan, Kargı, Cermikler veImranli


olmak üzere toplamda 15 adet baraj bulunmaktadır. Kızılırmak’tan Ankara’ya içme ve kullanma suyu temin edilmektedir, bu hat kapasite ile çalıştığında Ankara’ya yılda 500 milyon m3 su sağlayabilmektedir (Evcimen ve Tiğrek, 2011).

Veriler

Bu çalışmada ArcGIS10.1 yazılımı ve havza modelinin oluşturulmasında ArcHydro seti kullanılmıştır. Sağlıklı bir sayısal yükseklik modeli (SYM) elde edebilmede uydu görüntüsü çözünürlüğü önemli rol oynamaktadır. Görüntü kalitesiyle sonuçların güvenirliği doğru orantılıdır. Fakat bu çalışmada kullanılan 30 m x 30 m uydu görüntüsü çok yüksek bir çözünürlüğe sahip olmasa da bu çalışma için yeterli olmuştur. Türkiye’ye ait olan bu uydu görüntüsü Şekil 1’ de gösterildiği gibi Kızılırmak Havzası çalışma alanının tümünü kapsamaktadır.

Şekil 1 Türkiye haritası SYM’nin ArcGIS’te görünümü.

Türkiye de hidro-meteorolojik gözlemler Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü tarafından gerçekleştirilmektedir. 1975-2005 yılları için 30 yıllık yağış verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğünün yaptırmış olduğu ölçümlerden, aynı zaman dilimi için akım verileri ise DSİ Genel Müdürlüğünden temin edilmiştir. Kayıp veriler Yerine Ortalamayı Koyma (Mean Substitution) Metodu ile tamamlanmıştır. 30 yıllık gözlem boyunca elde edilen verilerden Kızılırmak Nehrinin en düşük 2,54 m3/s ve en yüksek 248 m3/s debiye ulaştığı tespit edilmiştir (Oğuzlar, 2001). 1975 yılından 2005 yılına kadar olan ortalama yıllık toplam yağış miktarları Tablo 1’de yıllık ortalama akım verileri ise Tablo 2’de verilmiştir.


Tablo 1 Kızılırmak Havzasında bulunan yağış istasyonları İstasyon Kodu

İstasyon Adı Gözlem Aralığı

Yağış Yüksekliği (mm/yıl)

Çokgen Alanı (km²)

Enlem Boylam Yükseklik(m)

17756 Kaman 1975-2005 471,38 4524,40 39,3652 33,7064 1075 17760 Bogazlıyan 1975-2005 374,97 6612,95 39,1897 35,2532 1070 17802 Pınarbaşı 1975-2005 412,08 164,57 38,7224 36,3924 1542 17734 Divriği 1975-2005 391,16 731,90 39,3618 38,1142 1121 17684 Suşehri 1976-2005 420,33 3190,65 40,1623 38,0752 1164 17086 Tokat 1975-2005 445,71 1092,59 40,3312 36,5577 611 17084 Çorum 1975-2005 447,08 5613,52 40,5461 34,9362 776 17080 Çankırı 1975-2005 402,05 7584,66 40,6086 33,6102 755 17606 Bozkurt 1975-2005 1260,22 508,41 41,9597 34,0037 167 17622 Bafra 1975-2005 795,05 2102,31 41,5515 35,9247 103 17160 Kırşehir 1975-2005 384,43 6132,15 39,1639 34,1561 1007 17135 Kırıkkale 1975-2005 377,53 5709,17 39,8433 33,5181 751 17192 Aksaray 1975-2005 344,52 926,26 38,3705 33,9987 970 17730 Keskin 1977-2005 420,8 3644,72 39,6682 33,6118 1140 17754 Kulu 1975-2005 394,14 2427,62 39,0788 33,0657 1005 17140 Yozgat 1975-2005 604,05 3776,90 38,8205 34,8159 1301 17196 Kayseri 1975-2005 394,73 2445,01 38,687 35,5 1094 17193 Nevsehir 1975-2005 417,2 2474,33 38,6163 34,7025 1260 17732 Çiçekdagı 1977-2005 357,74 10207,25 39,6067 34,4235 900

17712 Sorgun 1984-1986 1988-2005 453,99 4746,08 39,8016 35,1805

1116

17835 Ürgüp 1975-2005 384,2 1512,73 38,6218 34,9144 1068 17981 Karataş 1975-2005 781,17 1749,17 38,6895 35,3894 22 17090 Sivas 1975-2005 444,44 10862,37 39,7437 37,002 1294

17162 Gemerek 1975-2005 393,06 9262,70 39,185 36,0805 1182 17837 Tomarza 1975-2005 398,95 435,37 38,4522 35,7912 1402 17762 Kangal 1975-2005 405,17 1721,48 39,2428 37,389 1521 17085 Amasya 1975-2005 448,42 80,54 40,6668 35,8353 409 17083 Merzifon 1975-2005 436,18 4113,36 40,8793 35,4585 754

17620 Boyabat

1975-1986 1988-1991 1995-2001 553,65 8406,25 41,463 34,7853

350

17074 Kastamonu 1975-2005 486,67 3099,97 41,371 33,7756 800 17128 Esenboğa 1975-2005 404,89 2285,56 40,124 32,9992 959

17646 Cerkes 1975-1975 1978-2005 400,05 1366,04 40,815 32,8831

1126

17664 Kızılcahamam 1975-2005 568,33 41,06 40,4729 32,6441 1033 17650 Tosya 1975-2005 477,52 7949,35 41,0132 34,0367 870 17648 Ilgaz 1975-2005 458,73 2448,66 40,9156 33,6258 885 17618 Devrekanı 1976-2005 536,81 1824,09 41,5996 33,8345 1050

Tablo 2 Kızılırmak Havzasında bulunan akım gözlem istasyonları

İstasyon Kodu


Ortalama Debi (m³/s)

Ortalama Akış Yüksekliği (mm)

Drenaj Alanı (km²)

Enlem Boylam Yükseklik (m)

E15A001 Yamula 1975 – 2005 65,03 136 26972,65 38,8902 35,2586 995 E15A003 Yahşihan 1975 – 2005 72,75 81,2 50849,38 39,8433 33,4816 670 E15A008 Kaleboğazı 1975 – 1990 7,61 72 4884,70 39,6155 35,0491 960 E15A017 Şefaatli 1975 – 2005 11,18 39,6 16829,56 39,5038 34,7475 895 E15A023 Boğazköy 1975 – 1981 5,94 76,9 2976,25 38,7538 35,3122 1025 E15A024 Kuylus 1975 – 1998 15,95 118 7415,93 41,5852 34,3366 475 E15A028 Salur 1975 – 1996 120,24 62,1 99923,92 40,6513 34,6505 494 E15A032 Gülşehir 1975 – 1998 84,29 125 34896,68 38,7569 34,6172 895 E15A033 İnözü 1975 – 1990 186,38 77,4 130817,16 41,3780 35,8119 47 E15A035 Söğütlühan 1975 – 2005 37,82 180 11192,34 39,7191 36,8391 1243 E15A036 Avşar 1975 – 2002 123,58 67,5 105086,25 41,0950 34,4266 494 E15A038 Çeltikcibaşı 1975 – 2005 8,12 128 3401,25 40,9038 33,7744 775 E15A039 Bulakbaşı 1975 – 2005 13,89 260 2835,20 39,8780 37,5630 1298 E15A040 Kulaköprüsü 1975 – 1979 24,73 45,3 31517,54 40,4630 34,1430 535 E15A041 Çadırhöyük 1981 – 2005 21,45 40,4 31176,57 40,3086 34,1191 600 E15A043 Karaözü 1997 – 2005 50,36 113 23585,87 39,1883 35,9422 1112 E15A045 Purtulu 1999 – 2005 12,17 97,7 7037,24 41,5661 34,2644 751 E15A046 Tuzköy 1999 – 2005 44,09 67,2 35145,94 38,7788 34,5519 751 E15A048 Karaköyköprüsü 2003 – 2005 50,93 26,6 104920,35 41,07167 34,505 390


Havza ve Alt havzaların Belirlenmesi

Havza ve alt havza sınırlarının belirlenmesinde sırayla nehir ağı tanımlaması, dökülme noktasının işaretlenmesi, dökülme noktasına bağlı havza sınırlarının belirlenmesi ve alt havzaların oluşturulması işlemleri CBS programı kullanılarak yapılmıştır. SYM verileri çok sayıda ölçüm değerinden oluşmaktadır ve bu veriler akarsu drenaj ağlarının hidrolojik yüzey karakteristiklerini çıkarmada kullanılmaktadır (Demirkesen, 2003). Alt havzalarının belirlenmesinde dökülme noktası (pour point) olarak AGİ’ler seçilmiştir. Bazı AGİ’ler belli yıllar arasında faaliyetini sürdürmüş ve daha sonra kapatılmıştır. Şekil 2a’da, Kızılırmak Havzasında bulunan açık ve kapalı AGİ’ler gösterilmiştir. Yağış istasyonları ve etkili oldukları Thiessen çokgenleri ise Şekil 2b’de gösterilmiştir. Açık ve kapalı AGİ’lerin her biri için belirlenen alt havzalar Şekil 3a ve 3b de gösterilmiştir.

(a) (b)

Şekil 2 Kızılırmak Havzasında bulunan (a) akım gözlem istasyonları

(b)yağış istasyonları ve Thiessen çokgenleri

(a) (b)

Şekil 3 Kızılırmak Alt Havzaları (a) Açık AGİ’ler

(b) Kapalı AGİ’ler


Yağış- Akış Katsayısı Belirleme

Kızılırmak Havzası ve alt havzaların akış katsayıları hesaplanması 30 yıllık yağış ve akım verileri kullanılarak yapılmıştır. Kızılırmak Havzası’nın uzun yıllar toplam yıllık yağış yüksekliği 445,8 mm olarak bulunmuştur. Alansal yağış yüksekliği denklem 1’deki ifade kullanılarak hesaplanmıştır. Port. =∑( )/∑ (1) Burada Port alansal yağış yüksekliğini (mm), Pii nolu çokgende bulunan yağış istasyonunun toplam yağış yüksekliğini (mm), Ai i nolu çokgenin alanını (km2) ve i çokgen sayısını ifade etmektedir. Analizlerde lineer denklem metot kullanılmıştır. Havzaların akış katsayıları, yıllık toplam akış yüksekliği ile yıllık yağış yükseklikleri kullanılarak ilişkilendirilmiştir. Şekil4’te gösterilen grafikler Kızılırmak havzası ve alt havzaları için yağış-akış ilişkisini ifade etmektedir. Regresyon çizgisinin eğimi akış katsayısı olarak kabul edilir. Bu Thiessen katsayı bitki örtüsü, havzanın iklimsel özelliklerini ve jeolojik yapısının bir fonksiyonudur (Kadıoğlu ve Şen, 2001). Tablo 3 havzaların akış katsayılarını göstermektedir. Ana havzanın yağış-akış katsayısı 0,17 olarak bulunmuştur, bu sonuç literatürdeki sonuçlar ile uyuşmaktadır (Bayazıt,1999; Yanmaz, 2013). 1975-2005 yılları arasında nehir üzerinde bir kaç baraj inşa edilmiştir, bu yapıların mansabında yapılan ölçümler, su akımının düzenlenmiş olmasından dolayı, çok gerçekçi sonuçlar vermeyebilirler. Kapulukaya barajının mansabında yer alan Yahşihan istasyonunun 1975 yılından baraj yapımına (1989) kadar olan yağış-akış yükseklik verilerinin grafiği Şekil 4a‘da, 1989-2005 yılları için ise Şekil 4b’de, İnözü istasyonunun 1975-1988 yılları için Şekil 4e’de ve 1988-1990 yılları için ise Şekil 4d’de verilmiştir. Herhangi bir baraj mansabında bulunmayan Söğütlühan istasyonunun 1975-2005 yılları arası elde edilen yağış-akış yüksekliklerinin grafiği Şekil 4c’de verilmiştir.

(a) (b)

(c) (d)

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

300,00 350,00 400,00 450,00 500,00 550,00

10,00

30,00

50,00

70,00

350,00 400,00 450,00 500,00 550,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

300,00 350,00 400,00 450,00 500,00 550,0025,00

35,00

45,00

55,00

65,00

400,00 420,00 440,00 460,00 480,00 500,00


(e)

Şekil 4 Yağış-akış grafiği

Yahşihan istasyonunun baraj yapımı öncesi (a) – sonrası (b) İnözü istasyonunun baraj yapımı öncesi (c) - sonrası (d)

Söğütlühan istasyonunun (e)

Tablo 3 Kızılırmak Havzası’nın alt havzaları için yağış- akış katsayıları. Alt havzalar Etki Eden Yağış İstasyonları Yağış

Yüksekliği (mm/yıl)

Akış Yüksekliği (mm/ yıl)

Yağış-Akış

Oranı Yamula Suşehri, Divriği, Sivas, Kangal, Pınarbaşı, Tokat, Gemerek,

Boğazlıyan, Kayseri, Karataş 422,3 136 0,32

Yahşihan Boğazlıyan, Kaman, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat, Kırşehir, Kırıkkale, Aksaray, Keskin, Kulu, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Ürgüp, Karataş, Sivas, Gemerek, Tomarza, Kangal

432,07 81,2 0,19

Kaleboğazı Boğazlıyan, Sorgun, Gemerek 434,04 72 0,17 Şefaatli Boğazlıyan, Kırşehir, Yozgat, Çiçekdağı, Sorgun, Gemerek 423,61 39,6 0,10 Boğazköy Kayseri, Karataş, Gemerek, Tomarza 447,46 76,9 0,18 Kuylus Bozkurt, Boyabat, Kastamonu, Tosya, Ilgaz, Devrekanı 540,21 118 0,23 Salur Boğazlıyan, Kaman, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat,

Çorum, Çankırı, Kırşehir, Kırıkkale, Aksaray, Keskin, Kulu, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Çiçekdağı, Sorgun, Ürgüp, Sivas, Karataş, Gemerek, Tomarza, Kangal, Esenboğa, Çerkes, Tosya, Ilgaz

421,43 62,1 0,15

Gülşehir Boğazlıyan, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Ürgüp, Sivas, Karataş, Gemerek, Tomarza, Kangal

442,03 125 0,29

İnözü Boğazlıyan, Kaman, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat, Çorum, Çankırı, Bozkurt, Bafra, Kırşehir, Kırıkkale, Aksaray, Keskin, Kulu, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Çiçekdağı, Sorgun, Ürgüp, Sivas, Karataş, Gemerek, Tomarza, Kangal, Amasya, Merzifon, Boyabat, Esenboğa, Çerkes, Kastamonu, Kızılcahamam, Tosya, Ilgaz, Devrekanı

443,26 77,4 0,18

Söğütlühan Divriği, Suşehri, Sivas, Kangal 428,05 180 0,42 Avşar Boğazlıyan, Kaman, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat,

Çorum, Çankırı, Kırşehir, Kırıkkale, Aksaray, Keskin, Kulu, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Çiçekdağı, Sorgun, Ürgüp, Sivas, Karataş, Gemerek, Tomarza, Kangal, Merzifon, Boyabat, Esenboğa, Çerkes, Tosya, Ilgaz

423,65 67,5 0,16

Çeltikcibaşı Çankırı, Esenboğa, Çerkes, Kızılcahamam, Tosya, Ilgaz 432,02 128 0,30 Bulakbaşı Divriği, Suşehri, Sivas 418,76 260 0,62 Kulaköprüsü Boğazlıyan, Kaman, Çorum, Çankırı, Kırşehir, Kırıkkale,

Keskin, Yozgat, Çiçekdağı, Gemerek, Sorgun, Tosya 408,03 45,3 0,11

Çadırhöyük Boğazlıyan, Kaman, Çorum, Çankırı, Kırşehir, Kırıkkale, Keskin, Yozgat, Çiçekdağı, Gemerek, Sorgun, Tosya

407,87 40,4 0,12

Karaözü Divriği, Suşehri, Sivas, Kangal, Pınarbaşı, Tokat, Gemerek 423,77 113 0,27 Purtulu Boyabat, Bozkurt, Tosya, Ilgaz, Kastamonu, Devrekanı 513,79 97,7 0,19 Tuzköy Divriği, Suşehri, Sivas, Kangal, Pınarbaşı, Tokat, Gemerek,

Boğazlıyan, Kayseri, Karataş, Ürgüp, Tomarza, Nevşehir, Yozgat

441,97 67,2 0,16

Karaköyköprüsü Boğazlıyan, Kaman, Pınarbaşı, Divriği, Suşehri, Tokat, Çorum, Çankırı, Kırşehir, Kırıkkale, Aksaray, Keskin, Kulu, Yozgat, Kayseri, Nevşehir, Çiçekdağı, Sorgun Ürgüp, Karataş, Sivas, Gemerek, Tomarza, Kangal, Merzifon, Boyabat, Esenboğa, Çerkes, Tosya, Ilgaz

423,56 26,6 0,06

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00 550,00


Sonuçlar

Bu çalışmada Kızılırmak Havzası ve alt havzaların akış katsayıları tespit edilmiştir. Havzanın yağış-akış katsayısı, literatür ile uyumlu bir Şekilde, 0,17 olarak hesaplanmıştır. Su akımının düzenlenmesinden dolayı, baraj mansabında bulunan ölçümlerin gerçekçi olmadığı sonucuna varılmıştır. 1975-2005 yılları arasında, 30 yıllık süreçte hizmete giren Altınkaya, Kapulukaya, Derbent, Sarıoğlan, İmranlı ve Yamula Barajları bulunmaktadır. Bu barajlar içerisinden mansabında AGİ istasyonu bulunan barajlar ise Altınkaya, Kapulukaya, Yamula ve İmranlı’dır. Kapulukaya barajı ve Yahşihan ve İnözü istasyonları ele alınarak grafiği çıkarılmış, ayrıca baraj etkisi altında bulunmayan Söğütlühan istasyonunun da grafiği çizilmiş ve baraj yapımı sonrası grafik eğiminin değişiklik gösterdiği, bunun sonucunda baraj yapımı sonrası sağlıklı sonuçlar elde edilemediği gözlemlenmiştir. Baraj yapımı öncesi ve sonrası için çizilen grafikler incelendiğinde barajlar yapıldıktan sonra grafik eğiminin arttığı gözlemlenmiştir. Baraj etkisi altında bulunmayan Söğütlühan’ın daha kararlı ve gerçeğe daha yakın bir grafiği çıktığı gözlemlenmiştir.

Kaynaklar

Balcanlı, Ü.G., Dikbaş, F., Baran, T. (2012) Kuraklık Analizinde Entropi Yöntemi. VII.Ulusal Hidroloji Kongresi 26-27 Eylül2012, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta. Bahadır, M. (2011) Kızılırmak Nehri Akım Değişimlerinin İstatistiksel Analizi. Turkish Studies- International Periodical For The Languages, Literature and History of Turkish or Turkic Vol. 6, No. 3, pp.1339-1356. Bayazıt, M. (1999) Hidroloji. İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul. Costa, H.C., Botta, A., Cardille, J.A. (2003) Effects of large-scale changes in land cover on the discharge of the Tocantins River, South eastern Amazonia. Journal of Hydrology, 283: pp. 206-217. Çakmak, B. (2002) Kızılırmak Havzası Sulama Birliklerinde Sulama Sistem Performansının Değerlendirilmesi. KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi Vol. 5, No. 2, pp.130-141.


Demirkesen, A.C. (2003) Sayısal Yükseklik Modellerinin Analizi ve Sel Basman Alanlarının Belirlenmesi. TUJK 2003 yılı Bilimsel Toplantısı Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Jeodezik Ağlar Çalıştayı, 24-26 Eylül, Bildiriler Kitabı, Konya, pp.192-202. Evcimen, T., Tiğrek, Ş. (2011) Susuz Başkent; Ankara. II. Su Yapıları Sempozyumu 16-18 Eylül Bildiriler Kitabı, Diyarbakır, pp.303-315. Kadıoğlu, M., Şen, Z. (2001) Monthly precipitation-runoff polygons and mean runoff coefficients. Hydrological Sciences Journal Vol. 46, No. 1, pp. 3-11. Köse, M., Terzi, Ö., İlker, A., Ergin, G. (2011) Uyarlamalı Ağ Tabanlı Bulanık Mantık Çıkarım Sistemi İle Kızılırmak Nehrinin Akım Tahmini. 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), Bildiriler Kitabı, Elazığ, s.162-165. Meriç, B.T. (2004) Su Kaynakları Yönetimi Ve Türkiye. Jeoloji Mühendisliği Dergisi Vol. 28,No. 1, pp.27-38. Merwade, V. (2012) Watershed and Stream Network Delineation using ArcHydro Tools. Purdue Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği ders notları. Pektaş, A.O. (2012) Büyük Havzalarda Akış Katsayısının Hesaplanması. Ph.D. Thesis, İstanbul Teknik Üniversitesi. Oğuzlar, A. (2001) Alan Araştırmalarında Kayıp Değer Problemi ve Çözüm Önerileri. V. Ulusal Ekonometri ve İstatistik Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, Adana, pp.1-30. Strager, M.P., Fletcher, J.J., Strager, J.M., Yuill, C.B., Eli, R.N., Petty, J.T., Lamont, S.J. (2010) Watershed analysis with GIS: The Watershed characterization and modeling system software application. Computers and Geosciences 36, pp. 970-976. Yanmaz, A.M. (2013) Applied Water Resources Engineering. 4th Edition. Çankaya-Ankara: Tarcan Matbaacılık Yay. San.


Büyük Menderes Havzası Yağışlarında Eğilim Analizi

İnş. Müh. Özkan Çakmak, STM GRUP Turan Güneş Bulvarı, Korman Sitesi No:51/K Çankaya Ankara

Tel:(312) 438 44 84 E-Posta: [email protected]

Prof. Dr. Türkay Baran

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik, Hidroloji ve Su Kaynakları Anabilim Dalı, Buca, 35160, İzmir


Öz Havza yönetimi, su kaynaklarının, yağış, akış, sıcaklık, buharlaşma gibi parametreler göz önünde bulundurularak havza ölçeğinde ele alındığı planlama anlayışı olarak tanımlanmaktadır. Entegre havza yönetimi kavramı, günümüzde tüm dünyada su kaynaklarının planlanması ve yönetiminde önemli bir yaklaşım olup; konuyla ilgili tüm kesimlerin görüş, beklenti ve amaçlarını dengeleyecek bir planlama, organizasyon ve kontrol mekanizması uygulanması esas alınır. Havza içinde suyun niceliksel - niteliksel dağılımının ötesinde, mevcut suyun etkin biçimde kullanımı önem taşımaktadır. Suyun etkin kullanımı; tüketimi denetlemenin yanı sıra, mevcut su kaynaklarının da verimli değerlendirilmesiyle mümkündür. Bu bağlamda havzadaki mevcut meteorolojik verilerin doğru şekilde incelenmesi ve analiz edilmesi, akış gözlemleri ile kalibre edilmeleri gerekmektedir. Su kaynaklarının planlanması ile ilgili yapılan birçok çalışmada iklim değişikliğinin etkileri ya da yağış koşullarındaki değişimlere bağlı olarak, gözlenmiş verilerde eğilim gözlenmektedir. Eğilimin niteliğinin, başlangıç tarihinin anlamlı olarak belirlenmesi, havza yönetimi kararları açısından da büyük önem taşımaktadır. Sunulan çalışmada, Büyük Menderes Havzası’nda bulunan DSİ ve DMİ’ye ait 40 farklı yağış gözlem istasyonundan (YGİ) elde edilen aylık ve yıllık yağış verileri kullanılarak eğilim analizleri yapılmıştır. Eğilim değerlerinin anlamlılığı, Student-t ve Mann-Kendall test istatistiği kullanılarak incelenmiş; uzun yıllar yağış verileri için, yıllık toplam yağışların havza bazında artma veya azalma eğiliminde olmadığı belirlenmiştir. Anahtar sözcükler: Gidiş analizi, eğilim, Mann-Kendall, Büyük Menderes.

Giriş Türkiye karmaşık iklim yapısı içinde, özellikle küresel ısınmaya bağlı olarak görülebilecek bir iklim değişikliğinden en fazla etkilenecek ülkelerden biri olarak


tanımlanmaktadır (Türkeş, 1998). Ülkenin üç tarafından denizlerle çevrili olması, parçalanmış bir topografyaya sahip bulunması ve orografik özellikleri gibi coğrafi yapıya bağlı nedenlerle, bölgelerin iklim değişikliğinden farklı biçimlerde, değişik derecelerde etkilenmesi beklenmelidir. İklim elemanları içerisinde zaman ve mekân bakımından en fazla değişkenlik gösteren parametre yağış olup, bu yönde izlenen artış ve azalışlar iklim değişimine yönelik en önemli kanıt özelliği taşımaktadır. Türkiye’de yağış değişimleri konusunda yapılan çalışmalar (Türkeş, 1996)incelendiğinde, yıllık yağışların azalma eğilimi içinde olduğu ve kurak dönemlerin sayısının 1970 sonrası arttığı görülmektedir. Büyük Menderes gibi geniş bir drenaj havzasında yağış dağılımındaki farklılıklar doğal yaşamı, ekosistemi, tarım ve ekonomik sektörü etkileyerek, kuraklık ve sel gibi doğal afetlere neden olur. İklim değişimi nedeniyle, incelenen hidrolojik değişkenlerin eğilim gibi deterministik bir bileşen içerip içermediği sorusu önem kazanmıştır. Hidrolojik zaman serilerinde olabilecek eğilim bileşenleri gidiş analizi yapılarak, uygulanacak parametrik/parametrik olmayan testlerle belirlenlir. Bu çalışmada, Büyük Menderes Havzası’nda bulunan yağış gözlem istasyonlarında gözlenen aylık ve yıllık yağışların eğilim analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, gidiş analizleri, Student t ve Mann-Kendall test istatistiği kullanılmıştır.

Büyük Menderes Havzası Verileri Havza özellikleri Büyük Menderes Havzası Türkiye’nin güneybatısında, Batı Anadolu’da, 37° 12’- 38° 40’ kuzey enlemleri ile 27° 15’- 30° 15’ dogu boylamları arasında yer almaktadır. Havzanın kuzeyinde İzmir, Manisa, Uşak; güneyinde Muğla; doğusunda Afyon ve Burdur illeri; batısında Ege Denizi bulunmaktadır. Türkiye yüzölçümünün %3,2’sini oluşturmakta olup, içerisinde Afyon, Uşak, Denizli, Muğla ve Aydın illerinin bir kısmını kapsamaktadır. Havza toplam yağış alanı 24.873 km2 dir. Havza genel vaziyet planı Şekil.1’de gösterilmiştir.

Şekil.1 Büyük Menderes Havzası Genel Vaziyet Planı


Büyük Menderes Havzası’nın Kıyı Ege kesimlerinde tipik Akdeniz iklimi, iç kısımlarinda ise kara iklimi hüküm sürmektedir. Havzanın batı kesimlerinde maksimum aylık yağış 79 mm ile 132,3 mm arasında değişirken, doğu kesimlerinde bu deger 14 mm ile 80,2 mm arasında değişkenlik göstermektedir. Yıllık toplam yağış ortalamasının havzanın doğu kesimlerine doğru 999,1 mm’den 350,4 mm’ye kadar azaldığı, ortalama yıllık yağışın ise 635 mm olduğu gözlenmiştir. Ortalama yıllık toplam buharlaşma ise 2122 mm olarak gerçekleşmektedir. Büyük Menderes Nehri Dinar yakınlarındaki kalker oluşumlarından kaynaklar halinde doğar ve batıya doğru akıp Ege Denizi’ne ulaşmadan önce İzmir’in 115 km güneyinde bulunan Büyük Menderes Deltası’nda 584 km mesafe kat eder. Nehrin akis güzergahı boyunca birçok menderes bulunmaktadır. Ana kolları Çine, Banaz, Çürüksu ve Akçay'dır. Küçük kollarının çoğu yaz donemi boyunca kurudur. Büyük Menderes Havzası'nda deniz seviyesinden yükseklik, havzanın batı tarafından başlayarak Büyük Menderes nehir yatağı boyunca havzanın ortalarına kadar 0 ile 500 m arasında değişmekte ve havzanın batısından, güneyine, kuzeyine ve doğusuna doğru artmaktadır. Özellikle havzanın kuzeyinde ve güneyinde 1000 ila 1500 m'ye ulaşmaktadır. Büyük Menderes Nehri, Işıklı Gölü, Bafa Gölü ve Büyük Menderes Nehri Deltası gibi Doğu Akdeniz bölgesinin sulak alanlarını kapsayan önemli bir nehir sistemidir. Tablo.1 havza hakkında bazı önemli verileri sunmaktadır.

Tablo.1 Büyük Menderes Havzası Genel Bilgileri

Koordinatlar 37° 10' - 38° 55' kuzey 27°- 30° 36' doğu

Nüfus Yaklaşık 2,4 milyon Nüfusu 2000’den büyük merkez sayısı 116 Alan 24873 km2 Ortalama yıllık yağış miktarı 635 mm (350 mm – 950 mm) Delta alanı 98 km2 (16,7 km2’si milli park)

Havzadaki arazi kullanımı

%44 tarım %33 yarı doğal alanlar %20 ormancılık %2 kırsal ve kentsel alanlar %1 yüzey suları

Veriler Büyük Menderes Havzası’nda bulunan DSİ ve DMİ’ye ait 40 farklı yağış gözlem istasyonundan (YGİ) elde edilen aylık ve yıllık yağış verileri kullanılarak eğilim analizi uygulanmıştır. Çalışma kapsamında kullanılan istasyonlar, istasyon numaraları, yükseklikleri ve gözlem süreleri Tablo.2 ve Tablo.3’te gösterilmiştir.


Tablo.2 DSİ Yağış Gözlem İstasyonları

No İstasyon No İstasyon Adı Yükseklik Gözlem Aralığı

1 07-001 Kozlar 1000 1970-1996 2 07-002 Somak 550 1970-2009 3 07-003 Yavaşlar 1050 1964-2001 4 07-006 Bafa (Çamiçi) 110 1967-2009 5 07-007 Kemer Barajı 200 1963-1996 6 07-008 Sofular 935 1968-1982 7 07-009 Serban 1240 1967-2000 8 07-011 Başçayır 380 1971-1998 9 07-012 Kafaca (Kaplancık) 430 1962-1981

10 07-013 Kozağaç (Muğla Merkez) 885 1962-2003 11 07-014 Kozağaç (Muğla Yatağan) 630 1962-2007 12 07-015 Kırıkköy 348 1968-2009 13 07-016 Işıklı Gölü Regülatörü 825 1963-2009 14 07-017 Yeşiloba (Medele) 710 1968-2009 15 07-018 Sarıkemer 40 1968-2001 16 07-019 Kavakalanı 1200 1969-1992 17 07-020 Kayran 600 1971-2009 18 07-021 Aşağı Örencik 700 1971-1993 19 07-022 Aşağı Karacahisar 1190 1963-2009 20 07-023 Burhaniye (Buharkent) 115 1963-1999 21 07-026 Hasköy 450 1963-1994 22 07-027 Alpaslan 1150 1973-1990 23 07-030 Adıgüzel Barajı 330 1992-2008 24 07-031 İbrahimkavağı 700 1983-2006 25 07-032 Beyköy (İncirliova) 600 1982-2007 26 07-033 Çalıköy 895 1983-2004 27 07-034 Topçam Barajı 118 1986-2009 28 07-037 Seki Köyü 710 1993-2007 29 07-038 Yaylakavak Barajı 164 1998-2009

Tablo.3 DMİ Yağış Gözlem İstasyonları

No İstasyon No İstasyon Adı Yükseklik Gözlem Aralığı

1 6657 Kuyucak 100 1986-2008 2 17188 Uşak 919 1975-2008 3 17233 Didim 44 1996-2008 4 17234 Aydın 56 1975-2008 5 17237 Denizli 425 1975-2008 6 17292 Muğla 646 1975-2008 7 17824 Güney 825 1975-2008 8 17850 Sultanhisar 73 1975-2008 9 17860 Nazilli 84 1975-2008

10 17862 Dinar 864 1975-2008 11 17886 Yatağan 365 1975-2008


Eğilim Araştırması için Kullanılan Yöntemler Student t Testi Birbirleriyle ilintili iki ya da daha çok rastgele değişkenin aynı gözlem sırasında aldıkları değerler istatistiksel olarak birbirinden bağımsız değilse, söz konusu değişkenlerin arasındaki bağımlılığın derecesinin tanımlanması gerekir. Çalışmada, aylık toplam yağışlardaki gidişler için basit doğrusal regresyon tipinde bir ilişkinin varlığı araştırılmıştır. Korelasyon katsayısı ( YXr , ), iki rastgele değişkenin arasındaki ilişkinin ölçüsü olup, mutlak değerinin 1’e yaklaşması ilişkinin güçlendiğini göstermektedir (Bayazıt, 1981). Korelasyon katsayısının örnek değeri:

yx

N

iii

YX SNS

yyxxr

1, (1)

ifadesiyle belirlenebilir. Burada; xi, yi: karşılıklı olarak gözlenmiş değerler, x , y : veri dizilerinin ortalamaları ve Sx, Sy; veri dizilerinin standart sapmalarını göstermekte olup, N karşılıklı gözlenmiş veri sayısıdır. Korelasyon katsayısının anlamlılığının kontrolü amacıyla Student t test istatistiği kullanılmıştır (Bayazıt, 1981).

21

2

r

Nrt

(2)

X ve Y arasında, 05,0 anlamlılık düzeyinde, anlamlı bir doğrusal bağımlılık bulunup bulunmadığı hesaplanan t istatistiği değerinin, serbestlik derecesi ( ) dikkate alınarak bulunan

,2

t değeri ile karşılaştırılması ile belirlenebilir. Dolayısıyla, doğrusal

korelasyon katsayısı değeri için hesaplanan t istatistiği

21

2

r

Nrt

>

,2

t

olduğunda eğilim vardır sonucuna varılabilir. Mann-Kendall Testi

Parametrik olmayan Mann-Kendall sıra korelasyon testi hidro-meteorolojik zaman serilerinde meydana gelebilecek artma veya azalma yönündeki gidişlerin istatistiksel önemini test etmede oldukça sık kullanılmaktadır.


Bu gidiş testi i= 1,…, n-1’e kadar sıralanmış olan bir ix veri setine ve j= i + 1,…, n’e kadar sıralanmış olan bir jx veri setine uygulanır. Her bir sıralanmış rakam ix bir

referans noktası olarak kullanılır ve diğer sıralanmış veri grubu jx ile aşağıdaki denklemde verildiği gibi kıyaslanır (Yue, Wang, 2002):

ij

ij

ij

j

xx

xx

xx

xx

; 1-

; 0

; 1

)-(sgn i (3)

Mann-Kendall test istatistiği S ise

1

1 1

sgnn

i

n

ijij xxS (4)

ifadesiyle belirlenebilir. Denklemde n yıl olarak veri uzunluğudur. S değeri ise n 8 olduğunda aşağıda verilen ortalama ve varyans ile yaklaşık olarak normal dağılım gösterir. Eğer n≥30 ise z testi, t-testine yaklaşır (Hirsch, ve diğ., 1982):

0 SE (5)

18

521521)( 1

P

iiii tttnnn

SVar (6)

Burada, p veri setindeki bağıl grupların sayıları, ti değeri i uzunluğundaki bir seride bağlı gözlemleri göstermektedir. Eşitlikteki toplama terimi sadece veride bağlı gözlem olduğunda kullanılır. Standartlaştırılmış Mann-Kendall istatistiği Z ise Denklem (7)’de verildiği gibi hesaplanabilmekte ve seride gidiş yoktur sıfır hipotezi ( 0H ) varsayımı altında ortalaması sıfır, varyansı bir olan standart normal dağılım göstermektedir.

0 ; )Var(

1

0 ; 0

0 ; )Var(

1

SS

S

S

SS

S

Z (7)

Sıfır hipotezi Mann-Kendall test istatistiği tabloZ , 1-α/2 Z tabloZ , 1-α/2 ise kabul edilmektedir. Artı Z değeri yağışlarda artışı gösterirken, eksi Z değeri azalışa işaret etmektedir (Yu, ve diğ., 1993).


Bulgular Havza genelinde kurak/sulak dönemlerin belirlenebilmesi için ilk adım, uzun süreli gözlemlerin değerlendirilmesidir. Bu sebeple havzada yer alan DSİ VE DMİ istasyonlarında gözlemlenen yağışlar değerlendirilerek herhangi bir eğilim olup olmadığı araştırılmıştır. Yıllık toplam yağışlar için eğilim sonuçları hem DMİ hem de DSİ istasyonları için Tablo.4 ve Tablo.5’te gösterilmiştir. Verileri irdelenen 40 yağış gözlem istasyonundan beşinde (Yavaşlar, Kemer Barajı, Kırıkköy, Yeşiloba, Burhaniye) azalış eğilimi, ikisinde (Topçam Barajı, Kuyucak) ise artış eğilimi gözlenmiştir. Artış eğilimi gösteren istasyonların aylık yağışlarında bir artış belirlenmemiştir. Azalış eğilimi gösteren istasyonların üçünde (Yavaşlar, Kırıkköy, Yeşiloba) ise, özellikle Aralık, Ocak ve Haziran aylarında azalış eğilimi gözlenmiştir. Büyük Menderes Havzasında gözlenen yağış verileri ile ilgili daha önce yapılan benzer çalışmalarda, az sayıda DSİ ve DMİ istasyon verisi kullanıldığı göze çarpmaktadır. Türkeş ve diğ. (2009), Mann-Kendall yöntemini kullandıkları çalışmada, yıllık toplam yağışların 1930-2002 yılları arasında Denizli istasyonunda arttığını belirlemişlerdir. Fakat artmanın %5 düzeyinde istatistiksel olarak anlamlı olmadığı bulunmuştur. Özkul, (2009) benzer bir çalışmada, toplam yağışların Denizli’de 1947-1994, Aydın’da 1929-1999 ve Yatağan’da 1975-2000 yılları arasında %5 düzeyinde istatistiksel olarak anlamlı olmayan bir azalma tespit etmiştir. Durdu, (2010) 1963-2007 yılları arasında, Afyon, Aydın, Denizli ve Uşak istasyonlarında gözlenen yağış verilerini Student t ve Mann-Kendall testlerini kullanarak incelediği çalışmasında yağışlarda %5 düzeyinde istatistiksel olarak anlamlı olmayan bir azalma olduğunu belirlemiştir. Yeşilırmak ve diğ. (2011), 1960-2007 yılları arasında 16 istasyona ait verileri kullanarak yaptıkları çalışmada, havza bazında yıllık toplam yağışların 1960 yılından itibaren azalma eğiliminde olduğunu, fakat bu eğilimin %5 düzeyinde istatistiksel olarak anlamlı olmadığını tespit etmişlerdir.

Tablo.4 DMİ Yıllık Toplam Yağış Eğilim Sonuçları


Student t Testi

Mann-Kendall R

Kuyucak 1986-2008 Artış Eğilimi Artış Eğilimi 0,440 Uşak 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,097 Didim 1996-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,492 Aydın 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,156 Denizli 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,181 Muğla 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,218 Güney 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,224 Sultanhisar 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,137 Nazilli 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,210 Dinar 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,066 Yatağan 1975-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,094


Tablo.5 DSİ Yıllık Toplam Yağış Eğilim Sonuçları


Student-t Testi

Mann-Kendall R

Kozlar 1970-1996 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,281 Somak 1970-2009 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,085 Yavaşlar 1964-2001 Azalış Eğilimi Azalış Eğilimi 0,361 Bafa (Çamiçi) 1967-2009 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,108 Kemer Barajı 1963-1996 Azalış Eğilimi Azalış Eğilimi 0,444 Sofular 1968-1982 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,393 Serban 1967-2000 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,252 Başçayır 1971-1998 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,155 Kafaca (Kaplancık) 1962-1981 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,399 Kozağaç (Muğla Merkez) 1962-2003 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,230 Kozağaç (Muğla Yatağan) 1962-2007 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,260 Kırıkköy 1968-2009 Azalış Eğilimi Azalış Eğilimi 0,446 Işıklı Gölü Regülatörü 1963-2009 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,190 Yeşiloba (Medele) 1968-2009 Azalış Eğilimi Azalış Eğilimi 0,620 Sarıkemer 1968-2001 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,254 Kavakalanı 1969-1992 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,334 Kayran 1971-2009 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,245 Aşağı Örencik 1971-1993 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,265 Aşağı Karacahisar 1963-2009 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,130 Burhaniye (Buharkent) 1963-1999 Azalış Eğilimi Azalış Eğilimi 0,328 Hasköy 1963-1994 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,252 Alpaslan 1973-1990 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,265 Adıgüzel Barajı 1992-2008 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,016 İbrahimkavağı 1983-2006 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,243 Beyköy (İncirliova) 1982-2007 Eğilim Yok Azalış Eğilimi 0,282 Çalıköy 1983-2004 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,043 Topçam Barajı 1986-2009 Artış Eğilimi Artış Eğilimi 0,454 Seki Köyü 1993-2007 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,152 Yaylakavak Barajı 1998-2009 Eğilim Yok Eğilim Yok 0,159

Sonuçlar

Bir havzada çok sayıda istasyona ait veri söz konusu olduğunda, havza bazında genel bir eğilim olup olmadığını tespit etmek yararlı olabilir (Gilbert, 1987). Büyük Menderes Havzası’nda yer alan ve daha önceki benzer çalışmalarda kullanılmamış olan istasyonların da dahil edildiği bu çalışmada, uzun süreli gözlenmiş yağış verileri üzerinde Student t ve Mann-Kendall testleri kullanılarak eğilim analizleri yapılmıştır. Uzun yıllar yağış verileri incelendiğinde yıllık toplam yağışların havza genelinde artma veya azalma eğiliminde olmadığı belirlenmiştir. Yıllar boyu DSİ ve DMİ tarafından yayınlanacak olan istasyon verileri kullanılarak bu ve benzer çalışmalar tekrarlanıp Büyük Menderse Havzası yağışlarında bir eğilimin olup olmadığı incelenebilir.


Kaynaklar Bayazıt, M. (1981) Hidrolojide İstatistik Yöntemler, T.C. İstanbul Teknik Üniversitesi Kütüphanesi, Sayı: 1197, Teknik Üniversite Matbaası Gümüşsuyu, İstanbul. Durdu, Ö. F. (2010) Effects of climate change on water resources of the Büyük Menderes river basin, western Turkey, Turkish Journal of Agriculture and Foresty, 34, 319-332 Gilbert, R. O. (1987) Statistical methods for environmental pollution monitoring, Van Nostrand Reinhold, New York. Hirsch, R. M., Slack, J. R., and Smith, R. A. (1982) Techniques of trend analysis for monthly water quality data, Water Resources Research, 187, 107-121. Özkul, S. (2009) Assesment of climate change effects in Aegean river basins: the case of Gediz and Buyuk Menderes Basins, Climatic Change, 97: 253-283 Türkeş, M. (1996) Spatial and Temporal Analysis of Annual Rainfall Variations in Turkey, International Journal of Climatology, 16, 1057-1076. Türkeş, M. (1998) İklimsel Değişebilirlik Açısından Türkiye’de Çölleşmeye Eğilimli Alanlar, II. Ulusal Hidrometeoroloji Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, Ankara. Türkeş, M., Koç, T. and Sariş, F. (2009) Spatiotemporal variability of precipitation total series over Turkey, International Journal of Climatology, 29, 1056-1074 Yeşilırmak, E., Akçay, S. and Dağdelen, N. (2011) Büyük Menderes havzasında yıllık toplam yağışların zamansal değişimleri, ADÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 8(1): 37-46 Yu, Y. S., Zou, S. and Whittemore, D. (1993) Non parametric trend analysis of water quality data of rivers in Kansas, Journal of Hydrology, 150, 61-80. Yue, S., Wang, C.Y. (2002) Regional Streamflow Trend Detection with Consideration of Both Temporal and Spatial Correlation. International Journal of Climatology, 22(8):933–946.


HEC-RAS Paket Programı İle Manavgat İlçesi Ilıca Deresi Taşkın Bölgesinin Modellenmesi

İnş. Yük. Müh. Murat ÜYÜKLÜOĞLU DSİ Gen. Müd., Proje ve İnş. Dairesi Başk., Sanat Yapıları Şube Müd., 06100 Ankara

Tel: (312) 454 53 29, e-posta: [email protected]

Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi, Müh.-Mim. Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 66100 Yozgat


Dr. Burak TURAN NFB Mühendislik Müşavirlik Çankaya, Ankara


Öz

Tarihten günümüze kadar, su; insanoğlu için yaşamın temel bir kaynağı olarak çok önemli bir yere sahip olmuştur. Son yüzyıllarda nüfus artışından ve bunu bağlı olarak suya olan ihtiyacın da artmasından dolayı, taşkın yataklarında daha geniş yerleşim alanları kurulmuştur. Bu taşkın yataklarında artan yerleşim alanları, bir taşkın meydana geldiğinde artan can ve mal kayıplarıyla sonuçlanmıştır. Taşkın sırasında oluşan bu can ve mal kayıplarını en aza indirmek için alınacak önlemlerin başında dere yatağı ıslahı ve dere üzerindeki sanat yapılarının düzenlenmesi gelir. Bu düzenlemeleri yapabilmek içinde taşkın sırasındaki su seviyelerinin bilinmesi gerekir. Su yüzü seviyelerinin hesaplanması için hesap ve analiz kolaylığı sağlayan paket programlar geliştirilmiştir. Bu programlardan birisi de ABD Ordusu Mühendislik Birliği tarafından gelistirilen HEC-RAS paket programıdır. Bu çalışmada, uygulama alanı olarak Antalya İli Manavgat İlçesi sınırları içerisinde bulunan Ilıca Deresi seçilmiştir. Ilıca Deresi taşkın yatağı üzerinde alınan kesitlerle oluşturulan modellemede HEC-RAS programı çalıştırılıp su yüzü profillerinden elde edilen su üst kotlarıyla taşkın yayılım alanları belirlenmiştir. Oluşan bu taşkın yayılım alanlarını dere yatağının içinde tutacak şekilde yeni bir güzergah seçilip dere yatağı ıslah edilmiştir. Islah edilen dere yatağı üzerinde yapılan HEC-RAS çalışmasındaki su yüzü profilleri incelendiğinde taşkının kontrol altına aldındığı görülmüştür. Anahtar sözcükler: Taşkın, Su Yüzü Profili, Açık Kanal, Manning Katsayısı, HEC-RAS.


1. Giriş

Taşkınlar bir doğa olayı olarak bilinmektedir fakat insanoğlunun doğaya karşı olan sürekli müdahaleleri yüzünden taşkın etkisi gün geçtikçe artmaktadır. İnsanoğlunun sebep olduğu taşkınlar, taşkın yataklarına olan müdahalelerin, baraj ve sedde yapımındaki yanlış projelendirmelerin ve yetersiz planlamaların sonucunda meydana gelirken; doğal taşkınlar yağış, heyelan veya iklim değişikliği gibi farklı faktörlerden meydana gelmektedir. Doğal afetlerin tam olarak önüne geçilmesi mümkün değildir. Ancak doğal afetlerin önlenebilmesi için çeşitli koruma önlemleri alınarak doğal afetlerin yıkıcı etkileri kontrol altına alınmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmaların başında dere yatağı ıslahı ve dere üzerindeki sanat yapılarının düzenlenmesi gelir. Bu düzenlemeleri yapabilmek içinde taşkın sırasındaki su seviyelerinin bilinmesi gerekir. Su yüzü seviyelerinin hesaplanması için hesap ve analiz kolaylığı sağlayan paket programlar geliştirilmiştir. Bu programlardan birisi de ABD Ordusu Mühendislik Birliği tarafından geliştirilen HEC-RAS paket programıdır (Üyüklüoğlu, M., 2015).

2. HEC-RAS Programı ve Manning Denklemi HEC-RAS paket programı, bir boyutlu olarak, dört farklı nehir analizi yapabilmektedir. Bunlar;

1. Düzenli akım su yüzü profillerinin hesabı 2. Değişken akım modellemesi 3. Hareketli katı sınır sediment taşınım modellenmesi 4. Su kalitesi analizi çalışmalarıdır (HEC User Guide, 2010).

Bu dört metot için de programda geometrik veriler tanımlanarak, geometrik ve hidrolik hesaplar yapılmaktadır. Düzenli üniform akım, akım özelliklerinin yer ve zamana bağlı değişmediği akım durumunu temsil eder. Yavaş değişen akımın temel niteliği, bir kesitten diğerine olan su derinliği ve hızındaki ufak tefek değişikliklerdir. HEC-RAS programı kritik altı, kritik üstü ve her ikisinin de mevcut olduğu akım problemlerinde çözüm yapabilmektedir. HEC-RAS tarafından su yüzü profillerini hesaplamak için bir boyutlu enerji denklemi kullanılmaktadır. Bu denklemle birlikte enerji kayıpları için Manning denklemindeki sürtünme katsayısı, daralma ve genişleme değişikliklerine bağlı hız yüksekliğindeki değişim için kinetik enerji düzeltme katsayısı ve su yüzünün ani değiştiği yerlerde momentum denklemi kullanılmaktadır. Nehir rejiminden sel rejimine geçişlerde (hidrolik sıçrama), köprülerin neden olduğu akım özelliklerinin değişiminde ve nehirlerin birleştiği kesitlerde oluşan akım özelliklerinin incelenmesinde de bu denklemler kullanılarak çözüm yapılmaktadır. 1889 yılında İrlandalı mühendis Robert Manning tarafından ortaya konulan formül aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir (Chow, V.T., 1959):

2/3 1/2(1/ )V n R J (1) /R A P (2)

Burada V hızı, R hidrolik yarıçapını, A ıslak alanı, P ıslak çevreyi, J kanal taban eğimini, n Manning pürüzlülük katsayısını simgelemektedir. Basit ve doğru sonuçlar


vermesi nedeniyle, Manning formülü, üniform akımlar için açık kanal hesaplarında en çok kullanılan formüldür. Manning pürüzlülük katsayısı (n) belirlenirken dört farklı yaklaşımla seçim yapılabilir:

1. n katsayısını etkileyen faktörleri anlayarak ve böylece tahmin aralığını daraltarak.

2. Çeşitli kanallar için elde edilmiş n katsayıları çizelgesini elde ederek 3. n katsayısı bilinen kanalları inceleyerek 4. Teorik hız dağılımı ve pürüzlülük ölçümlerine bağlı n katsayısını belirleyerek.

Manning pürüzlülük katsayısı (n) belirlenirken ülkemizde de sıkça kullanılan bir yöntem Cowan metodudur. Devlet Su İşlerinin (DSİ) taşkınlar konusunda elde ettiği tecrübe, pürüzlülük katsayısı hesabında ülkemiz dere yatakları için en uygun yöntemin “Cowan Metodu” olduğu şeklinde değerlendirilmektedir. Söz konusu yöntem 1956 yılında W. L. Cowan tarafından geliştirilmiş ve 1989 yılında U.S. Geological Survey tarafından modifiye edilmiştir. DSİ ihtisas komisyonu tarafından geliştirilen “Modifiye Cowan Metodu DSİ Formatı” adı altındaki çalışma Tablo 1’de gösterilmektedir. “Kanal şev durumu (n1)” parametresi ülkemizde en sık kullanılan tesis tiplerine göre sınıflandırılarak kullanıcılar arası birlikteliğin sağlanması amaçlanmıştır.

Tablo 1. Modifiye Cowan Metodu DSİ Formatı Pürüzlülük Katsayıları (DSİ, 2015).

Yataktaki Malzeme Cinsi

Beton

Medyan dane çapı (mm)

--

nb

0.012~0.018 Kaya -- --

Sert Toprak -- 0.025~0.032 İri kum 1~2 0.026~0.035

İnce çakıl -- -- Çakıl 2-64 0.028~0.035

İri Çakıl -- -- İri Taş 64~256 0.030~0.050

Yumru Kaya >256 0.040~0.070

Kanal şev durumu

Pürüzsüz

n1

0.000

Beton duvar 0.003 Önemsiz Taş duvar 0.005

İstifli taş tahkimat 0.008 Orta Ağaçsız kaya/ toprak yamaç 0.010

İstifsiz taş tahkimat 0.015 Şiddetli Ağaçlı yamaç 0.020

Kanal kesit değişimi Aşamalı

n2 0.000

Ara Sıra Değişen 0.005 Sık Değişen 0.010~0.015

Kanaldaki engeller (Birikinti, Tümsek, Düşü, Kaya, Köprü

Ayağı)

İhmal Edilebilir Engel/Kesit alanı

×100

<%5

n3

0.000 Önemsiz %5-15 0.010~0.015

Kayda Değer %15-50 0.020~0.030 Şiddetli >%50 0.040~0.060

Kanal bitki örtüsü

Düşük

n4

0.005~0.010 Orta 0.010~0.025

Yüksek 0.025~0.050 Çok Yüksek 0.050~0.100

Kanal kıvrımı Önemsiz Dere uzunluğu /

kuş uçuşu uzunluk

1-1.2 m

1.000 Kayda Değer 1.2-1.5 1.150

Şiddetli >1.5 1.300 Tablo 1’de verilen katsayılar (nb, n1, n2, n3, n4, m) tek tek belirlendikten sonra Denklem (3)’de yerine konarak pürüzlülük katsayısı (n) elde edilir.

1 2 3 4.( )bn m n n n n n (3)


3. Taşkın Modelleme

Örnek proje çalışma alanı olarak Antalya İli Manavgat İlçesi sınırları içerisinde bulunan Ilıca Deresi seçilmiştir. “Manavgat Ilıca Deresi”nin ıslah edilmesi planlanan 4.39 km’lik kesimi Antalya ili Serik ve Manavgat İlçeleri sınırları içerisinde Ilıca ve Evrenseki Beldelerinin arasında sınır teşkil etmektedir (Turan, B., Mert, E., 2014). Taşkın modellemesi yapılacak olan Ilıca Deresi üzerinde toplam 5 adet sanat yapısı köprü bulunmaktadır. Şekil 1’deki uydu görüntüsünde ve Şekil 2’deki fotoğraflarda gösterilmiştir.

Şekil 1. Ilıca Deresinin Hava Fotoğrafı Üzerindeki Görüntüsü.

Şekil 2. Ilıca Deresi Üzerindeki Sanat Yapıları.

Manavgat Ilıca Deresi’nin mevcut kapasitesini tespit etmek ve taşkınlar için mevcut durumu modellemek amacıyla HEC-RAS hidrolik modeli derenin menderes yaptığı kesimlerde, kritik olan yerlerde, sanat yapılarının memba ve mansaplarında 20 m ve 50 m’yi geçmeyecek şekilde, dere kesitinin değişmediği ve güzergâhın düz olduğu kısımlarda ise, 100 m’yi geçmeyecek şekilde kesitler alınarak hazırlanmıştır. Modellenen 4.39 km uzunluğundaki dere boyunca HEC-RAS modelinde 63 adet kesit

Km: 0+768.86 Km: 1+147.39

Km: 2+442.27 Km: 2+522.24 Km: 4+281.64


kullanılmıştır. Oluşturulan üçgen modelden (TIN) CBS ortamında HEC-GeoRAS ara yüzü kullanılarak alınan kesitler ve arazide alınan kesitler HEC-RAS modeline girilerek mevcut durum HEC-RAS modeli hazırlanmıştır. Mevcut hidrolik modelin oluşturulması ile çeşitli frekanslardaki taşkın sularının nerelere ulaştığı ve hangi lokasyonlar için risk teşkil ettiği, bunun neticesinde de güzergâh üzerinde hangi kesimlerde proje yapılmasının gerekli olduğu tespit edilmiştir. 3.1. Ilıca Deresi Mevcut Durumun HEC-RAS Programında İncelenmesi Ilıca Deresinin mevcut durum hidrolik analizleri düzenli (steady) HEC-RAS modeli (Versiyon 4.1.0) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. HEC-RAS modeli kullanılarak Tablo 2’deki değişik frekanslardaki akımlar için su yüzü kotları hesaplanmış ve su yüzü profilleri oluşturulmuştur.

Tablo 2. Ilıca Deresi HEC-RAS Programında Kullanılan Debiler. Dere

Güzergâhı Kesit (km)

Debiler (m3/s) Q5 Q10 Q25 Q50 Q100 Q500

Ilıca Deresi

Güzergahı (4.39 km)

4+385.78 64 84 113 138 164 221 2+498.00 69 91 121 147 175 235 1+166.96 77 100 133 160 190 254 0+000.00 77 100 133 160 190 254

Bu çalışma kapsamında kullanılan HEC-RAS model girdileri aşağıda özetlenmiştir;

• Arazide dere kesitine dik alınan enkesitler, • Arazide köprü yerlerinde alınan enkesitler ile köprü genişlikleri, köprü ayak

genişlikleri, kiriş alt kotu, yol kotu vb. bilgiler, • Arazide sanat yapıları yerlerinde alınan enkesitler ile yapı boyutları, malzeme

cinsi, yol üst kotu, yol kotu vb. gibi bilgiler, • Harita çalışmaları sırasında alınan XYZ noktaları kullanılarak CBS ortamında

üretilen Üçgen Modelden (Şekil 3) belirli mesafelerde çıkartılan enkesitler, • Gazipaşa Ilıca Deresi boyunca hesaplanan Q5, Q10, Q25, Q50, Q100 ve Q500 taşkın

debileri, • Nehir şev içlerinde, yatakta ve taşkın alanlarındaki Manning pürüzlülük

katsayıları belirlenirken DSİ formatıyla yenilenen Cowan metodundaki kriterler göz önüne alınarak bulunmuş olup; dere güzergâhında yatak pürüzlülük değeri sol ve sağ şevler arasında 0.035; tarım arazilerinde 0.065, ağaçlık alanlarda 0.070 ve yerleşim yerlerinde 0.080 olarak alınmıştır.

• Mansap hidrolik sınır şartı yatak eğimi olan 0.0026 olarak alınmıştır. • Mevcut durum hidrolik modeli hazırlanırken, sanat yapılarının gözlerinin

bitkileşmelerden temizlendiği, rusubattan arındırıldığı varsayılmıştır. Taşkın güzergâhında bulunan her bir sanat yapısı için HEC-RAS modeli kullanılarak çözümlemeler yapılmıştır. Km:0+768.86 ile Km:1+147.39’daki sanat yapılarında kapasite yetersizliği tespit edilmiş olup Şekil 4’de gösterilmiştir. Diğer sanat yapılarının kapasitelerinin yeterli olduğu görülmüştür. Ilıca Deresi mevcut güzergâhı boyunca oluşturulan su yüzü profillerinden ve en kesitlerden kritik olanlar Şekil 5 ve Şekil 6’da gösterilmiştir.


Şekil 3. Ilıca Deresi Boyunca CBS Ortamında Oluşturulan Arazi Yükseklik Modeli

Görünümü.

Şekil 4. HEC-RAS Sonucu Kapasitesi Yetersiz Köprülerin Görünümü.

Şekil 5. Ilıca Deresi Q500 Mevcut Durum Boy Profili.

Su yüzü kotları ve Şekil 4’de gösterilen üç boyutlu arazi yükseklik modeli kullanılarak Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ortamında 10 yıl, 50 yıl, 100 yıl ve 500 yıllık debiler için taşkın risk haritası oluşturulmuş olup Şekil 7’ de verilmiştir.

Km: 0+768.86 Km: 1+147.39


Şekil 6. Ilıca Deresi Mevcut Durum Km: 600.10–231.58 Arası En Kesitleri.

3.2. Ilıca Deresi Taşkın Önleme Çözüm Çalışmaları Taşkın önleme çözüm çalışmaları kapsamında Ilıca Deresi güzergâhı boyunca yerleşim yerleri ve turistik tesisler bulunması nedeniyle hava paylı olacak şekilde Q100 ve hava paysız olacak şekilde Q500 taşkın debilerini taşıyacak şekilde projelendirilmesine karar verilmiştir. Bu çalışmalar yapılırken kamulaştırma maliyetlerini, hafriyat miktarını ve proje esnasında hesabı yapılacak olan taş tahkimat miktarını, özet olarak teknik gerekleri ekonomik maliyetlerle sağlayacak şekilde ve olabildiğince minimumda tutacak güzergâh ve kesitler belirlenmelidir. Mevcut eğimlere ve mevcut şev içi kesit derinliklerine olabildiğince bağlı kalınarak kesit taban genişlikleri büyütülerek özellikle sedde ihtiyacı azaltılmaya ve drenaj problemleri yaratılmamaya çalışılmalıdır. Yukarıda belirtilen kriterler doğrultusunda, ıslahı yapılacak olan dereler için projeli güzergâhın belirlenmesi aşamasında sıralı olarak aşağıdaki adımlar izlenmelidir.

• Mümkün olduğunca mevcut yatak güzergâhına bağlı kalınarak yatak tanzimi yapılmalıdır.

• Mevcut yatak dışına hidrolik mecburiyetler sebebiyle çıkılan hallerde mümkün olduğunca projeli güzergâhın hazine arazilerinden geçmesine, yalnızca kurp yarıçaplarının veya kurplar arası mesafenin nehir hidroliğini olumsuz etkileyeceği düşünülen yerlerde şahıs arazilerinden geçirilmesine izin verilmelidir.

• Hidrolik şartların sağlanamadığı durumlarda mevcut güzergâhta kamulaştırma miktarlarını minimumda tutacak şekilde küpürler kesilerek projeli durum güzergâhı oluşturulmalıdır. Nehir köprü geçişlerinde güzergâh mevcut köprü ayaklarına paralel ve köprüye dik girecek şekilde planlanmalıdır.

• Güzergâh boyunca yan dere bağlantılarının bulunduğu güzergâhlarda yan derenin mansaplandığı kesitteki ana kol sedde üst kotları arazide yan dere projeli güzergâhı boyunca şev kotlarını yakalayacağı noktaya kadar devam ettirilerek kuşaklama yapılmalıdır. Bu sayede ana koldaki olağan su yükselmelerinden dolayı yan dere çevresinde taşkınların önüne geçilecektir.


• Projenin inşaatının en mansaptan yani Km:0+000’dan başlayarak membaya doğru yapılması ve bu sayede yukarıda yapılacak iyileştirme sonucunda artan kesit kapasitesinin mansapta taşkınlara sebebiyet vermesi önlenecektir.

Şekil 7. Ilıca Deresi Mevcut Güzergâhında Oluşması Muhtemel Taşkınların Etki Sınırları Ve Çeşitli Frekanslar İçin Taşkın Tehlike Alanları.

Ilıca Deresi güzergâhı üzerinde yapılan tüm değişiklikler Tablo 3’de ayrıntılı olarak verilmiştir. Taşkın koruma ıslah çalışmasının işleyebilmesi için denizin kabarması sonucunda taşkın sularının gerekli hız ve sürede drenajının sağlanması ve karaya doğru derenin oyulmasının önüne geçmek amacıyla dere çıkış ağzında mahmuz yapısının yapılması gerekmektedir. Şekilde 8’deki paftada dere çıkışı mahmuz yapısı ve mevcut dere güzergâhında yapılan tüm değişiklikler görülmektedir. Ilıca Deresinin projeli durum hidrolik analizleri HEC-RAS modeli kullanılarak Tablo 4’deki değişik frekanslardaki akımlar için su yüzü kotları hesaplanmış ve su yüzü profilleri oluşturulmuştur. Projelendirme çalışmalarında Manning pürüzlülük (n) katsayısı Km:3+985.00–1+100.00 ile 0+130.00–0+000.00 arasındaki trapez kanal kesimler için 0.032, Km:1+100.00–0+130.00 arasındaki beton duvarlı kanal kesimler için 0.016 kabul edilmiştir.


Tablo 3. Ilıca Deresi Projeli Durum Güzergâhındaki Nihai Durum.

Kesitler Tipi Taban Genişliği (m)

Kesit Derinliği (m)

Şev Eğimi

Eğim (m/m)

3+985.00 - 2+722.80 Trapez Kanal 12.00 4.50 2Y:1D 0.0046 2+722.80 - 2+200.00 Trapez Kanal 12.00 4.50 2Y:1D 0.0024 2+200.00 - 1+770.55 Trapez Kanal 12.00 4.50 2Y:1D 0.0024 1+770.55 - 1+100.00 Trapez Kanal 12.00 4.50 2Y:1D 0.0029

1+100.00 - 0+780.00 Duvarlı Kanal 17.50 5.75 - 0.0029 0+780.00 - 0+575.00 Duvarlı Rigol Tipi Kanal 17.50 5.00+0.75 - 0.0016

0+575.00 - 0+200.00 Duvarlı RigolTipi Kanal 17.50 5.00+0.75 - 0.0016

0+200.00 - 0+130.00 Duvarlı Rigol TipiKanal 17.50 5.00+0.75 - 0.0016

0+130.00 - 0+000.00 Trapez Kanal 15.00 4.85 2Y:1D 0.0016

Şekil 8. Ilıca Dereside Yapılan Tüm Değişikliklerden Sonraki Durum.

Şekil 9. Ilıca Deresi Q500 Projeli Durum Boy Profili.


Tablo 4. Ilıca Deresi Projeli Durumda Kullanılan Debiler. Dere

Güzergâhı Kesit (km) Debiler (m3/s)

Q10 Q50 Q100 Q500

Ilıca Deresi Güzergâhı (3.985 km)

3+985.00 91 147 175 235

2+200.00 100 160 190 254

0+000.00 100 160 190 254

Projeli hidrolik model, Q10, Q50, Q100, Q500 debileri için çalıştırılmış ve en kritik durum için boy profil, en kesit Şekil 9 ve Şekil 10’da verilmiştir. Kapasitesi yetersiz olan 2 adet sanat yapısının kapasitesi artırılıp revize edilmiştir.

Şekil 10. Ilıca Deresi Projeli Durum Km:0+000.00 En Kesiti.

4. Sonuçlar ve Öneriler

Km:1+147.39 ve Km:0+768.86 kesitlerinde bulunan sanat yapılarının hidrolik kapasitesi yetersiz bulunmuş olup mevcut yapıların yerine yeni bir sanat yapısı önerilmektedir. Ilıca Deresi güzergâhı üzerinde Q100 ve Q500 frekanslı taşkınlarda sular şev üstüne çıkmakta ve zarara sebebiyet vermektedir. Güzergah üzerinde Km:2+522.24 kesitinin mansabında büyük bir taşkın riski bulunmaktadır. Yapılan tespitler doğrultusunda Km:2+522.24 mansabındaki mevcut turistik tesisler ve gelecek yıllarda bu sektördeki olası artışlar da göz önüne alındığında Ilıca Deresi’nin Q100 ve Q500 frekanslı taşkınlar doğrultusunda rehabilite edilmesinin gerekliliği tespit edilmiştir. Taşkın önleme çözüm çalışmaları kapsamında Ilıca Deresi güzergâhı boyunca yerleşim yerleri ve turistik tesisler bulunması nedeniyle hava paylı olacak şekilde Q100 ve hava paysız olacak şekilde Q500 taşkın debilerini taşıyacak şekilde projelendirilmesine karar verilmiştir. Km:3+985.00–1+100.00 arasında bitişik alanlarda tarım arazileri ve seralar bulunması nedeniyle nehir kesiti trapez kanal seçilmiştir. Km:1+100.00–0+575.00 arasında


istimlak sorunları ve arazi yapısı nedeniyle beton duvarlı kanal yapılması öngörülmüştür. Km:1+100.00–0+130.00 arasında arazi şartları değerlendirildiğinde beton duvar yapılmasına karar kılınmıştır. Güzergahın mansap kesiminde Km:0+130.00–0+000.00 arasında plaj kısmındaki turizm aktiviteleri de dikkate alınarak taş tahkimatlı trapez kesit olması düşünülmüştür. Tüm bu değişikliklerden sonra en kritik durum olan Q500 taşkın debisi verildiğinde su üst kotlarının ıslah edilen dere kesiti içinde kaldığı görülmüştür. Akdeniz Bölgesi’ndeki oluşan taşkınların asıl yıkıcı etkisi, yağışlı günlerde ortaya çıkan lodosun denizin kabarmasına neden olması ve taşkın sularının gerekli hız ve sürede drenajını engellemesidir. Bu olumsuzluğun giderilebilmesi amacıyla taşkın anındaki hâkim rüzgâra dik yönde 150–250 m. uzunluğunda mahmuzların yapılması önerilmektedir. Böylece kumsal malzemesinin dere içerisine doğru hareketi de engellenerek hidrolik akış şartlarının bozulması önlenebilecektir. Seddelerin büyük taşkınlarda stabil kalabilmesi amacıyla, seddeler inşa edilirken sedde üstleri ve arazi tarafındaki dış dolgu şevlerine çim kaplanması veya ağaçlandırma yapılması gerekmektedir. Bu sayede seddelerde oyulmaların önüne geçilerek zarar görmeleri engellenecektir. Ancak, yapılacak olan bu ağaçlandırmanın nehir kesitine kaymamasına büyük özen gösterilmelidir ve zaman zaman bakımları yapılmalıdır. Aksi halde kesit şev iç yüzeylerinde oluşabilecek bitkileşme akım pürüzlülüğünü artıracak ve projeli durum kapasitesini azaltacaktır. Sonuç olarak yapılacak tüm bu değişiklikler neticesinde Ilıca Deresi güzergâhında taşkın güvenliğinin sağlanmasıyla ekonomik ve sosyal kalkınma daha hızlı olacaktır. Ancak tam anlamı ile taşkın güvenliğinin sağlanması, bölgedeki diğer dere ve çayların da ıslahının yapılması ile mümkün olacağı unutulmamalıdır.

5. Kaynaklar Ünal, B. (2011) Bileşik Kesitli Akarsu Yataklarında Taşıma Kapasitesinin Tayini. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana. HEC User Guide (2010) HEC-RAS River Analysis System. U.S. Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources, Hydraulic Reference Manual Version 4.1. Chow, V.T., (1959) Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill, New York. DSİ (2015) Dere Yatakları İçin Pürüzlülük Katsayısı Belirleme Kılavuzu. Ankara. Turan, B., Mert, E. (2014) Taşkın ve Rusubat Kontrolüne Yönelik İstikşaf Raporu. Ankara Üyüklüoğlu, M. (2015) HEC-RAS İle Taşkın Bölgelerinin Modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi, Yozgat.


Küresel İklim Değişikliğinin Keban Barajı’na Hidrolojik Etkisi

M. Cihan AYDIN, Recep ÇELİK Bitlis Eren Üni. Müh. – Mim. Fak. İnş. Müh. Böl., Dicle Üni. Müh. Fak. İnş. Müh. Böl.,

Tel: (434) 222 0030-3610, (412) 241 10 01 E-Posta: [email protected], [email protected]

Muhammed Mustafa YAYLAK

Bitlis Eren Üni. Müh. – Mim. Fak. İnş. Müh. Bölümü Tel: (434) 827 52 60


Öz 20. Yüzyılın sonlarına doğru etkisini hissettiren küresel ısınma iklim değişikliklerini de beraberinde getirmiştir. Bu küresel problem, ekonomiden su kaynaklarına, enerjiden gıdaya tüm yaşam sektörlerini ve tüm varlık ortamını olumsuz yönde etkilediği için tüm sektörleri yakından ilgilendirmektedir. Hidrolojik çevrimde tatlı su miktarı sabit iken insan nüfusundaki artış ve teknolojiye bağlı olarak su kullanımında artan çeşitlilik dünyanın birçok bölgesini su stresi veya su kıtlığı ile karşı karşıya getirmiştir. Barajlar hem tarımsal sulama ihtiyacını hem de elektrik enerjisi taleplerini karşılamak için havza alanlarında belli oranda yağış almalıdır. İklim değişikliğinin etkisi nedeniyle düzensiz yağış rejimi, artan sıcaklıklar ve buharlaşma barajların hem beslenmesini hem de rezervuar alanlarını tehdit etmektedir. Ülkemiz ekonomisine katkısı büyük olan Keban Barajı 1974 yılında faaliyete geçmiştir. İklim değişikliğiyle yaklaşık aynı yıllarda su tutmaya başlayan barajın yıllara göre rezervuarında tuttuğu su da değişiklik göstermektedir. Bu bağlamda Keban baraj rezervuarında 1974 - 2011 yılları arasında hacim değişimin nasıl olduğunu incelemek ve burada iklim değişikliğinin etkisinin ne olduğunu ortaya çıkarmak amacıyla çalışma yapılmıştır. Anahtar sözcükler: Küresel İklim Değişikliği, Keban Barajı, Rezervuar, Yağış, Akış, Hidroloji.

Giriş Atmosfere salınan karbondioksit gibi sera etkisi yaratan gazların, yer kabuğu ve denizlerin ortalama sıcaklıklarında artışa neden olmasına küresel ısınma denir. (Web 1). İlk zamanlarda önemsiz olarak görülen iklim değişikliği zamanla bilim alanı haline gelmiş ve tarihsel olarak gelişim göstererek önemli boyutlara ulaşmıştır. 1824 yılında ilk sera gazının etkilerinin ilk olarak Fransız fizikçi Joseph Fourier tarafından belirlenmesinden geçen yaklaşık 180 yıl sonra Antarktika’dan kopan buz parçacıkları tüm dünyada küresel ısınma etkilerinin beklenilenden daha hızlı gerçekleşebileceği durumunu ortaya çıkarmıştır. (Şahin, 2013).


Son yıllarda etkisini yoğun olarak hissettiren küresel iklim değişikliği beraberinde ekolojiye etkilerini de hissettirmektedir. 20. Yüzyılın sonlarına doğru etkisi iyice artan küresel ısınma, (Godrej, 2003) yapılan araştırmalar ile “1990’lı yıllar bin yılın en sıcak on yılı, 20. yüzyıl da en sıcak yüzyıl olmuştur. 1990’larda yedi defa en sıcak yıl rekoru kırılmış ve 1998 yılı, bin yılın en sıcak yılı olmuştur.” sonucunu elde etmiştir. Son yıllarda yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen bulgular küresel ısınmaya gösterilmesi gereken önemi de arttırmaktadır. Uydudan yapılan sıcaklık ölçümlerine göre alt troposferdeki sıcaklık 1979'dan beri, her on yıllık dilimde, 0.12 ile 0.22 °C arasında yükselmiştir. (Web 2). Artan sıcaklık matematiksel olarak düşük değerde görülse de ekolojik olarak büyük etkiler doğurmaktadır. (Şekil 1)’de görüldüğü gibi 21. Yüzyıl dolaylarında 0.6 °C kadar artış olmuştur.

Şekil 1 1856 - 2004 arası küresel ortalama yüzey sıcaklığı. (Web 2)

Ülkemizde de iklim değişikliği artan sıcaklıklar, su kaynaklarındaki hacim değişimleri, ormanlardaki küçülmeler, mevsimsel değişikliklerle her geçen gün artarak belirginleşmektedir. Bu bağlamda Öztürk (2002)’e göre “Türkiye farklı iklim yapısı içinde, özellikle küresel ısınmaya bağlı olarak, görülebilecek bir iklim değişikliğinden en fazla etkilenecek ülkelerden birisidir. Doğal olarak üç tarafından denizlerle çevrili olması, çarpık bir topografyaya sahip bulunması ve orografik özellikleri nedeniyle, Türkiye’nin farklı bölgeleri iklim değişikliğinden farklı biçimde ve değişik boyutlarda etkilenecektir. Örneğin, sıcaklık artışından daha çok çölleşme tehdidi altında bulunan Güney Doğu ve İç Anadolu gibi kurak ve yarı kurak bölgelerle, yeterli suya sahip olmayan yarı nemli Ege ve Akdeniz bölgeleri daha fazla etkilenmiş olacaktır. Küresel iklim değişiklikleri; tarımsal faaliyetlerde, hayvan ve bitkilerin doğal yaşam alanlarında değişikliklere yol açacak ve özellikle yukarıda belirtilen bölgelerimizde, su kaynakları bakımından önemli sorunlar ortaya çıkacaktır.” Yapılan çalışmalar ülkemizde de zamanla büyük sorunları yaratacağından dolayı ülkemizin en büyük barajları arasında yer alan Keban Barajı ele alınmış ve incelenmiştir.


Küresel iklim değişikliği günümüzün en önemli sorunları arasında yer aldığından dolayı akademik çalışmaların da yoğunlukla yapıldığı konular arasında yer almaktadır. Konuyla ilgili literatür araştırmalarından birkaçı aşağıda bahsedilmiştir. Ecer (2009) iklim değişikliğinin GAP Bölgesindeki su kaynaklarına olan etkisini incelemiştir. Yıllık toplam yağış, yıllık maksimum yağış, yıllık ortalama sıcaklık, yıllık maksimum sıcaklık, yıllık minimum sıcaklık, yıllık ortalama nem, yıllık maksimum nem, yıllık minimum nem değerlerinin gidiş (trend) analizi yapılıp, anlamlı bir trend varlığı aranmıştır ve nedenleri sorgulanmıştır. Haritalarla da çalışmalarını destekleyip tüm verileri sebep sonuç ilişkisiyle bölgeye olan etkisini incelemiştir. UNDP (2007) Birleşmiş Milletler Kalkınma Programı Türkiye Ofisi tarafından yayınlanmış olan “İklim Değişikliği ve Türkiye” adlı çalışma yayınında iklim değişikliğinin ülkemizdeki etkilerini inceleyen çalışmalar yapılmıştır. Etkiler bölümünde İklim Değişikliğinin Büyük Menderes ve Gediz Nehir Havzalarına olası etkileri, İklim Değişikliğinin Büyük Menderes Nehri Ekosistemine Etkileri gibi birkaç araştırma bulgularını paylaşılmıştır. Gelecek yıllar için yüzey sularında trend analizleri sonucunda sıcaklık artışına bağlık olarak önemli ölçüde azalmalar olacağı öngörülmüştür. Çakmak ve Gökalp (2011) çalışmasında iklim değişikliği, iklim değişikliğinin tarıma etkileri, tarımsal kuraklık ve sulama tartışılmış, tarımda etkin su kullanımına yönelik öneriler sunulmuştur. Okkan (2013) çalışmasında Tahtalı Barajına ait örnek bir uygulama yapmıştır. Birçok iklim modeli uygulayarak havzanın yağış ve sıcaklık karakteristikleri ve etkilenme senaryoları tespit edilmiştir. Ayrıca farklı yağış-akış modelleri uygulanarak yağış sıcaklık duyarlılığı ortaya konmuştur. Güventürk (2013) Doğu Anadolu’da dağlardaki iklim değişikliği senaryolarını incelemiştir. Fırat, Dicle ve Çoruh havzalarındaki gözlem istasyonları verilerinden yararlanarak akarsulardaki hidrolojik rejim değişikliklerini belirlemiştir. Yağış, sıcaklık ve akım verilerine ait gidiş (trend) analizleri uygulanmıştır. Sıcaklıkların belirgin olarak arttığı ancak yağışlarda değişim olmadığı sonucuna ulaşmıştır. Zaimoğlu (2011) Aydın ili içerisindeki iklim değişikliğinin yer altı su seviyesine olan etkisini incelemiştir. Sıcaklık ve yağış zaman serileri, sırasıyla Fourier-ARMA karma (hibrid) ve ARMA modeller ve senaryolar üretilerek yapay sinir ağlarına girdi yapılmıştır. Bu bağlamda iklim değişikliğinin yer altı su seviyesinde farklı değişimler oluşturduğu sonucuna varmıştır. Yüksel ve diğ. (2011) iklim değişikliğinin sebebi olan atmosferdeki sera gazı salımının artmasıyla ilişki olduğunu öngörmüştür. Buna göre yapmış olduğu çalışma kapsamında küresel ısınma ve iklim değişikliğinin su kaynakları üzerindeki etkileri analiz edilerek ortaya çıkan olumsuz durum ve etkilerin ortadan kaldırılabilmesi veya en aza indirilebilmesi için çözüm önerileri sunulmuştur. Türkeş (2012) küresel iklim değişikliği, kuraklık ve çölleşme ile Türkiye’de gözlenen ve öngörülen iklimsel değişimler, kuraklık ve çölleşmenin bilimsel bir


değerlendirmesini yapmak amacıyla çalışmasında küresel iklim değişikliğinin zamansal olarak değişiminden bahsetmiştir. Özdemir ve diğ. (2013) çalışmasında ülkemizde iklim değişikliği konusunda oluşturulan kurumsal yapılanmadan bahis edilmiş, sonrasında iklim değişikliği konusunda yürütülen çalışmaların, bu çalışmalar doğrultusunda hazırlanan belgelerin ve İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı (İDEP) kapsamında yürütülen çalışmaların genel bir değerlendirmesi yapılmış ve etkili çözüm önerileri sunulmuştur. Karaman ve Gökalp (2010) çalışmasında küresel iklim değişiminin dünyadaki sağlık, sosyal, ekolojik ve gıda alanlarına yönelik risklerini ele almıştır. Her geçen gün önem kazanmaya başlayan su kaynaklarının korunmasına dair etkili çözüm önerileri sunmuştur. Çalışmamızda, küresel ısınma ve yağış farklılıklarının ülkemizin enerji ve sulama bakımından önemli mühendislik yapılarından biri olan Keban Barajı rezervuar hacmine etkileri araştırılmıştır.

Materyal ve Metot Çalışma Alanı

Keban Barajı Türkiye’nin Atatürk Barajı'nın gölünden sonra en büyük yapay gölüdür. Doğal göllerle bir arada sıralandığında Van Gölü, Tuz Gölü ve Atatürk Baraj Gölü'nün ardından 4. sırada yer almaktadır. Baraj gölünün Murat Nehri vadisi boyunca uzunluğu 125 km’dir. Genişliği yer yer değişmektedir. Keban Baraj gölünde elektrik üretiminin yanı sıra su avcılığı yapılmakta ve balık üretimi de gerçekleştirilmektedir. Gölün etrafında Elazığ ve çevre illerin halkının faydalandığı eğlence ve mesire yerleri mevcuttur. Üzerinden feribotla Elazığ'ın Ağın, Tunceli'nin Pertek ve Çemişgezek ilçelerine geçiş yapılabilmektedir. Baraj mevkii Elazığ'ın 45 km kuzeybatısında, Malatya'nın 65 km kuzeydoğusunda olup, Karasu ve Murat nehrinin birleştiği yerden 10 km daha aşağıda nehrin aktığı en dar boğazlarından birindedir. Karasu ile Murat nehirlerinin birleşmeleri ile meydana gelen Fırat nehrinin bu birleşme noktasından itibaren ilk uygun baraj yeridir. Fırat nehri yılın muhtelif zamanlarında çok farklı bir akım düzenine sahiptir. Ortalama geçen su miktarı 635 m³/sn'dir. Kış aylarında ortalama debi 200 m³/sn ile 300 m³/sn arasında değişir. Nehrin bir yıl içinde geçirdiği suyun % 70'i kar erime mevsiminde yani Mart ile Haziran ayları arasında geçer. Enerji açısından Türkiye’nin ilk dev yatırımlarındandır. 1965 yılında yapımına başlanılmıştır. 1974 yılında ilk 4 büyük tribünü, 1981 yılında da diğer 4 türbini devreye girdi. Barajın toplam kurulu gücü 1330 Megawatt olup yıllık enerji üretimi 6 Milyar kWh ‘dir. Kurulduğunda Türkiye’de üretilen elektriğin %20 sini tek başına karşılamıştır. (Web 3). Yöntem

Çalışmamızda materyal olarak Elazığ DSİ 9. Bölge Müdürlüğü’nden temin edilmiş Keban Barajı’na ait 1974 – 2011 yılları (dahil) arasında aylık düzenli olarak kayıt altına alınmış kot-hacim tabloları grafik olarak (şekil5) kullanılmıştır. İklim değişimini gösteren aylık düzenli olarak kayıt altına alınmış sıcaklık ve yağış gibi meteorolojik veriler ise Elazığ Meteoroloji 13. Bölge Müdürlüğü’nden temin edilmiştir.


Eldeki aylık olan veriler öncelikle yıllık olarak düzenlenmiştir. Sıcaklık verileri yıllık ortalama ve yıllık maksimum olarak grafikler (şekil 3, şekil 4) oluşturulmuştur. Yağış değerleri ise yıllık maksimum bazda grafik (şekil 2) oluşturularak hacim-sıcaklık-yağış-buharlaşma ilişkisi değerlendirilmiştir.

Bulgular 1974 yılında hacim almaya başlayan baraj rezervuarı 1976 yılına kadar düzenli bir şekilde artış göstermiştir. Önceki yıla oranla, 1975 yılında sıcaklık artmış, yağış azalmış, buharlaşma azalmış; 1976 yılında sıcaklık ve buharlaşma azalmış, yağış 252.4 mm’den 544.3 mm’ye kadar ciddi bir artış göstermiştir. Rezervuarda muhtemel sarfiyatlar da göz önünde bulundurulduğunda bu yıllar arasında iklim değişikliğinin etkilerinden kesin olarak söz edilememektedir. 1976-1978 yıllarında sıcaklık hep artmış, buharlaşma önce artmış sonra azalmış, yağış ise 544.3 mm’den 272 mm’ye ciddi bir düşüş ve sonra bir miktar artış göstermiştir. Hacim değerlerinde de bu yıllar arasında azalış yaşanmıştır. Bu bulgular doğrultusunda sarfiyatların da dikkate alınmasıyla iklim değişikliği etkilerini bu yıllardan itibaren gösterdiği anlaşılmıştır. 1978-1980 yıllarında sıcaklık ve yağış önce artış sonra azalış, buharlaşma ise yaklaşık doğrusal olarak artış trendi göstermiştir. Bunların yanında hacimde bir miktar azalmayla birlikte sonraki yılda yaklaşık 3000 ’lük bir artış görülmüştür. Olması muhtemel sarfiyatlar da göz önünde bulundurulduğunda bu yıllarda göle gelen su miktarı iklim değişikliğinin etkilerini minimize etmiştir. 1980-1982 yıllarında sıcaklık ve buharlaşma önce artış sonra azalış yönünde, yağış ise önce artış sonra azalış göstermiştir. Hacim ise bu yıllar arasında ortalama olarak artış trendi göstermiştir. Bu bulgular doğrultusunda hacimde azalma beklenirken artış olması gölü besleyen membaların arttığını göstermektedir. 1982-1984 yıllarında sıcaklık ve buharlaşma artış, yağış ise önce artış sonra da azalış yönünde eğilim göstermiştir. Hacim ise yağışın arttığı 1981 yılında yaklaşık 7000 ’lük bir azalma göstermiş ve 1982 yılında ise bir miktar artış göstermiştir. İklim değişikliğinin bu yıllar arasında etkisini gösterdiğinden söz edilebilinir. 1984-1990 yılları arasında sıcaklığın genel olarak azaldığı ancak 1989 yılında +2 °C ‘lik artışın sıcaklık ortalamasını arttırdığı görülmüştür. Yağış bir önceki dönemlere göre büyük ölçüde azalma trendi göstermiştir. Ortalama sıcaklık değerlerinden en fazla artışın görüldüğü bu yılda (Şekil 2)’de görüldüğü gibi yağış miktarında da en fazla düşüş yaşanmıştır.


Şekil 2 Ortalama Yıllık Yağış Gidiş Grafiği. Buharlaşma ise azalış artışların da görüldüğü bu dönemde ortalama olarak artış eğilimindedir. Hacimde ise bu dönemde azalış ve artışların görülmesiyle beraber genel olarak artış görülmüştür. Bu bulgular dahilinde iklim değişikliğinin etkilerinden söz edilebilirken hacimdeki bu artışın göle gelen su miktarındaki artıştan veya muhtemel sarfiyatların önceki dönemlere göre azaldığından söz edilebilir. 1990-1996 yıllarında ortalama sıcaklık değerlerinin genel olarak azaldığı görülse de 1993-1994 yıllarında 3,09 °C ‘lik bir artış görülmüştür. 1991 yılı ise önceki yıla göre 240.6 mm artışla en fazla ortalama yağışın düştüğü yıl olmuştur. 1992 yılında sıcaklık ortalamalarının 2.08 °C ‘lik azalışıyla beraber yağış ortalamaları da bir miktar düşmüştür. Buharlaşma verilerinde ise genel ve ortalama olarak azalma yönünde eğilim göstermiştir. Hacim verileri sıcaklığın ve yağışın zaman zaman azaldığı ve arttığı yıllarla paralel olarak azalıp artmıştır. İklim değişikliğinin bu dönemde etkisinin hissedilmesiyle beraber hacimde salınımlar tespit edilmiştir. 1996-2000 yıllarında ortalama sıcaklık değerlerinde azalış ve artış görülmüştür ve bir önceki döneme göre 0.6 °C artmıştır. Yağış değerlerinde de genel olarak azalma görülmüştür ve bununla birlikte 1999 yılında bir önceki yıla göre 178.3 mm’lik bir azalma görülmüştür. 1999 yılında buharlaşmanında artmasıyla hacim de azalmıştır. Buharlaşmanın da genel olarak arttığı bu dönemde genel olarak sıcaklık da artmış olup hacimde bir önceki dönemden 7000 ’lük bir azalma yaşanmıştır. Muhtemel sarfiyatların da olabileceği göz önünde bulundurularak iklim değişikliğinin bu yıllar arasında ciddi bir şekilde etkili olduğu görülmüştür. 2000-2006 dönemi incelendiğinde sıcaklığın genel olarak arttığı görülse de ortalama olarak bir önceki döneme göre 0.6 °C düşmüştür. Yağışın da sıcaklıkla paralel olarak artıp azaldığı bu dönemde bir önceki döneme göre ortalama olarak arttığı görülmüştür. (Şekil 3)’te de görüldüğü gibi buharlaşma da incelendiğinde genel olarak artış yönünde trend göstermiştir.

180

240

300

360

420

480

540

600

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Yağı

ş(m

m)

Yıllar


Şekil 3 Ortalama Yıllık Buharlaşma Gidiş Grafiği. Bu dönemde hacim değerleri ele alındığında muhtemel sarfiyatlarla beraber genel olarak artış yönünde trend gösterdiğinden iklim değişikliği bir miktar etkisini hissettirmemiştir. 2006-2011 dönemi incelendiğinde sıcaklığın artış ve azalışlar gösterdiği ve genel olarak bir önceki döneme göre düşüş yaşadığı görülmektedir. Yıllık bazda en fazla sıcaklık artışı 2010 yılında görülmüştür. (Şekil 4)’te de görüldüğü gibi sıcaklık düşüşü en fazla bu dönemde 2011 yılında görülmüştür.

Şekil 4 Ortalama Yıllık Sıcaklık Gidiş Grafiği. Yağışın da sıcaklıkla beraber azalıp arttığı da saptanmıştır. 2011 yılında bir önceki yıla göre 165.9 mm’lik yağış artışı görülmüştür. Bu dönemde genel olarak buharlaşma miktarında azalmalar meydana gelmiştir. Hacim değerlerinde de bir önceki döneme göre artışın görüldüğü bu dönemde sarfiyatların da dikkate alınmasıyla iklim değişikliğinden söz etmek için kesin sonuçlara ulaşılamamıştır.

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Buha

rlaşm

a (m

m)

Yıllar

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Sıca

klık

(°C

)

Yıllar


Sonuçlar Ülkemiz için sulama, enerji, içme suyu, ulaşım, turizm vb. faktörler bakımından ön sıralarda yer alan Keban Barajı, önemi bakımından küresel iklim değişikliğinden hangi boyutlarda etkilendiğini gözlemlemek amacıyla bu çalışmada örnek seçilmiştir. Görülmektedir ki günümüzün en büyük sorunlarından olan küresel iklim değişikliği genel olarak sıcaklık ve buharlaşmayı arttırıcı, gelen yağışı da azaltıcı yönde etkilemektedir. Bunların yanında mevcut hacimde az gelen yağış ve çok buharlaşma ile birlikte düşüşler yaşanması kaçınılmazdır. Ülkemizdeki barajlar farklı amaçlarla yapılsa da her barajın karakteristik sarfiyat miktarları vardır. Bu sarfiyatların da göz önünde buludurulması gerekmektedir. Bazı yıllarda sıcaklık ortalamaları ve ortalama buharlaşma miktarları azalmakta, yağış miktarı da artabilmektedir. Buna rağmen hacimde artma beklenirken aksine azalmalar meydana gelebilmektedir. Bu durumda rezervuardaki hacim azalmasının sarfiyatlarla doğrudan ilgili olduğu yönünde görüş belirtilebilir. Keban Barajı için bu şekilde bir örnek verilecek olursa 2011 yılı ele alınabilir. 2011 yılında ortalama sıcaklık bir önceki yıla göre 2.39 °C azalmış, ortalama buharlaşma 0,09 mm azalmış, ortalama yağış 165.9 mm artış göstermesine rağmen (Şekil 5)’te görüldüğü gibi hacim 550 azalmıştır.

Şekil 5 Ortalama Yıllık Hacim Gidiş Grafiği. Artan enerji ihtiyacı da iklim değişikliğiyle beraber etki ettiğinde hacimsel olarak ciddi değişimlerin görülebileceği de bu çalışma sonucunda anlaşılmıştır. Özellikle sıcaklık artışı ve yağış azaldığı dönemlerde reservuar hacminin düştüğü, benzer şekilde yağışlı periyotlarda tekrar hacimlerin dolmaya başladığı (Şekil 5)’te görülmektedir. Ülkeler arasındaki en ciddi sorunlar arasında da gösterilen su politikaları, iklim değişikliği karşısında irdelenmeli ve en gerçekçi ve somut şekilde çözüm yolları bulunmalıdır. Son olarak konuyla ilgili daha detaylı çalışmalarda ilerideki akademik çalışmalar kapsamında neler denenebileceği (Mann-Kendal testi vb.) belirlenecektir.

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Hac

im (h

m3 )

Yıllar


Teşekkür Çalışma kapsamında meteorolojik verilerin temininde destekleri ve tecrübelerini esirgemeyen Elazığ Meteoroloji 13. Bölge Müdürlüğü personellerine, Elazığ DSİ 9. Bölge Müdürlüğü personellerinden İnş. Müh. Alaattin ASLAN’a ve çalışma sırasında yardımları olan herkese teşekkür ederiz.

Kaynaklar

Çakmak, B., Gökalp, Z,. (2011) İklim Değişikliği ve Etkin Su Kullanımı. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 4 (1): 87-95, 2011. Ecer, R. (2009) İklim Değişikliği ve GAP Bölgesindeki Su Kaynaklarına Etkisi. YL.Bitirme Tezi, Harran Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh. Abd., Türkiye. Güventürk, A. (2013) İklim Değişikliğinin Türkiye’nin Doğusunda Dağlık Alanlardaki Su Kaynaklarına Etkisi. YL. Bitirme Tezi, Ortadoğu Teknik Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh.i Abd., Türkiye. GODREJ, Dinyar (2003), Küresel İklim Değişimi. Çev.:Ohannes Kılıçdağı, 1.Baskı, Metis Yayınları, İstanbul. Karaman, S. ve Gökalp, Z. (2010) Küresel Isınma ve İklim Değişikliğinin Su Kaynakları Üzerine Etkileri. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi 3 (1): 59–66, 2010. Okkan, U. (2013) İklim Değişikliğinin Akarsu Akışları Üzerindeki Etkilerinin Değerlendirilmesi. Doktora Bitirme Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Müh. Fak. Hidrolik-Hidroloji ve Su Kaynakları Abd., Türkiye. Özdemir, A. D. ve diğ. (2013) Türkiye’de İklim Değişikliği Konusunda Kurumsal Yapılanma, Sürdürülen Çalışmalar ve İDEP İzleme – Değerlendirme Sistemi. 3. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi (TİKDEK). Öztürk, K. (2002). Küresel İklim Değişikliği ve Türkiye’ye Olası Etkileri. G.Ü. Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi Cilt 22, Sayı 1, 47-65. Şahin, S. (2013) Küresel İklim Değişikliğinin Türkiye’deki Su Kaynaklarına Etkileri. YL. Bitirme Tezi, Atatürk Üniversitesi Müh. Fak. Tarımsal Yapılar ve Sulama Abd., Türkiye UNDP. (2007) İklim Değişikliği ve Türkiye. Birleşmiş Milletler Kalkınma Programı (UNDP) Türkiye Ofisi, Türkiye. Türkeş, M. (2012) Türkiye’de Gözlenen ve Öngörülen İklim Değişikliği, Kuraklık ve Çölleşme. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi 4(2), 1–32 (2012) Web1. Erişim Tar. 13.07.2015) http://www.bilmekvar.com/kuresel-isinma-nedir-nedenleri-ve-sonuclari-nelerdir Web2. Erişim Tar. 13.07.2015) https://tr.wikipedia.org/wiki/Küresel_ısınma


Web 3 erişim tar. 15.07.2015) http://www.dsi.gov.tr/projeler/keban-barajı Yüksel, İ. ve diğ. (2011) Küresel Isınma ve İklim Değişikliğinin Su Kaynaklarına Etkileri. 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu, Bildiriler Kitabı s. 51-57. Zaimoğlu, S. (2011) İklim Değişikliğinin Yer altı Su Seviyesine Etkisinin Araştırılması. YL. Bitirme Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Müh. Fak. İnşaat Müh Abd., Türkiye.


Nehir Tipi Santraller ve Karadeniz Bölgesi’ndeki Örnekleri

İnş. Müh. Cemre Gizem Sağlam, Yrd. Doç. Dr. Aslı Ülke

Ondokuz Mayıs Üni. Kurupelit Kampüsü, Müh. Fak., İnşaat Müh. Böl., SAMSUN

[email protected]; [email protected]

Öz

Türkiye dünyada hızla kalkınmakta olan ülkelerin başında gelmektedir. Tabii ki doğal olarak bu süreçte enerji ihtiyacı da aynı oranda artmaktadır. Ülkenin, enerji açığı ve tüketilen enerji kaynağı bakımından dışa olan bağımlılığı, bu konuda acil çözümler üretilmesi gerekliliğini doğurmuştur. Enerji açığını kapatmak amacıyla, ülke olarak bir yandan yenilenebilir enerji kaynaklardan rüzgâr ve güneş enerjisi gibi enerji çeşitlerinden üretim yaygınlaştırılmaya çalışılmakta, öte yandan kömür ve su gibi kaynaklardan da daha fazla yararlanma yolları araştırılmaktadır. Genel olarak büyük ölçekli baraj tipi santrallerin yatırım maliyetleri ve işletme masrafları çok fazla olduğundan küçük ve orta ölçekli santrallerin inşaatı kimi durumlarda daha avantajlı olabilmektedir. Nehir tipi hidroelektrik santrallerde su akarsu yatağından alınarak, belirli bir yükseklikten düşürülmek suretiyle türbinler döndürülmekte ve bu şekilde elektrik enerjisi üretimi sağlanmaktadır. Bu tip santraller depolamasız santrallerdir. Karadeniz'de neredeyse her dere üzerine kurulması planlanmış bu nehir tipi türbinler yenilenebilir ve çevre dostu olmaktan gittikçe uzaklaşmaktadır. Sayısı her geçen gün artan bu santraller geri dönüşümü mümkün olmayan çevresel sorunları da beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada nehir tipi türbinlerin çalışma prensipleri üzerinde durulmuş ve Karadeniz bölgesinde inşası bitmiş ve devam eden çeşitli örnekler üzerinde enerji verimliliği ve çevresel faktörler açısından bir irdeleme gerçekleştirilmiştir. Anahtar sözcükler: Nehir tipi santraller, Karadeniz Bölgesi, Çevresel etkileri, Enerji verimliliği.

Giriş Günümüz dünyasında ülkelerin kalkınma göstergeleri içerisinde önemli bir yeri olan elektrik enerjisi, çok farklı alanda kullanılır duruma gelmiştir. Toplumsal refah düzeyi yükseldikçe elektrik enerjisine olan talep artmakta, bu da daha fazla elektrik üretimini zorunlu hale getirmektedir (Akpınar, 2005a). Dünyada başta elektrik enerjisi olmak üzere enerji talebinin artış oranı yıllık % 4-5 civarında gerçekleşmektedir. 2008 yılı verilerine göre dünya enerji talebinin % 82’si fosil kaynaklardan karşılanmaktadır (EMO). Ancak bu kaynaklar hızla azaldığından, en iyimser tahminler bile önümüzdeki elli yıl içinde rezervlerin büyük ölçüde tükeneceğini ortaya koymaktadır. Diğer yandan fosil kaynaklardan elde edilen yakıtların kullanımı dünya ortalama sıcaklığını son bin yılın en yüksek değerlerine ulaştırmış, sanayileşmenin yoğunlaştığı sahalarda ortaya çıkan çevre kirliliğinin yanı sıra maddi hasarlara yol açan sel, taşkın ve fırtına gibi doğal felaketler belirgin bir şekilde artmıştır. Benzer sorunların yakın gelecekte daha da


artacağı tahminlerinden hareketle toplumların temiz enerji kaynaklarına yönelmesi kaçınılmazdır (Görez ve Alkan, 2005; Çolak ve diğ., 2008). Doğada enerji doğrudan; kömür, petrol, doğalgaz, uranyum, biyo yakıt, jeotermal, su, güneş, rüzgâr olarak adlandırılan “birincil enerji” kaynaklarından elde edilir. Bu enerji kaynaklarından, petrol, doğalgaz ve kömür fosil kaynaklıdır. Diğerleri ise yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Fosil ve yenilenebilir enerji kaynakları dönüştürülerek ikincil enerji kaynağı olan “elektrik” üretilir (Şeker, 2010). Türkiye 2013 yılı (kesinleşmemiş) ürettiği 239,3 milyar kWh elektriğin %44’ünü doğal gazdan, %25,4’ünü kömürden, %24,7’sini hidroelektrikten, %3,1’ini rüzgârdan, %0,5’ini jeotermalden ve %2,1’ini diğer enerji kaynaklarından elde etmiştir (EMO). Fosil yakıtların çevreye verdikleri zararların çok olması ve özelliklede bir gün tükenecek olmaları, insanları çevre dostu olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının belirli bir ömrü yoktur, yani kaynağı herhangi bir maddeye bağlı olmayan enerji kaynaklarıdır ve büyük bir bölümü güneş enerjisinin forum değiştirmesi ile meydana gelmiştir (Durdyev, 2010). Kaynak tercihinde maliyet faktörü önemli olmakla birlikte, ülkelerin genellikle kendi öz kaynaklarına yöneldikleri ve kaynak çeşitliliğini artırmaya çalıştıkları gözlenmektedir. Üretim teknolojilerinin giderek ucuzlamasına bağlı olarak dünya genelinde su gücü, rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim giderek artmakta; bunların arasında çok çeşitli avantajları nedeniyle su gücü çok daha fazla ön plâna çıkmaktadır (Akpınar ve diğ., 2009). Dünya’nın hem kendi etrafında hem de güneş etrafında dönmesi nedeniyle farklı yeryüzü olayları oluşur. Bu yeryüzü olaylarından biri rüzgârdır. Rüzgârdaki enerji rüzgâr türbinleri yardımıyla değerlendirilebilir. Güneşin ısıtmasıyla okyanus ve akarsulardan su kütleleri buharlaşır. Bu su buharı, yağmur ya da kara dönüşüp tekrar ırmak ya da dere içlerine ulaştığı zaman, oluşan hidro enerji hidroelektrik santraller tarafından yakalanabilir. Tüm yenilenebilir enerji kaynakları, güneşten kaynaklanmaz. Okyanuslarda oluşan gelgit enerjisi, güneş ve ayın birbirlerini kütlesel olarak çekmelerinden kaynaklanır (Yılmaz, 2008). Genel olarak, yenilenebilir enerji kaynağı; enerji kaynağından alınan enerjiye eşit oranda veya kaynağın tükenme hızından daha çabuk bir şekilde kendini yenileyebilmesi ile tanımlanır.

Türkiye'deki Kurulan Nehir Tipi Santrallerin Durumu Türkiye; genelde enerji, özelde ise elektrik enerjisi sorunu yaşayan ülkeler gurubunda yer alır. Yüksek nüfus artışı, kentleşme, sanayileşme ve sosyoekonomik gelişmeye paralel olarak elektrik enerjisine olan talep giderek artmaktadır (Atılgan, 2000). Genel olarak bakıldığında Türkiye’nin son yıllarda artan elektrik enerjisi talebini karşılamada daha ziyade doğalgaza yöneldiği, öz kaynaklarını harekete geçirmekte geç ve yetersiz kaldığı görülür. Ayrıca yerli kaynakların en başında gelen su gücünden elektrik enerjisi üretiminde yakın zamana kadar baraj tipi santraller ön plânda tutulmuş nehir tipi küçük santrallere fazla önem verilmemiştir. Ancak son yıllarda nehir tipi santrallere karşı gerek dünyada, gerekse Türkiye’de giderek artan bir ilginin oluştuğu gözlenmektedir. Türkiye nehir tipi santrallerle elektrik üretebilecek dikkate değer bir hidrolik potansiyele sahiptir. Toplam potansiyel 50.000 GWh/yıl, teknik potansiyel 30.000 GWh/yıl ve ekonomik potansiyel 20.000 GWh/yıl kadardır (Akpınar, ve diğ., 2009). Özellikle doğalgaz termik santrallerinin yaygınlaşması nedeniyle elektrik


üretiminde giderek dışa bağımlı hale gelen Türkiye’nin, ekonomik olarak işletilebilir nitelikteki hidrolik kapasitesinin tamamını değerlendirme zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Diğer yandan toplam finansman ihtiyaçlarının nispeten az olması, daha kısa bir süre içinde inşa edilebilmeleri, yürürlükte olan devlet teşvikleri ve düşük işletme giderleri gibi avantajları nedeniyle nehir tipi santral yatırımları cazip hale gelmektedir (Güner, ve diğ., 2008). Diğer yandan Türkiye’de son yıllarda ortaya çıkan enerji açığı ve dışa bağımlılık, aslında uygulanması gereken uzun vadeli enerji politikaları yerine daha kısa vadede sonuç almaya yönelik proje ve plânların etkinlik kazanmasına yol açmıştır. Bu çerçevede çevresel faktörleri fazla hesaba katmayan, daha ziyade elektrik üretimi hususunda su kaynaklarının verimliliğini esas alan politikalar ön plâna çıkmıştır (Özalp ve Kurdoğlu., 2010). Hâlbuki doğal dengeyi hesaba katmayan aşırı baskı ve yanlış kullanım, akarsuların akımları ve rejimleri başta olmak üzere sucul ekosistemin tahribatına yol açmaktadır. Bu durum baraj tipi santraller kadar olmamakla birlikte, nehir tipi santraller için de geçerlidir. Bazı santrallerin oluşturduğu aşırı baskı tüm yaşam destek sistemlerini tehdit eder boyutlarda olup; hem doğal, hem de beşerî çevreyi olumsuz yönde etkilemektedir. Nitekim ülkemizin birçok yöresinde yapılan mevcut uygulamalar sadece ekolojik değil, sosyal ve ekonomik bakımdan da geri dönülemez zararlar verecek düzeylere ulaşmıştır. HES yatırımlarında ve işletmelerinde çevresel endişelerin çoğunlukla göz ardı edilmesi, yerel halkın başta su talebi olmak üzere çeşitli istek ve endişelerinin enerji yatırımlarının yanında gölgede kalması toplumda büyük rahatsızlıklara neden olmaktadır (Kurdoğlu ve Özalp, 2010). Şüphesiz elektrik enerjisi üretiminde öz kaynakların etkin ve verimli kullanımı kadar, ekolojik dengenin korunması ve halkın taleplerinin karşılanması da önemlidir. Nehir Tipi Santrallerin Olumlu ve Olumsuz Yönleri Ülkemiz açısından bu santrallerin üstünlükleri ve zayıf yönleri şu şekilde sıralanabilir; a)Olumlu Yönleri:

Ulaşımı güç olan ve ulusal sistemden beslenemeyen kırsal bölgelerdeki köy ve diğer ünitelerin enerji ihtiyacını karşılar. Böylece bu bölgelerin sosyoekonomik ve kültürel gelişimlerinin hızlanmasına yardım eder.

Kırsal bölgelerin artan yakıt bulma ve taşıma problemlerine çözüm getirir. Küçük hidroelektrik santrallerin türbin-jeneratör gruplarının tipleştirilerek

standart hale getirilmeleri kolaydır, bu durum mekanik ekipmanı ucuzlatır. Bakım ve işletme sorunları en aza iner böylelikle türbin-jeneratör ve

transformatörün bir blok halinde ve otomatik işler şekilde yapılmasıyla aynı bölgedeki çok sayıda santral bir tek teknisyen tarafından kontrol edilebilir duruma gelir. Bunun sonucu olarak işletme maliyeti azalacaktır.

Yakıtlı santrallere göre enerji üretimi işletme maliyeti düşüktür ve işletme sürecinde karbon salınımı yapmaz.

Su türbinleri yapımı ile ilgili endüstri kurma çalışmaları günümüzde son aşamaya ulaşmıştır. Mini, mikro ve hatta küçük hidroelektrik tesislerin mekanik aksamının tümü kendi endüstriyel tesislerimizde imal edilebilir. Küçük kapasiteli ünitelerin imal edilmesi, bu konuda bilgi birikimini arttırır ve yakın bir gelecekte daha büyük kapasiteli ünitelerin imalatlarının yerli endüstri ile yapılması sağlar.

Bakımları kolay, ucuz ve hizmet süreleri ise uzundur. b) Olumsuz Yönleri:


Sel kontrolü, içme ve kullanma suyu sağlamak gibi ek işlevleri yoktur. Üretilen kWh enerji başına etütler için yapılan harcama masrafları fazladır 1 kW kurulu güç için gerekli yatırım maliyeti büyük santrallerden yüksektir. Ancak türbin, jeneratör ve transformatörde standardizasyona gidilmesi, üretilen

kWh enerji başına işletme ve personel maliyetlerini azaltabilir. Ülkemizde bu konuda yetişmiş teknik eleman sıkıntısı vardır. Bu da

uygulamalarda çevresel ve ekonomik açıdan problemler ortaya çıkarmaktadır. Üretimin devamı sistemin teknolojik özelliklerine bakım ve işletme

politikalarına bağlıdır. Akarsudaki su rejimini azaltmakta, akarsu içindeki sucul yaşam, akarsu

çevresindeki fauna, flora ve dolayısıyla insan yaşamı olumsuz etkilemektedir. İnşaat aşamasında, akarsu yatağı ve çevresinde birçok sorunlarla karşılaşılır

(Gökdemir ve diğ., 2012).

Nehir Tipi Santrallerin Çevre ve İnsan Etkileri Açısından İrdelenmesi: Bir bölgeye nehir tipi bir hidroelektrik santrali kurulmasının planlaması aşamalarında santralin çevre ve insan üzerine etkileri irdelenmeli, inşaatın gerçekleştirileceği bölge açısından şu özelliklerin dikkate alınmalıdır; • Doğal çevrenin ve yöredeki insan hayatının tanımlanması, • Çevrenin hassas noktalarının detaylı ve yeterli düzeyde etüt edilmesi, • Hassas noktalarda dengeyi bozmayacak çözümler bulunması ve çözümlere uygun fizibilite projesi ve işletme çalışması hazırlanması, • Yatırım yapılıp yapılmayacağına karar verilmesi, • İnşaat ve işletme aşamasında proje ve işletme çalışmalarına uyulması ve kontrolü, • İşletme süresince işletme çalışmasında göz önüne alınmayan etkilerin gözlemlenmesi, • Görsel olarak doğa ile bütünlük sağlayacak şekilde düşünülmesi, • Gürültü etkisinin göz önüne alınması, • Santral çevresindeki halkın yapıyla ilgili bilgilendirilmesi, elektrik üretiminin en üst düzeyde halkın paydaş olacağı şekilde kullanılması, bölgesel endüstri ve tarımsal gelişime destek olabilmesi (Gökdemir ve diğ., 2012). Nehir Tipi Santrallerin Havza Planlama, Kaynak ve Potansiyel Tespiti Açısından İrdelenmesi: Ülkemizde su kalitesi yönetiminde tekil çözümler yerine genellikle havza bazında bütüncül bir yönetim anlayışı benimsenmiştir. Fakat Türkiye’de pek çok akarsu veya kolunun hidroelektrik potansiyeli henüz tam olarak belirlenmemiş, ayrıca küçük hidroelektrik potansiyeli de ortaya konulmamıştır. Nehir Tipi Santrallerin Taşkın Kontrolü Açısından İrdelenmesi: Dünyanın yarı-kurak bir bölgesinde bulunan Türkiye’de yağışlar oldukça düzensizdir. Karadeniz Bölgesi’nde 2.500 mm olan yıllık yağış miktarı, İç Anadolu’da 250 mm’ye kadar düşmektedir. Yağışlara bağlı olarak akarsu rejimi de düzensizdir. Türkiye’de taşkınlar en çok ilkbahar ve sonbahar aylarında oluşmakta olup Karadeniz, taşkına en hassas bölgemizdir. İklim değişikliği neticesinde güney bölgelerimizin yağışsız, daha kurak bir iklime doğru gittiği, buna karşın kuzey bölgelerimizde ise yağışların artacağı


yönünde öngörüler bulunmaktadır. Bu da Karadeniz’de anlık, yoğun yağışlar bunun neticesinde sel baskını riski demektir. Son on yıl içinde Rize, Artvin, Trabzon, Giresun, Samsun gibi şehirlerimizde bunun örnekleri yaşanmış, yaşanmaktadır. Karadeniz bölgesinde inşa edilen barajlar ile suyu kontrol edip düzenleyerek sel ve taşkınların önüne geçmek hedeflenmektedir. Nehir tipi türbinlerin ise taşkınlar açısından çok fazla bir depolama özelliği yoktur.

Karadeniz Bölgesi Türkiye’nin brüt hidroelektrik enerji potansiyeli 433 milyar kWh civarında olup, Ülkemizin teknik hidroelektrik enerji potansiyeli 216 milyar kWh/yıl mertebesindedir (Balat, H., 2007). Yıldan yıla küçük farklılıklar göstermekle birlikte bugün için Türkiye’nin teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli 129,9 milyar kWh’dır. Bu potansiyelin % 35’i işletmede, % 8’i inşa halinde ve geri kalan % 57’si çeşitli proje seviyelerinden oluşmaktadır (Akpınar, 2007).

Şekil 1. Karadeniz Bölgesi Haritası Ülkemizde küçük hidroelektrik santraller Hidroelektrik enerji üretiminde önemli bir potansiyele sahiptir. Türkiye’nin teorik olarak brüt küçük hidroelektrik potansiyeli 50000 GWh/yıl, teknik ve ekonomik yapılabilir küçük hidroelektrik potansiyelleri ise sırasıyla 30000 GWh/yıl ve 20000 GWh/yıl’dır (http://perweb.firat.edu.tr/). Toplam alanı 18265 km2 olan havza, yılda ortalama 12,392 km3 yüzeysel su potansiyeli ile Türkiye potansiyelinin % 6,6’sını sağlamaktadır. Eğimin yüksekliği ve yüzey altı tabakasının geçirimsiz veya yarı geçirimli olması sebebiyle, yağan yağmurun önemli bir kısmı yüzeysel akışa geçmektedir. Bu nedenle Doğu Karadeniz Havzası oldukça eğimli ve sık bir akarsu yatağına sahiptir. Karadeniz bölgesinde iller bazında santral sayıları açısından değerlendirildiğinde; Giresun’da toplam 53, Trabzon’da 84, Rize’de 48, Gümüşhane’de 14 ve Artvin’de ise 14 adet Hidroelektrik Santral Projesi bulunduğu görülmektedir. Tüm havzada toplam 213 adet santral projesi mevcuttur. Doğu Karadeniz Havzası Küçük Hidroelektrik Santral Projelerinin iller bazında Giresun’da toplam 3728.93 GWh, Trabzon’da 3282.88 GWh, Rize’de 3761.47 GWh,


Gümüşhane’de 376.85 GWh ve Artvin’de ise 673 GWh’lık kurulu güçlere sahip oldukları belirlenmiştir. Havzada üretilecek enerji miktarı ise 11823.13 GWh’dır. Havzada en büyük kurulu güç ve üretilebilecek enerji miktarı, Giresun ilinde olacaktır. Bu ili Rize ve Trabzon izlemektedir. Gümüşhane ve Artvin illerinin bir kısmı, Doğu Karadeniz Havzası’na girmediği için bu illerdeki kurulu güçler ve üretilecek enerji miktarları düşük görülmektedir. Tüm il sınırları dikkate alınacak olursa, bu iller için de kurulu güç ve üretilecek enerji miktarları artacaktır. Doğu Karadeniz Havzasındaki projelerin, Türkiye genelinin (aynı kapsam) kurulu güç bakımından yaklaşık % 28.4’ ünü, üretilecek enerji bakımından ise % 27,8’ini oluşturduğu görülmektedir. Türkiye geneli düşünüldüğünde, bu havzada önemli bir potansiyelin devreye sokulduğu anlaşılmaktadır. Doğu Karadeniz Havzasındaki projelerin, Türkiye’deki mevcut kurulu gücün yaklaşık % 24.1’ine, üretilecek enerjinin ise % 26.7’sine karşılık geldiği sonucuna varılmıştır ( http://www.uteg.org/makaleler). Karadeniz Bölgesindeki Örnekleri Mevcut plânlamalardan kısa ve orta vadede Türkiye genelinde pek çok yeni nehir tipi santral kurulacağı ortadadır. Orta Karadeniz Bölgesi, Tokat iline bağlı bir ilçe olan Reşadiye’de Kelkit Çayı üzerinde kurulan Reşadiye HES, 450 milyon kwh/yıl üretim kapasitesi ve 65 MW kurulu gücüyle büyük bir enerji ünitesidir. Burada kurulmuş olan HES’lere yönelik yöre halkının ciddi tepkisi olmuş, yerel ve ulusal basında konuyla ilgili birçok haber yayınlanmıştır. Başta İstanbul’da yaşayan Reşadiyeliler olmak üzere yerel halk tarafından bir platform oluşturularak Tokat İl İdare Mahkemesi’ne yürütmeyi durdurma davası açılmıştır (http://www.yeni ufuk gazetesi com.tr/haber). Benzer bir tepki aynı havzada yer alan Tokat’ın Erbaa ilçesinde kurulması plânlanan HES için de söz konusudur (http://www.haberler.com/erbaa-hes). Ancak bütün bu girişimlerin şimdilik yetersiz kaldığı görülmektedir. Reşadiye HES’lerin tünel, kanal inşaatları ve ulaşım yollarının inşası sırasında yamaçların doğal dengesi bozulmuştur. Çalışmalar sonucunda ortaya çıkan hafriyat gelişigüzel bir şekilde akarsu yatağına dökülmüş, yamaçlardaki bitki örtüsü yer yer ortadan kaldırılmış toprak erozyonu riski artmıştır. Ayrıca projede regülatörler ile santraller arasındaki su iletim hattının büyük kısmının tünellerden geçirilmesi planlanmasına rağmen, maliyetin düşürülmesi amacıyla büyük bir kısmı yüzeyden geçirilmiştir.Belki de en büyük çevresel etkisi sucul ekosistem üzerinde olmaktadır. Hidroelektrik santrallerin kuruluş aşamasında ve kurulduktan sonra, sucul ortama yapacakları her türlü etki sürdürülebilir bir sucul yaşamın yok olmasına yol açabilmektedir. Bu nedenle inşaat sürecinde dere yatağında yapılacak olan çalışmalarda, derenin yönü değiştirilerek kuru bir saha oluşturulması ve dere suyunun bulanmasının önlenerek çalışmaların yapılması akarsu ekolojisi için hayati önem taşımaktadır (Ak, 2009). Kelkit Çayı yatağındaki bitkiler hem regülatör inşaatları hem de hafriyat ve yol çalışmaları sırasında zarar görmüşlerdir. Ayrıca ortamdaki balık ve diğer sucul hayvanlar da bu süreçten olumsuz etkilenmişlerdir. Karbon emisyonlarının sınırlandığı günümüzde, temiz enerji üretiyor olması başlı başına bir üstünlük sebebidir. Bununla birlikte büyük ölçüde proje ve kurulum sürecinde yapılan yanlışlıklar, başta Kelkit Çayı ekosistemi olmak üzere yörede ciddi çevre sorunlarının ortaya çıkmasına zemin hazırlamıştır.


Şekil 2. Kelkit Çayı vadisi yamaçlarında Reşadiye HES inşaatına bağlı morfolojik ve floristik yapıda meydana gelen tahribattan bir görüntü.

Rize Fındıklı ilçesinde de halk HES 'e son derece organize bir direniş göstermiştir. Ana geçim kaynağı çay olan halk için derelerin anlamı oldukça fazladır. Öyle ki suyun değişimi ile bitki örtüsünün de değişeceğini ve aynı rekolte ile aynı kalitede çay üretemeyeceklerini düşünen halk direnişine devam etmektedir. Fındıklı’da HES’lere karşı yöre halkının mücadelesi söz konusu iken, Rize’nin HES’le ilk tanışan ilçesi Çamlıhemşin halkı verdikleri mücadeleyi en başta kazanmışlardır. Bu ilk HES projesine kaçtıkları davayı kazanan Çamlıhemşinliler tarafından şantiye alanı ve arazisini de üniversiteye bağışlanmıştır ( http://www.milliyet.com.tr/). Trabzon’un Of ilçesinden başlayıp, 40 kilometrelik bölgede yer alan Solaklı Vadisi, 30’dan fazla HES projesinin yer aldığı Karadeniz’de en çok tartışılan bölgelerden biridir. Bu bölgeyi konu alan çalışmalarda HES inşaatları için ağaçların kesildiği, vadilerde hafriyatlarla dere yataklarının kapatıldığı, balık geçişlerinin engellendiği, Karadeniz hamsinini temel gıdası planktonların denize ulaşımının yok edildiği yönünde bulgular elde edilmiştir.

Şekil 3. Rize Fındıklı ilçesindeki çalışma


Ayrıca yerleşim yerlerinden en az 700 metre uzaklıktan geçmesi gereken yüksek gerilim hatları Solaklı'da tam yerleşim yerlerinin üzerinden geçmektedir. Bu durumunda da kansere yol açtığı bilinmektedir. Bölgede yaşayan halk ilk zamanlar ‘devletin yaptığı doğrudur’ düşüncesiyle projelere karşı çıkmamış, ancak HES’lerin çevreye verdiği zararlar ortaya çıktıkça halk da karşı çıkmaya başlamıştır. Dere yatakları doldurulmuş, dahası dereler kaybolmuştur (http://www.radikal.com.tr).

Şekil 4. Trabzon Solaklı beldesindeki çalışma

Bölgedeki örnekleri artırmak mümkündür. Sinop İli Gerze ilçesinde termik şirketin kurdurduğu ‘Gerze Kalkınma ve Çevre Koruma Derneği adındaki derneğin düzenlemek istediği toplantı halkın tepkisi sonucu engellenmiştir. Hopa Dereleri Koruma Platformu İstanbul İstiklal Caddesi’nde düzenlediği eylemle Hopa’da HES yapılmasına izin vermeyeceklerini açıklayarak yöre halkı tarafından protesto edilmiş, Rize İdare Mahkemesi, Artvin Borçka’ya bağlı Camili Vadisi üzerinde yapılması planlanan Sarnıç HES Projesi’ne yürütmeyi durdurma kararı vermiştir. Bartın’da Ova Cuma Çayı üzerinde kurulması planlanan HES projesi ile ilgili Abdi Paşa beldesinde düzenlenmesi planlanan toplantı, halkın tepkisi sonucu yapılamamıştır. Artvin Borçka’daki Maçahel Vadisi’nde yapılması planlanan iki HES projesi de, şirketin vazgeçmek zorunda kalması ile rafa kalkmış, Giresun'un Dereli İlçesi'ndeki 4 HES Projesi'ne de, Ordu İdare Mahkemesi tarafından yürütmeyi durdurma kararı verilmiştir (http://ozgurgelecek.net/). EMO Samsun Şube Başkanı Mehmet Özdağ, EMO genel merkezi tarafından Ekim 2010 tarihinde 60 kişilik ekip ile yapılan Doğu Karadeniz Bölgesi HES Teknik Gezisinin raporunda bazı üretim tesislerinin dere yataklarının içine yapıldığı, yol yapımı bahanesiyle dere yataklarının kapatıldığı gözlenmiştir. İmalatta açığa çıkan hafriyatların da hiçbir kural gözetilmeden gelişi güzel döküldüğü tespit edilmiş, hiçbir zarar görmemesi gereken bitki örtüsü ve ağaçların bu hafriyatlar nedeniyle zarar gördüğü belirlenmiştir. Hazırlanan teknik gezi raporunda Türkiye‘de 2 bine yakın HES projesi bulunduğu ve bunların 135‘nin Trabzon‘da, 84‘ünün Rize‘de ve 24‘ünün de Artvin‘de yapılmasının öngörüldüğünü belirtilmiş, kısa ve orta vadede Türkiye’nin HES çöplüğüne dönüşeceği söylenmiştir. Yine raporda Elektrik Piyasası Kanunu sonrasında 1215 santralin tamamı özel sektör tarafından yapıldığını fakat Türkiye‘nin yüzde 10‘luk enerji ihtiyacını karşılayamadığını ifade edilmiştir ( http://www.emo.org.tr/).


Şekil 5. Gelişigüzel depolanan hafriyat nedeniyle yamaç doğrultusunda hareket eden topraklar

Sonuç

Su, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin üçte birinin hareket ettirdiği hidrolojik çevrim sayesinde süreli yenilenebilen, çevre kirliliğinin önlenmesi açısından temiz nitelikte olan bir enerji kaynağıdır. Elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında ilk sırada bulunan su Türkiye için bir öz kaynaktır ve Türkiye için büyük önem arz eden bir birincil enerji kaynağıdır. Nehir tipi santraller, kuruluş ve işletme giderleri düşük, çevresel etkileri sınırlı, az bir zaman zarfında inşa edilebilen, büyük ölçüde yerli ve ekonomik geri dönüşümü kısa süren tesislerdir. Büyük HES inşaatlarında baraj gölünün inşasında karşılaşılan güçlüklerin pek çoğuna nehir tipi santrallerde rastlanmaz. Nehir tipi santraller aynı zamanda kâr marjı yüksek tesislerdir. Diğer yandan ülke yüzeyine dağılmış çok sayıda küçük santral vardır. Kâr marjından dolayı elektrik üretiminde devlet tekelinin kalkmasıyla birlikte pek çok özel sektör kuruluşu bu tip santraller kurmak için projeler geliştirmeye başlamışlardır. Ayrıca bu tip santraller kırsal kalkınmayı da desteklemektedir. Depolamalı ve depolamasız HES’lerin yapılmasına tamamen karşı olmak, günümüz şartlarında doğru olmamakla birlikte sürdürülebilir kalkınma için ülke için gelecek nesiller için, ranttan uzak düzgün planlamalara ihtiyaç duyduğumuz da ortadadır. Sürdürülebilir bir yaşam için, sürdürülebilir kalkınma için sürdürülebilir HES’lerin yapımına ihtiyaç duyulmaktadır.

Kaynaklar

+Ak, O., (2009) Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin Sucul Ekosistem Üzerine

Etkileri. Su Ürünleri Araştırma Merkezi Yunus Araştırma Bülteni, Yıl: 9, Sayı: 2, s. 16-20, Trabzon.

+Akpınar, E., (2005a) Nehir Tipi Santrallerin Türkiye' nin Hidroelektrik Üretimindeki Yeri, Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, Cilt:7, Sayı:2.

+Akpınar, E., (2005b) Nehir Tipi Santrallerin Türkiye’nin Hidroelektrik Üretimindeki Yeri. Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, Cilt: 7, Sayı:2, s. 1-25, Erzincan.

+Akpınar, A., (2007) Dünya Avrupa Birliği ve Türkiye’nin Toplam Elektrik ve Hidroelektrik Enerji Üretim Projeksiyonu, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.

+Akpınar, A., Karadeniz, V., ve Başıbüyük A., (2009) Çoruh Havzası’ndaki Küçük Hidroelektrik Santrallerin Durumu. TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, V.


Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu Haziran-2009, s. 249-254, Diyarbakır.

+Atılgan, Ġ., (2000) Türkiye’nin Enerji Potansiyeline Bakış. Gazi Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt:15, No: 1, s. 31-47, Ankara.

+Balat, H., (2007) A Renewable Perspective for Sustainable Energy Development in Turkey: The Case of Small Hydropower Plants. Renewable & Sustainable Energy Reviews.Vol 11. pp.2152-2165.

+Durdyev S., (2010) Rüzgar Enerjisinde Uygun Türbin Seçimi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.

+Gökdemir, M., Kömürcü, İ., ve Evcimen, T., (2012) Türkiye’de Hidroelektrik Enerji ve HES Uygulamalarına Genel Bakış, TMH - 471 - 2012/1.

+Görez, T. ve Alkan, A., (2005) Türkiye’nin Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Hidroelektrik Enerji Potansiyeli. III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 19-21 Ekim 2005, s. 123-127, Mersin.

+Güner E.,Tör, O., Altın, M. ve Nadar A., (2008) Küçük Hidrolik Santrallerin Projelendirilmesinde Dikkat Edilmesi Gereken Bazı Teknik Hususlar. Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 26-30 Kasım 2008, s. 7-13, Bursa

+Kurdoğlu, O., ve Özalp, M., (2010) Nehir Tipi Hidroelektrik Santral Yatırımlarının Yasal Süreç, Çevresel Etkiler. Doğa Koruma ve Ekoturizmin Geleceği Kapsamında Değerlendirilmesi, III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi 20-22 Mayıs 2010, Cilt:II, s. 688-707, Artvin.

+Özalp, M., ve Kurdoğlu, O., (2010) Artvin’de Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerin Neden Olduğu/Olacağı Ekolojik ve Sosyal Sorunlar. III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi 20-22 Mayıs 2010, Cilt: II, s. 677-687, Artvin.

+ Görez, T., Alkan, A., 2005, “Türkiye’nin Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Hidroelektrik Enerji Potansiyeli” III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 19-21 Ekim 2005, s. 123-127, Mersin.

+ Çolak, Ġ., vd. 2008, “Türkiye’nin Enerji Geleceği” Türk Bilim Araştırma Vakfı TÜBAV Bilim Dergisi, Cilt:1, Sayı: 2, s. 36-44, Ankara.

+Şeker, V., (2010) Türkiye’nin Elektrik enerjisi Üretiminde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının ANP ile Modellenmesi ve Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Üniversitesi, Ankara.

+Yılmaz U., (2008) Gökçeada’da Yenilenebilir Enerji Kaynaklarıyla Elektrik Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.

+http://www.yeni ufukgazetesi com.tr/haber +http://www.haberler.com/erbaa-hes +http://www.milliyet.com.tr/karadeniz-direniyor-findikli-da/gundem +http://www.radikal.com.tr/turkiye/dereleri_kurutan_ornek_hes +http://ozgurgelecek.net/component/content/article/1105-2011-hes-mucadelesi +http://www.emo.org.tr/genel/bizden_detay, Elektrik Mühendisleri Odası, EMO +http://www.uteg.org/makaleler/dogu_karadeniz_havzasindaki_kucuk_hidroelektrik +http://perweb.firat.edu.tr/personel/yayinlar/fua_612/612_496.pdf


Sulama Amaçlı Rezervuarlarda İşletme Çalışması Yapılması ve Optimum Rezervuar Kapasitesinin Belirlenmesi

Taha Emre ERDİN İnş. Yük. Müh., AKAR-SU Mühendislik ve Müşavirlik Ltd. Şti., Ankara, Türkiye,


A. Burcu ALTAN-SAKARYA

Prof. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye, Tel: (312) 210 2477


Öz

Tarımsal üretim insanlığın hayatta kalabilmesi için en temel gereksinimlerden biridir ve su tarım için hayati önem taşımaktadır. Bu nedenle insanoğlu tarih boyunca su kaynakları üzerinde çalışmış ve ona gerekli önemi vermiştir. Akarsulardaki rejim düzensizlikleri, kuraklıklar, iklim değişiklikleri gibi problemler insanlığın suyu daha verimli kullanma gereksinimlerini ortaya çıkarmış; nüfus artışı ise tarımsal su talebini artırmıştır. Günümüzde sulama amaçlı barajların inşaası ile bu talepler daha verimli bir şekilde karşılanabilmektedir. Fakat barajların inşaası büyük maliyetler gerektirdiğinden, bu gibi depolama tesislerinin optimum boyutlandırılması ve depolanan suyun en uygun şekilde kullanılması gerekmektedir. Bu çalışmanın ana amacı, iki ayrı metot kulanılarak (Enumeration ve Generalized Reduced Gradient), sulama amaçlı bir barajın rezervuarını optimum bir şekilde işleterek boyutlandırabilmektir. Bu bağlamda, bilgisayar ortamında iki ayrı yöntem kullanılarak Microsoft Excelde bir bilgisayar programı yazılmıştır. Ayrıca kullanılan iki yöntem kıyaslanarak avantaj ve dezavantajları tespit edilmiştir. Planlama çalışmaları yapılmış olan bir barajın işletme çalışması verileri kullanılarak program doğrulanmış, kapasite ve sulama sahası optimizasyonları yapılmıştır. Bu çalışmada üç farklı optimizayon problemi ele alınmıştır. Bu problemler reservuar kapasitesi minimizasyonu, sulama alanı maksimizasyonu ve eş zamanlı olarak hem rezervuar kapasitesi minimizasyonu hem de sulama alanı maksimizasyonudur. Ayrıca eldeki bir barajın verileri kullanılarak geliştirilen program üzerinde uygulamalar yapılmıştır. Anahtar sözcükler: Rezervuar İşletmesi, Optimizasyon, Sulama, Baraj, Depolama

Giriş Barajların inşaası için 4 ana amaç bulunmaktadır. Bunlar, içme, kullanma ve endüstriyel su ihtiyacını karşılamak, enerji ihtiyacını karşılamak, taşkın kontrolü ve tarımsal sulama ihtiyacını karşılamak olarak özetlenebilir. Bu ana amaçlardan sulama amaçlı barajlar


diğer 3 amaç gibi hayati öneme sahiptir. Her yıl hızlı bir şekilde artan nüfus, tarımsal besin ihtiyacını da artırmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak için yeterli miktarda tarım yapılmalı ve bu ihtiyaç karşılanmalıdır. Bu da ancak yeterli ve uygun olarak yapılan tarımsal sulama ile mümkündür. Özellikle kurak bölgelerde yetersiz yağmur ve düzensiz nehir rejimleri, mevcut suyun verimli bir şekilde kullanılmasını daha önemli kılmaktadır. Bu noktada depolama tesisleri yani barajlar hayati önem taşımaktadır. Rezervuar Depolamasının Belirlenmesi İçin Çeşitli Yaklaşımlar Rezervuar depolaması belirlenebilmesi için 2 klasik metot vardır. Bunlar “toplam akımların birikimi metodu” (Ripple metot) ve “ardışık pik analiz metodu”dur.” Ripple metodu, grafiksel analiz metodudur ve bu metodun uygulanmasında kısaca kümülatif akımların zamana göre eğrisi çizilir. Çizilen bu eğri üzerinde rezervuardan talep edilen miktar kümülatif akım eğrisine teğet olacak şekilde çizilir. Teğet çizimler arasında kalan en büyük fark gerekli olan rezervuar depolaması olarak belirlenir. Bu metot yalnızca talep sabit olduğunda kullanılabilir. Ardışık pik analiz metodu ise Ripple metodunun gelişmiş versiyonudur. Bu metotta kümülatif toplam akımların ve taleplerin arasındaki fark zamana karşı çizilir. Başlangıçtaki tepe noktası ile ondan sonra gelen düşük nokta arasındaki düşey mesafe aktif depolama kapasitesi olarak belirlenir. Bu iki metot da rezervuar kapasitesi belirlemek için kullanılabilir. Ama optimum rezervuar işletmesi yapmak, rezervuar kapasitesi belirlenmesinde daha doğru bir yaklaşım olacaktır. Çünkü rezervuar kapasitesi belirlenmesi sırasında birçok hidrolojik parametre gözönüne alınmalıdır ve bu değerler sabit değildir. Hatta bu parametreler belirlenmemiş olan rezervuar depolamasının bir fonksiyonudur. Problemi çözümü için gerekli optimizasyon modelleri oluşturulmalı ve uygun metotlar seçilerek problem çözülmelidir. Kaynak Taraması Barajlar maliyetli yapılardır ve boyutları maliyette önemli rol oynar. Rezervuarın kapasitesi direk olarak barajın boyutları ile ilişkili olduğundan, optimum rezervuar kapasitesinin belirlenmesi önem teşkil etmektedir. Bu durumu sağlamak için de rezervuarı optimum şekilde işletmek gerekir. Nehir üzerindeki akım gözlemlerinin sayısı da optimum kapasitenin belirlenmesinde önemli bir etkendir. Chow’un (1964) belirttiği üzere, su kaynakları sistemlerini çözebilmek, reaksiyonları anlayabilmek için ve simüle edebilmek için çok miktarda hidrolojik veri gerekmektedir. Maass ve diğ. (1966) belirttiği üzere belli bir rezervuar depolaması için deponun işletilmesi, basitçe yüzey ve yer altı sularından gelen suların rezervuarda depolanması ve rezervuardan salınması işleminin kurallarının belirlenmesidir. Chow ve diğ. (1988) açıklamasına göre rezervuar depolamasının belirlenmesi yıllık ortalama akıma bağlıdır. Bunun için de kurak dönemde akım gözlem istasyonlarında ölçülmüş rezervuar su seviyesinin düştüğü ve yalnızca bir kez göründüğü en alt seviye ile belirlenmedir. Rezervuar optimizasyon problemini çözebilmek için firm debi rezervuar depolamasına bağlı olan önemli bir parametredir. Mays ve Tung’ın (1992)


belirttiği üzere, firm debi tüm periyotta nehirden güvenli bir şekilde alınabilecek maksimum akımdır. Sattari ve diğ. (2008) de belirttiği üzere nehir üzerinde akım-depolama ilişkisini ve depolama ihtiyacını belirleyebilecek iki metot bulunmaktadır. Bunlar, Ripple Metodu (toplam akımların birikimi yöntemi) ve ardışık pik analiz metodudur. Bu iki yöntem talebin sabit ve belirli olduğu zamanlarda kullanabilen klasik yöntemlerdir. Çalışmanın Kapsamı Ön inceleme ve planlama çalışmaları baraj tasarımı için önemli rol oynamaktadır. Her şeyden önce, topografik olarak ve nehir su potansiyeli açısından depolamanın uygunluğu araştırılmalıdır. Nehrin su potansiyelini anlayabilmek için geçmiş yıllara ait nehir üzerinde ölçülmüş akım değerleri gereklidir. Rezervuar depolamasının tasarımı gözlenmiş akım verileri ile direk ilişkilidir. Veri ne kadar çok ve doğru ise yapılacak rezervuar işletme çalışması ve dolayısıyla rezervuar tasarımı da o kadar doğruyu yansıtacaktır. Bu çalışmanın amacı sulama amaçlı optimum rezervuar işletmesi yaparak optimum rezervuar kapasitesini belirlemektir. Çalışma 3 ayrı optimizasyon problemini ele almaktadır. Bu üç problem sırasıyla, (1) net sulanacak alan biliniyorken optimum rezervuar kapasitesinin belirlenmesi, (2) belirli bir rezervuar kapasitesine göre maksimum net sulama sahasının bulunması ve son olarak (3) rezervuar kapasitesi ve net sulama sahası belli değilken, aynı anda hem optimum rezervuar kapasitesinin hem de optimum net sulama sahasının bulunmasıdır.

Bu çalışmada Excel Visual Basic (VBA) uygulaması kullanılmış ve çalışmaya uygun kod yazılmıştır. Çalışma “Generalized Reduced Gradient” (GRG) metodu ve “Enümerasyon” metodu olmak üzere 2 ayrı metot kullanılarak yapılmıştır.

Optimizasyon Probleminin Formülasyonu

Problemin Tanımı Bu çalışmada, amaç fonksiyonu 3 ayrı şekilde tanımlanmıştır. Dolayısıyla 3 ayrı optimizasyon problemi çözülmüştür. Bunlar, kapasite minimizasyonu, sulama alanı maksimizasyonu ve aynı anda hem kapasite minimimizasyonu hem de sulama sahası maksimizasyonudur (Erdin, 2014). Amaç Fonksiyonu olarak kapasite minimizasyonu,

Min. Ka + Kd (1) veya sulama alanı maksimizasyonu,

Maks. Ar (2) ya da hem kapasite minimimizasyonu hem de sulama sahası maksimizasyonu,

Min. Ka + Kd ve Maks. Ar (3) kullanılmıştır.


Burada, Ka rezervuar kapasitesini (aktif hacim), Kd rezervuar ölü hacmini (minimum hacim) ve Ar toplam sulama sahasını göstermektedir. Optimizasyon pronlemi yukarıda tanımlanan 3 farklı amaç fonkiyonu için ayrı ayrı çözülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Optimizasyon problem için en önemli kısıtlardan biri kütlenin korunumudur ve kütle her bir zaman periyodu için korunmalıdır. Diğer bir değişle süreklilik denklemi sağlanmalıdır. Bu denklem aşağıda gösterilmiştir.

iiiiiiiii DSpInArQAsEvAsPISS )()()(1 N,i 1 (4) Burada, Si+1, i zaman periyodunun sonundaki (ya da i+1 zaman periyodunun başındaki) rezervuar depolamasını, Si, i zaman periyodunun başındaki rezervuar depolamasını, Ii, i zamanı boyunca akım gözlem istasyonlarından elde edilen giriş akımlarını, Pi, i zamanı boyunca rezervuara gelen yağış miktarını, Evi, i zamanı boyunca meteoroloji gözlem istasyonundan elde edilen buharlaşma miktarını, As, i zamanı boyunca ortalama rezervuar yüzey alanını (bu değer Si

’nin fonksiyonudur), Qi, i zamanı boyunca 1 hektar için gerekli bitki suyu ihtiyacını, Ini, i zamanı boyunca barajdan sızan su miktarını, Spi, i zamanı boyunca rezervuardan savaklanan su miktarını (bu değer Si

’nin fonksiyonudur) ve Di, i zamanı boyunca içme suyu ihtiyacı gibi diğer olabilecek talepleri gösterir. N optimizasyon probleminin çözüm periyodunu göstermektedir. Bu çalışmada da genellikle bütün rezervuar işletim çalışmalarında kullanıldığı gibi aylık işletim çözülmüş ve N değeri olarak periyoddaki toplam ay sayısı kullanılmıştır. Denklem içindeki buharlaşma, Evi ve yağış, Pi parametreleri optimizasyon problemini doğrusal olmayan bir problem haline dönüştürmektedir. Bunun sebebi, bu iki parametrenin zamana göre değişen rezervuar depolamasının, Si fonksiyonu olmasıdır. Ini ve Pi parametreleri görece olarak küçük olduğunda ihmal edilebilir ve denklemden çıkarılabilir. Güvenilir bir sonuç elde etmek, akım gözlemlerinin çokluğu ve doğruluğu ile orantılıdır. Herhangi bir zaman periyodunda rezervuarda depolanan su miktarı rezervuar kapasitesinden büyük olamaz. Aşağıdaki denklemde bu matematiksel ifade ile gösterilmiştir.

0 KdKaSi N,i 1 (5) Son olarak herhangi bir zaman periyodunda rezervuar depolaması ölü hacimden büyük veya ölü hacme eşit olmalıdır. Aşağıda problemin 3. kısıt denklemi gösterilmiştir.

0KdSi N,i 1 (6) Optimizasyon problemini doğru bir şekilde belirtebilmek için aşağıdaki verilen varsayımlar yapılmıştır.


Rezervuar depolaması zaman periyodunun başında doludur. (S1 = Ka + Kd). 1 hectar için belirlenen bitki suyu ihtiyacı tüm sulama sahasına uniform olarak

yer yıl için dağıtılmıştır. Süreklilik denkleminde her bir parametre metreküp ay olarak tanımlanmıştır. Buharlaşma her bir zaman periyodu için aybaşı ve ay sonu depolamalarının

ortalaması olarak alınmıştır. Rezervuar depolaması tüm zaman periyodu boyunca yalnızca 1 kez ölü hacmi

görmelidir ve ölü hacmi gördükten sonra rezervuar tekrar dolu duruma gelmelidir.

Oluşturulan optimizasyon problemi 2 ayrı metot kullanılarak çözülmüştür. Bunlardan birincisi Enümerasyon metodu, ikincisi Generalized Reduced Gradient (GRG) metodudur. Enümerasyon Metodu sonucu garanti eden deterministik bir metottur. Metot temel olarak tüm olası sonuçları belirlenen artış değeri ile dener ve optimum olana ulaşır. Bu metot her ne kadar optimum sonucu garanti etse de optimum sonuca ulaşmak GRG metoduna göre daha fazla zaman alır. Ayrıca belirlenen artış değeri hassasiyeti de optimum sonuca ulaşmada önemli rol oynar. Generalized Reduced Gradient (GRG) metodu doğrusal olmayan optimizasyon problemleri için kullanılır. Değişkenler üzerinde doğrusal olmayan kısıt denklemlerine ve rastgele sınırlara izin vererek çözer. GRG metodu enümerasyon metoduna göre optimum sonuca çok daha hızlı ulaşır. Bu çalışmada her 2 metot da Microsoft Excel Visual Basic uygulaması (VBA) kullanılarak uygulanmıştır. GRG metodu için Excelin çözücü motoru kullanılmıştır. Enümerasyon metodunda optimum çözüm değişkenlerin tüm olası değerleri tanımlanan artış değeri kullanılarak denemesi ile bulur. Kullanılan artış değeri problemin çözümleme zamanında önemli rol oynar. Küçük artış değeri seçilmesi problemin çözümleme zamanını artırırken aynı zamanda çözümün kesinliği de artmış olur. Diğer bir yandan tersi durumda da problemin çözüm zamanı azalırken çözümün kesinliği azalır. Bu çalışmada çözüm boyunca değişen (küçülen) artış değeri kullanılmıştır. Birinci amaç fonksiyonu için (kapasite minimizasyonu) başlangıç olarak artış değeri 500000 m³ seçilmiştir. Program çözümü yaparken optimum sonuca yaklaştığında artış değeri otomatik olarak küçülür ve 1000 m³ olur. İkinci amaç fonksiyonu içinse (sulama alanı maksimizasyonu) başlangıçta artış değeri 100 ha olarak belirlenmiş ve daha sonra program optimum sonuca yaklaştıkça 0,1 ha’lık artış değerine kadar düşülmüştür. Üçüncü optimizasyon problemi için de durum aynıdır. Diğer bir değişle artış katsayısı sabit değil değişkendir. Optimum sonuca yaklaştıkça küçülmekte ve daha doğru sonuç elde edilmektedir. Geliştirlilen kodda artış değeri problem için belirleyici bir girdi olsa da kodun detayına girilmedikçe değiştirilemez. Bunun yanında programı durdurma kriteri parametresi de program için önemlidir. Bu değerin artırılması çözümü elde etmedeki kesinliği azaltırken, diğer bir yandan bu değerin azaltılması da optimum sonuca ulaşılamamasına sebep olabilir. Varsayılan değer olarak programda 2000 m³ kullanılmıştır. Problemin büyüklüğüne göre (projenin büyüklüğüne göre) optimum sonuç elde edilene kadar değiştirilebilinir.


GRG metodunun Enümerasyon metoduna göre optimum sonuca çok daha hızlı ulaşmasının yanı sıra artış değeri ve durdurma kriteri kullanmaması bir diğer artısıdır. GRG metodunda Excel çözücü motoru kullanılarak çözüm yapılmaktadır.

Kodun Doğrulanması ve Uygulamaları Yeşilkavak Barajı Rezervuar İşletme Çalışması Girdileri Kodun doğrulanması için Yeşilkavak Barajı Planlama Raporu verileri kullanılmış ve bu veriler kullanılarak uygulama çalışmaları yapılmıştır. 1970 ile 2006 yılları arasında yer alan 37 yıllık akım verisi kullanılarak işletme çalışması yapılmıştır. Bu çalışma için programa girilen tüm veriler Şekil 1 ve 2 ve Tablo 1’de gösterilmiştir. Şekil 1’de gözlenmiş akım değerleri, diğer bir değişle su temini değerleri grafik olarak gösterilmiştir. Şekil 2’de kot alan hacim değerleri grafik olarak verilmiştir. Ayrıca Tablo 1’de de bitki suyu ihtiyacı, nehir canlı hayat suyu ihtiyacı ve buharlaşma değerleri gösterilmiştir. Yeşilkavak Barajı Rezervuarının ölü hacim değeri 0,75 hm³’tür.

Şekil 1 Yeşilkavak Barajı 37 yıllık su temini değerleri (1970 ile 2006 arası)

0123456789

1011121314151617181920

1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006

Su T

emin

i (A

kım

Değ

erle

ri) (

hm3 )

Zaman (ay)


Şekil 2 Yeşilkavak Barajı kot alan hacim eğrisi

Tablo 1 Yeşilkavak Barajı bitki suyu ihtiyacı, nehir canlı hayat suyu ihtiyacı ve buharlaşma değerleri

Ay Bitki Suyu

İhtiyacı (m³/ha)

Nehir Can Suyu İhtiyacı

(m³)

Buharlaşma

(mm) Ekim 161 140856 32.01 Kasım 0 136312 0.00 Aralık 0 140856 0.00 Ocak 0 140856 0.00 Şubat 0 127225 0.00 Mart 0 140856 0.00 Nisan 67 136312 0.00 Mayıs 410 140856 71,43

Haziran 1252 136312 129,72 Temmuz 1538 140856 157,24 Ağustos 1447 140856 150,20

Eylül 1027 136312 107,88

200

220

240

260

280

300

320

0500.0001.000.0001.500.0002.000.0002.500.000

200

220

240

260

280

300

320

0 20.000.000 40.000.000 60.000.000 80.000.000

Kot

(m)

Alan (m²) K

ot (m

)

Hacim (m³)


Yeşilkavak Barajı Rezervuar İşletme Çalışması Sonuçları İlk olarak Yeşilkavak Planlama Raporu’ndan alınan değerler ve geliştirilen kod ile yapılmış işletme çalışması sonuçları kıyaslanmıştır. Planlama Raporu’nda net sulama sahası, Ar 17510,10 ha, normal hacim değer, Ka+Kd, 29,91 hm³ ve depolamanın yüksekliği 78,63 m’dir (AKAR-SU Müh. Müş. Ltd Şti., 2010). Birinci amaç fonksiyonu kullanıldığında (kapasite minimizasyonu) 1750,10 ha’lık sulama sahası için Yeşilkavak Barajı rezervuar kapasitesi 29,89 hm³ ve depolamanın yüksekliği 78,61 m olmaktadır. Planlama Raporu’nda bulunmuş olan kapasite ile arasındaki fark sadece 0,02 hm³’tür. İkinci amaç fonksiyonu sulama alanı maksimizasyonudur. 28,89 hm³ rezervuar kapasitesi için Yeşilkavak Barajı net sulama alanı 1750,10 ha olarak bulunmuştur. Depolamanın yüksekliği 78,61 m’dir. İlk durumda hesaplanan değerler ile tutarlılık göstermektedir. Diğer bir yandan, ikinci bir durumolarak rezervuar kapasitesi 29,91 hm³ alındığında (Planlama raporu değeri) net sulama sahası 1750,50 ha olarak bulunmaktadır. Üçüncü amaç fonksiyonu kullanıldığında rezervuar kapasitesi 40,85 hm³ ve net sulama sahası 2000 ha olarak hesaplanmaktadır. Ayrıca depolamanın yüksekliği 86,63 m olarak bulunmuştur. Üçüncü amaç fonksiyonundan elde edilen sonuçlara göre rezervuar kapasitesi 40,85 hm³’ten ve sulanacak sulama sahası 2000 ha’dan büyük olamaz. Birinci ve ikinci optimizasyon problemleri Enümerasyon metodu ve GRG metodu kullanılarak ayrı ayrı çözülmüş ve sonuçlar birbiri ile aynı çıkmıştır. Farklı olarak optimizasyon problemi GRG metodu kullanılarak çözüldüğünde sonuç daha çabuk elde edilmektedir. Üçüncü amaç fonksiyonu için kullanılan metot yalnızca Enümerasyon metodudur. Programda GRG metodu kullanılarak üçüncü amaç fonksiyonu hesaplaması yapılmamaktadır. Tablo 2’de tüm amaç fonksiyonlarından elde edilen sonuçlar gösterilmiştir. Tabloda programa girdi olarak kullanılan değerlerin altı çizilidir. Şekil 3’te de 2000 ha sulama alanı için bulunan işletme çalışması sonuç grafiği görülmektedir. Grafikte, optimizasyon programının çözdüğü 1970-2006 yıllarının her ayı için rezervuar depolaması değerleri verilmiştir. Çalışılan periyodda 1989 yılından sonra gelen akım değerlerinde ciddi azalmalar olduğu için rezervuar depolama seviyesinde düşüş gözlenmiştir. Grafiğin değerleri incelendiği takdirde görülebileceği gibi rezervuar depolaması periyodun başında 40,85 hm³’lük değerle dolu olarak işletmeye başlamış ve 1995 yılı Ekim ayında 0,75 hm³’lük ölü hacim değerine ulaşmıştır. 2006 yılının Nisan ayında da rezervuar tekrar dolu duruma ulaşmıştır.


Tablo 2 Yeşilkavak Barajı İşletme Çalışması Sonuçları

Ar

(ha) Ka+Kd (hm³)

Depolama Yüksekliği (m)

Planlama Raporu Sonuçları 1750,10 29,91 78,63

Ka+Kd minimizasyonu 1750,10 29,89 78,61

Ar maksimizasyonu (Durum 1) 1750,10 29,89 78,61

Ar maksimizasyonu (Durum 2) 1750,50 29,91 78,63

Ka+Kd minimizasyonu ve Ar maksimizasyonu 2000,00 40,85 86,63

Şekil 3 2000 ha net sulama sahası için işletme çalışması sonucu

Sonuçlar

Bu çalışmanın amacı sulama amaçlı barajlarda optimum rezervuar kapasitesi belirlenmesidir. Bu optimizasyon probleminde kullanılan amaç fonksiyonları kapasite minimizasyonu ve sulama alanı maksimizasyonudur.

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006

Rez

ervu

ar D

epol

amas

ı (hm

3 )

Yıl

Ölü Hacim


Öncelikle bu çalışma için geçmişte yapılan çalışmalara yönelik kaynak araştırması yapılmıştır. Kaynak araştırması yapıldıktan sonra amaç fonksiyonları, değişkenler ve kısıtlar belirlenmiştir. Optimizasyon problemi ve formülasyonu tanımlandıktan sonra Excel Visual Basic (VBA) kullanılarak kod yazılmıştır. Problem için kod yazılıp program oluşturulduktan sonra da yapılan çalışmanın geçerliliğini göstermek için doğrulama yapılmıştır. Optimizasyon probleminin çözümünde 2 ayrı metot kullanılmıştır. Bunlar Enümerasyon metodu ve GRG metodudur. Enümerasyon metodunu kullanabilmek için VBA’da kod yazılmış, GRG metodunu kullanabilmek için ayrıca Excelin çözücü motorundan yararlanılmıştır. Kod oluşturulduktan sonra doğrulama yapılmıştır. GRG metodu ile yapılan çözüm Enümerasyon metodu ile yapılan çözümden daha hızlı optimum sonuca ulaşıldığı görülmüştür. Çalışmada geliştirilen kod ile üç adet amaç fonksiyonu kullanılarak Yeşilkavak Barajı verileriyle rezervuar optimizasyon çalışması yapılmış ve sonuçlar kendi aralarında ve Yeşilkavak Planlama Raporu’ndan alınan değerlerle kıyaslanmıştır. Bu çalışma için yazılmış olan kod istenildiği takdirde kolayca geliştirilebilir. Bu çalışma yalnızca sulama amaçlı baraj rezervuarları için yapılmış olsa da farklı amaçlar da çalışmaya eklenebilir. Kod geliştirilerek daha karmaşık problemler çözümü için kullanılabilir. Örneğin enerji amacı veya taşkın kontrol amacı da eklenebilir.

Kaynaklar

AKAR-SU Müh. Müş. Ltd Şti. (2010) Manisa Salihli Projesi Yeşilkavak Barajı ve Sulaması Planlama Raporu, DSİ Chow, V. T. (1964). Handbook of Applied Hydrology. New York. Chow, V. T., Maidment, D. R. and Mays, L.W. (1988). Applied Hydrology, McGraw Hill, Inc. Erdin, T. E. (2014) Determination of Optimum Capacity and Operatıon of Reservoirs for Irrigation Purposes. MS. Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey. Maass, A., Hufschmidt, M. M., Dorfman, R., Thomas, JR, H. A., Marglin, S. A., ve Fair, G. M. (1966). Design of Water Resource Systems. 2nd ed. Massachusetts. Mays, L. W. and Tung, Y. (1992). Hydrosystems Engineering and Management, McGraw Hill, Inc., Sattari, M. T., Salmasi, F. and Öztürk, F. (2008). Sulama Amaçlı Hazne Kapasitesinin Belirlenmesinde Çeşitli Yöntemlerin Karşılaştırılması, Tarım Bilimleri Dergisi, 14(1) pp. 1-7.


Hazne Hacminin Belirlenmesinde Farklı Yöntemlerin Değerlendirilmesi: Afyonkarahisar Sandıklı Kızılca Barajı

Örneği

Emin TAŞ, Murat KİLİT Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi A. N. S. Kampüsü

Afyonkarahisar/Merkez 03000 Tel: 0(272) 228 14 23

E-Posta: [email protected], [email protected]

Öz Bir akarsudan çeşitli kullanımlar için alınması planlanan su miktarı, doğal akış miktarını aşıyorsa, su ihtiyacı ya yeraltısuyundan, ya başka bir havzadan yapılan su transferlerinden ya da bir biriktirme haznesinden karşılanabilir. Su ihtiyacı çoğunlukla da bir biriktirme haznesi oluşturularak giderilir. Su ihtiyacını karşılayabilecek hazne hacmi, akarsuyun akım büyüklüklerine ve değişkenliğine, ihtiyaç miktarına ve ihtiyacı karşılayamama riskine bağlı olarak değişmektedir. Biriktirme haznelerinin tasarımında birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu çalışmada DSİ tarafından 2012 yılında yapımı tamamlanan 9,90 hm3 hazne hacmine sahip Afyon Sandıklı Kızılca Barajı’nın hazne kapasitesi, eklenik akımlar, eklenik farklar, ardışık tepeler, aylık su bütçesi yöntemleriyle ve Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımı ArcGIS 10.3 yardımıyla hesaplanan hazne kapasiteleri ile karşılaştırılarak irdelenmiştir. Yukarıdaki yöntemlerle hazne kapasitesi hesaplanırken Büyük Menderes Havzası Kestel Deresi üzerinde bulunan DSİ-Afyon Sandıklı (7-111) akım gözlem istasyonunda gözlenmiş verilerin DSİ-Kızılca (7-87) akım gözlem istasyonu verileriyle (R=0,909 korelasyon katsayısıyla) uzatılarak elde edilen 23 yıllık (1986-2008) aylık ve yıllık akım verileri kullanılmıştır. Anahtar sözcükler: Düşük akım hidrolojisi, Kritik dönem, Biriktirme haznesi kapasitesi, Sandıklı Kızılca Barajı.

Giriş

Dünyadaki su dağılımına bakıldığında yüzeysel tatlı su kaynaklarının (akarsular, bataklıklar, göller) toplam su miktarının %0.3’ünü oluşturduğu görülmektedir. Kolay erişilebilir ve yenilenebilir olmasından dolayı yüzeysel tatlı su kaynakları insanoğlunun ihtiyacını karşılama noktasında hayati öneme sahip bir konumdadır. İnsanoğlu tarih boyunca su ihtiyacını genellikle akarsuyun doğal akışından karşılamaya çalışmış, akarsular doğal akış miktarlarıyla ihtiyacı karşılayamadığında ise öncelikli olarak biriktirme hazneleri oluşturma yoluna başvurmuştur. Zamana göre değişen akış miktarlarıyla ihtiyaçların karşılanabilmesi için de biriktirme haznelerinin optimum hacminin belirlenmesi gerekmektedir. Akarsuyun doğal akışının su ihtiyacından büyük olduğu dönemler sulak dönemler, küçük olduğu dönemler ise kurak dönemler olarak adlandırılır. Su kullanma maksatlı


haznelerde en kurak dönem, taşkın kontrolü maksatlı haznelerde ise en sulak dönem dikkate alınarak hazne hacmi belirlenir (Ağıralioğlu, 2004).

Hazne Hacminin Belirlenmesinde Kullanılan Yöntemler

Su ihtiyacını karşılayabilecek olan hazne hacmi, akarsuyun akım büyüklüklerine ve değişkenliğine, ihtiyaç miktarına, ihtiyacın karşılanmasındaki güvenilirlik düzeyine ve işletme şekline bağlıdır (Bayazıt, 1997). Hazne hacminin belirlenmesinde kullanılan yöntemleri ön tasarım ve kesin tasarım yöntemleri olarak ikiye ayırmak mümkündür. Ön tasarım yöntemleri buharlaşma ve sızma kayıplarının ihmal edildiği, su ihtiyacının da zamanla değişiminin sabit kabul edildiği basit yöntemlerdir. Ön tasarım yöntemlerinde yapılan bu kabuller sonuçların hassasiyetini etkilemektedir. Kesin tasarım yöntemlerinde ise talepteki mevsimsel değişmeler, buharlaşma ve sızma kayıpları dikkate alındığından gerçeğe daha yakın sonuçlara varmak mümkündür. Hazne hacmi belirlenmesinde kullanılan yöntemleri kritik dönem yöntemleri (eklenik akımlar, eklenik farklar, ardışık tepeler, minimum akımlar, aylık su bütçesi, Alexander, Dinçer, Gould Gamma), Moran hazne teorisini temel alan yöntemler (Moran ve Gould olasılık matris yöntemleri, McMahon, Hardison) ve sentetik veri kullanımını temel alan yöntemler (Gould sentetik veri yöntemi, Monte Carlo) olarak üç grupta da sıralamak mümkündür (McMahon ve Mein, 1978).

Uygulama Alanı

Afyonkarahisar ili Sandıklı ilçesinde Kızılca köyü yakınında içme-kullanma ve sulama amaçlı olarak DSİ tarafından 2012 yılında yapımı tamamlanan Kızılca Barajı, Büyük Menderes Havzası içinde Kestel Deresi üzerindedir (Şekil 1). Kızılca Barajı yağış alanı 38,1 km2 olup baraj havzasının yıllık yağış yüksekliği 746,6 mm (1968-1993) ve yıllık toplam akış hacmi 11,316 hm3 (1986-2008)’tür. Baraj yerinin ortalama sıcaklığı 11,3 0C (1963-2005), net buharlaşma yüksekliği 544,1 mm (1995-2005) ve hazne yüzeyinden yıllık buharlaşma hacmi 0,24 hm3’tür. Kil çekirdekli geçirimli (kum-çakıl) bir dolgu barajı olan Kızılca Barajı’nın gövde hacmi 0,693 hm3 ve temelden yüksekliği 59 m’dir. Barajın talvegten yüksekliği ise 48,6 m’dir. Normal su seviyesindeki göl alanı 0,532 km2 ve bu seviyedeki göl hacmi 9,90 hm3 olan barajın, minimum su seviyesindeki göl alanı 0,103 km2 ve bu seviyedeki göl hacmi (minimum hacim yada ölü hacim) 0,57 hm3’tür. Ölü hacim hesabı yapılırken havzadan baraja taşınan sediment miktarının 300 m3/km2/yıl ve ekonomik ömrün 50 yıl olduğu kabul edilmiştir (DSİ, 2010).


Şekil 1 Kızılca Barajı coğrafi konumu (TÜBİTAK MAM Çevre Enstitüsü, 2010). Kızılca Barajı'ndan yakındaki Sorkun kasabası (3,11 lt/s) ve Kızılca köyünün (1,93 lt/s) içme ve kullanma suyu karşılanacak olup gelecekteki talepler de dikkate alınarak toplamda yıllık 0,504 hm3 (16 lt/s) içme kullanma suyu tahsis edilmiştir. Barajdan sağlanacak sulamayla sulanacak net alan 1799,5 ha ve sulama suyu ihtiyacı 4136,8 m3/ha/yıl olduğundan yıllık sulama diversiyonu 7,44 hm3'tür. Ortalama su ihtiyacının kayıplar çıkartıldıktan sonra hazneye gelen ortalama su miktarına oranı olarak tanımlanan hazne düzenleme oranı, Kızılca Barajı için baraj alanının topoğrafik özellikleri ve civardaki işlenebilir tarım arazileri nedeniyle %67 alınmıştır (DSİ, 2010). Hazne hacminin belirlenmesi için yapılan hesaplamalarda kullanılan akım verileri DSİ tarafından işletilen Afyon Sandıklı (7-111) ve Kızılca (7-87) akım gözlem istasyonlarından (Tablo 1) elde edilmiştir.

Tablo 1 Akım gözlem istasyonları bilgileri.

İstasyonun Adı / No / Koordinatları Akarsu Adı

Yağış Alanı (km2)

Kot (m)

Gözlem Süresi

Afyon Sandıklı / D07A111 / 380 22' 33" K - 300 04' 57" D

Kızılca Suyu 38,1 1145

1991-2000

Kızılca / D07A087 / 380 23' 15" K - 300 04' 39" D

Kestel Deresi

46,2 1067 1986-2011

7-111 nolu AGİ tam baraj aksında olduğu için Kızılca Barajı hazne hacmi irdelemesinde bu istasyonun verilerinin kullanılması uygundur. Fakat bu istasyonun gözlem süresi baraj işletmesi için yeterli olmadığından, yeterli gözlem süresine sahip ve mansapta yer


alan 7-87 nolu istasyon verileriyle korelasyon kurularak uzatılmıştır. Korelasyon katsayısı R=0,909 ve korelasyon denklemi y=0,7907x+0,1288 olarak bulunmuştur. Sonuçta 7-111 nolu istasyonun korelasyonla 7-87 nolu istasyon verileriyle uzatılarak elde edilen 23 yıllık (1986-2008) aylık ve yıllık akım verileri biriktirme hazne tasarımında kullanılmıştır (DSİ, 2010). 23 yıllık gözlem süresince yıllık gelen akım miktarları Şekil 2’de sunulmuştur.

Şekil 2 Kestel Deresi Kızılca baraj yeri girişi 23 yıl süreli (1986-2008) yıllık akım verileri.

Hazne Hacminin Belirlenmesi

Çalışmada ön tasarım ve kesin tasarım aşamasında kullanılan bazı kritik dönem yöntemleri ile gerekli hazne hacminin belirlenmesi ve Kızılca Barajı’nın hazne hacminin irdelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca yöntemler farklı düzenleme oranları ve ihtiyacı karşılayamama olasılıkları için uygulanarak bu faktörlerin belirlenecek hazne hacmine etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada hazne hacmi belirlenmesi için kullanılan ön tasarım ve kesin tasarım yöntemleri de kritik dönem yöntemleridir. Pratikte daha çok kullanıldığı için hazne hacmi hesabında bazı kritik dönem yöntemleri tercih edilmiştir. Yeterli kapasitesi olan bir hazne kritik dönemin başlangıcında tamamen dolu iken kritik dönemin sonunda boşalacaktır. Ön Tasarım Yöntemleri Öntasarım kritik dönem yöntemlerinde haznenin kritik dönemin başında dolu olduğu, su ihtiyacının sabit olduğu, buharlaşma ve sızma kayıplarının olmadığı ve gözlenen verilerin geleceği temsil ettiği kabulleri yapılır. Bu kabuller gerekli hazne kapasitesi belirlenirken hassasiyetin düşük olmasına neden olmaktadır. Fakat bu yöntemlerin basit olması, yöntemlerde gözlenen veriler kullanıldığından mevsimsellik ve içsel bağımlılık gibi akım özelliklerinin gerekli hazne kapasitesi belirlenirken dikkate alınıyor olması bu yöntemlerin avantajlarıdır (Bayazıt, 1997). Ön tasarım aşamasında eklenik akımlar, eklenik farklar ve ardışık tepeler yöntemlerinde belirlenen hazne hacminin ihtiyacı karşılamama olasılığı için kabaca şöyle bir formül kullanılabilir:


Yukarıdaki formül kullanılarak 1986-2008 yılları arasında gözlenmiş akımlar (N=23 yıl) yardımıyla hacmi belirlenen haznenin toplam gözlem süresi içerisinde bir kez ihtiyacı karşılayamama olasılığı %2,6 olarak bulunmuştur. Eklenik Akımlar (Ripple) Yöntemi Ripple yönteminde aylık (veya yıllık) akımlar eklenik olarak toplanarak toplam akım çizgisi elde edilir. Belirli bir çekimi sürekli sağlamak için gerekli hazne hacmi belirlenirken, toplam akım çizgisine düzenleme oranına karşılık gelen eğimde teğetler çizilir. Toplam akım çizgisine yukarıdan değen teğetler haznenin dolu olduğu bir noktayı gösterir. Böyle bir noktadaki teğetle daha sonraki bir anda çizgiye aşağıdan değen bir teğet arasındaki düşey uzaklık gerekli hazne hacmini verir. Toplam akım çizgisi boyunca bu şekilde başka teğet çifti varsa bu teğet çiftlerinin arasındaki düşey uzaklığın en büyüğü gerekli hazne hacmini; gerekli hazne hacminin belirlendiği teğet noktalarının arasındaki yatay uzaklık da kritik dönem uzunluğunu verir (McMahon ve Mein, 1978). Afyon Sandıklı (7-111) AGİ’na ait 23 yıl süreli aylık akım miktarları kullanılarak %67 düzenleme oranı (0,682 hm3/ay) için elde edilen toplam akım ve çekim eğrileri Şekil 3’de sunulmuştur. Bu yöntemle %67 düzenleme oranı için gerekli hazne hacmi 5,687 hm3 (256,702-251,015); kritik dönem uzunluğu ise 18 ay (265.ay-247.ay) olarak bulunmuştur. %75 düzenleme oranı (0,763 hm3/ay) için ise gerekli hazne hacmi 7,621 hm3 (78,937-71,316), kritik dönem 54 ay (86.ay-32.ay) olarak bulunmuştur.

Şekil 3 Eklenik akımlar (Ripple) yöntemiyle hazne kapasitesinin belirlenmesi. Eklenik Farklar Yöntemi Eklenik farklar yönteminde her bir akım ve çekim değerinden ortalama akımlar çıkartılarak farklar elde edilir. Daha sonra bu farkların kümülatif değerleri çizilir. Çekim ve eklenik fark eğrisi arasındaki en büyük fark gerekli hazne kapasitesini vermektedir (McMahon ve Mein, 1978).


Afyon Sandıklı (7-111) AGİ’na ait 23 yıl süreli aylık akım miktarları kullanılarak %67 düzenleme oranı için elde edilen eklenik farklar ve çekim eğrileri Şekil 4’de sunulmuştur. Bu yöntemle %67 düzenleme oranı için gerekli hazne hacmi 5,500 hm3 (5.765-0.265); kritik dönem uzunluğu ise 6 ay (187.ay-181.ay) olarak bulunmuştur. %75 düzenleme oranı için ise gerekli hazne hacmi 7,200 hm3 (7,456-2,256); kritik dönem 30 ay (260.ay-230.ay) olarak bulunmuştur.

Şekil 4 Eklenik farklar yöntemiyle hazne kapasitesinin belirlenmesi. Ardışık Tepeler Yöntemi Ardışık tepeler yöntemi eklenik akımlar yönteminin analitik çözümü olarak tanımlanabilir. Yöntemde öncelikle eklenik akımlardan çekim değerleri çıkarılmaktadır. Daha sonra bu fark değerlerindeki en büyük ilk değer (H1) ve ondan sonra gelen daha büyük ikinci değer (H2) ve bu ikisinin arasındaki bölgede kalan en küçük değer (T1) tespit edilmektedir. Bu işlemlere tüm fark verileri tamamlanıncaya kadar devam edilmektedir. (Hi- Ti) değerleri hazne hacimlerini vermektedir ve bu değerlerden en büyüğü gerekli hazne hacmi olarak alınmaktadır (Halden ve Özkul, 2004). Afyon Sandıklı (7-111) AGİ’na ait 23 yıl süreli aylık akım miktarları kullanılarak %67 düzenleme oranı için elde edilen eklenik akım ve çekim farkı eğrisi Şekil 5’de sunulmuştur. Bu yöntemle %67 düzenleme oranı için gerekli hazne hacmi 5,687 hm3 (76,654-70,967); kritik dönem uzunluğu ise 18 ay (265.ay-247.ay) olarak bulunmuştur. %75 düzenleme oranı için ise gerekli hazne hacmi 7,922 hm3 (43,238-35,316); kritik dönem 30 ay (193.ay-163.ay) olarak bulunmuştur.


Şekil 5 Ardışık tepeler yöntemiyle hazne kapasitesinin belirlenmesi. Kesin Tasarım Yöntemleri Aylık Su Bütçesi Yöntemi Haznenin boş olduğu ay sayısı, toplam gözlem süresindeki ay sayısına bölünerek su alınmayacak zaman yüzdesi (başarısızlık yüzdesi) bulunur. Haznenin ihtiyacı karşılayamama olasılığı kabul edilebilir bir güvenirlikte seçilerek hazne hacmi belirlenir. Bu yöntemde haznenin başlangıçta dolu olduğu ve gözlenmiş akımların gelecekteki akımları temsil ettiği kabulleri yapılmaktadır. Ayrıca su taleplerinin gelecekteki artış oranının tahmin edilmesi çok kolay değildir (Ağıralioğlu, 2004). Kızılca Barajı için 23 yıl süreli gözlemlenen aylık gelen akım, sulama ve içme-kullanma suyu ile buharlaşma miktarları kütlenin korunumu prensibiyle dikkate alınarak ve hazne başta dolu kabul edilerek savaklanan miktar ve ay sonu hazne hacmi hesaplanmıştır. Bu yöntemle %2,5 ihtiyacı karşılayamama olasılığı ve %67 düzenleme oranı için gerekli hazne hacmi 7,530 hm3, kritik dönem uzunluğu ise 18 ay (48.ay-30.ay) olarak bulunmuştur. Sürekli ihtiyacı karşılaması için ise gerekli hazne hacminin 9,690 hm3 olması gerekmektedir. Ön tasarım yöntemlerinde buharlaşma ihmal edildiğinden ve çekim sabit kabul edildiğinden, aylık su bütçesi yöntemiyle ön tasarım yöntemlerini kıyaslayabilmek için, aylık su bütçesi yönteminde de buharlaşmayı ihmal ve çekimi sabit kabul ettiğimizde gerekli hazne hacmi %2,5 ihtiyacı karşılayamama olasılığı ve %67 düzenleme oranı için 4,260 hm3 olmaktadır. Kritik dönem yine 18 ay (193.ay-175.ay) olarak bulunmaktadır. %0 ihtiyacı karşılayamama olasılığı için ise gerekli hazne hacmi bu şartlarda 5,330 hm3 olarak hesaplanmaktadır. Coğrafi Bilgi Sistemi Yazılımı ile Hazne Hacmi Hesabı Kızılca Barajı'nın ArcGIS 10.3 programında normal su seviyesinde hazne hacminin hesaplanması için 10 metre hassasiyetli sayısal yükseklik haritası (Şekil 6) kullanılmıştır. Baraj gövdesinin koordinatları girilerek normal su seviyesi olan 1145,90


metrenin altında kalan hacim 9,560 hm3 olarak bulunmuştur. Hazne yüzey alanı ise 0,554 km2 olarak tespit edilmiştir.

Şekil 6 Kızılca Barajı yağış alanı yükseklik ve drenaj ağı haritası.


Hazne tasarım yöntemleriyle elde edilen değerlere (Tablo 2) baktığımızda, yöntemleri birbiriyle rahatça kıyaslamak mümkün olmaktadır. Ön tasarım yöntemlerinin birbirine yakın sonuçlar verdiği görülmektedir. Aylık su bütçesi I yöntemiyle kıyaslandıklarında ise ön tasarım yöntemlerinin güvenli tarafta kalmadıkları görülmektedir. Aylık su bütçesi II yöntemiyle ise yakın sonuçlar vermektedirler. Fakat ön tasarım ve aylık su bütçesi II yöntemlerinde buharlaşma ihmal edilmekte ve çekim sabit değerde kabul edilmektedir. Bu durum bu yöntemlerin gerçeği çok iyi yansıtmamasına sebep olmaktadır. Bu yüzden aylık su bütçesi I yöntemi gerçeği en iyi temsil edeceğinden kullanılması en uygun yöntem olacaktır. ArcGIS 10.3 yazılımı ile hesaplanan hazne hacmi değeri, kesin tasarım olan aylık su bütçesi I yöntemi sürekli ihtiyacı karşılama durumundaki sonucuna çok yakın bir değerdir. Bu durum ArcGIS 10.3 yazılımının hazne hacmi tasarımında kullanılabileceğini göstermektedir.


Tablo 2 Farklı yöntemlerle hesaplanan hazne hacimleri.

Yöntemler

Düzenleme Oranı: %67 Düzenleme Oranı: %75 İht. Karş. Olasılığı

(%)

Hazne Kapasitesi

(hm3)

Kritik Dönem

(ay)

İht. Karş. Olasılığı

(%)

Hazne Kapasitesi

(hm3)

Kritik Dönem

(ay) Eklenik Akımlar 2,6 5,687 18 2,6 7,621 54

Eklenik Farklar 2,6 5,500 6 2,6 7,200 30

Ardışık Tepeler 2,6 5,687 18 2,6 7,922 30

Aylık Su Bütçesi I

2,5 7,530 18 - - - 0 9,690 - - - -

Aylık Su Bütçesi II

(Buh.=0 ve Çekim=sbt)

2,5 4,260 18 - - -

0 5,330 - - - -

Düzenleme oranının artmasıyla bekleneceği gibi gerekli hazne hacmi değerlerinin de arttığı görülmektedir. Düzenleme oranındaki yaklaşık %10'luk bir artışta gerekli hazne hacminin yaklaşık %50, kritik dönem uzunluklarının ise yaklaşık birkaç kat arttığı görülmektedir. Buradan düzenleme oranının hazne kapasitesi hesabında ne kadar önemli olduğu ortaya çıkmaktadır. İhtiyacı karşılamama olasılığının düşmesiyle bekleneceği gibi hazne hacmi değeri artmaktadır. İhtiyacı karşılamama olasılığının %2,5'tan %0'a düşmesi gerekli hazne hacmi kapasitesinin %25-30 arasında arttırmaktadır. Risk faktörünün de hazne kapasitesi üzerinde ne denli etkili olduğu açıktır. Hazne hacmi kapasitesi belirlenirken haznenin coğrafi özelliklerine, vereceği hizmetin önem derecesine, ekonomik ömrüne, paydaşların gelişim potansiyeline vs. gibi özelliklerine bakılarak düzenleme oranının ve ihtiyacı karşılamama olasılığının doğru belirlenmesi çok büyük önem arz etmektedir. DSİ tarafından hesaplanan 9,900 hm3 hazne hacminin kabul edilebilirliğine baktığımızda, aylık su bütçesi I yöntemiyle elde edilen %0 ihtiyacı karşılamama olasılığı olan hazne kapasitesine yakın bir değer olduğu görülmektedir. Bu bağlamda, gerçeğe en yakın sonucu vermesini beklediğimiz bu yöntemin sonucuna çok yakın ve güvenli tarafta kalacak şekilde tercih edilen DSİ hazne kapasitesi miktarı uygun bulunmuştur. Bir ön tasarım yöntemi olarak kullanılabileceği düşünülen kaba bir yaklaşımla, 12 ay için uzun yıllar gelen akımların ortalamalarından o aya ait çekim ve kayıp miktarlarını çıkardığımızda sıfırın altına düşen değerleri (Kızılca Barajı için Haziran-Eylül arası) mutlak değerce topladığımızda 6,866 hm3 yapmaktadır. Bu değer gelen akımın ihtiyacı karşılayamama miktarı olduğundan gerekli hazne hacmi miktarıdır ve bu çalışmada kullanılan diğer yöntemlere yaklaşık bir sonuç vermektedir.


Kaynaklar

Ağıralioğlu, N. (2004) Baraj Planlama ve Tasarımı. cilt 1, Su Vakfı Yayınları, İstanbul, Türkiye. Bayazıt, M. (1997) Biriktirme Haznelerinin Tasarımı ve İşletilmesi. İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul, Türkiye. McMahon, T. A. and Mein, R. G. (1978) Reservoir Capacity and Yield. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, The Netherlands. TÜBİTAK MAM Çevre Enstitüsü (2010) Havza Koruma Eylem Planlarının Hazırlanması Projesi-Büyük Menderes Havzası Proje Nihai Raporu. Kocaeli. DSİ Genel Müdürlüğü (2010) Afyonkarahisar-Sandıklı Kestel Barajı Kat’i Proje Raporu. Ankara. Halden, E. ve Özkul, S. (2004) Kritik dönem yöntemleri ile hazne hacminin belirlenmesi, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, cilt 6, sayı 1, sayfa 99-113.


Bütüncül Havza Yönetimi: Konya Kapalı Havzası Uygulaması

İsmail Kaan Tunçok, PhD, PE, MBA, Yük. Müh. Okan Çağrı Bozkurt

Köroğlu caddesi Kuleli sokak No. 77/8 Çankaya Ankara Tel: (312) 447 05 06

E-Posta: [email protected] Reşat Nuri Sk. No:83/8 Y.Ayrancı Ankara

Tel: (312) 441 72 00 E-posta: [email protected]

Öz Havza ölçekli bütüncül su kaynakları yönetim planları çalışmalarında esas olan öncelikli olarak proje sahasının iklimsel, hidrometeorolojik, topoğrafik, su kaynakları ve ekosistem dengeleri açısından değerlendirilmesidir. Bu kapsamda veri altlıklarının oluşturulması, ilgili havza ve alt havzalardaki dinamik ilişkilerin hem tarihsel veriler hem de gelecekte oluşması öngörülen değişimler kapsamında tanımlanabilmesi önemlidir. Bunu takiben hidrolojik ve hidrojeolojik analiz ve/veya modelleme yaklaşımları kullanılarak yüzey ve yeraltı su kaynaklarındaki zamansal ve mekansal değişimin belirlenmesi ve bunu takiben havza ölçeğinde bütüncül su kaynakları bütçesinin sürdürülebilir bir yaklaşım çerçevesinde oluşturulabilmesi gerekmektedir. Konya Kapalı Havzası proje çalışmasında, su kaynakları ve su kullanımları arasındaki denge ve dengesizlikler alt havza ölçeğinde belirlenerek farklı senaryolar kapsamında incelenmiş ve buna bağlı olarak hem havzada su kullanımına bağlı olarak oluşabilecek baskılar hem de bu baskıların telafi edilmesi amacıyla geliştirilen projelerin etkisi değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, dünyada havza ölçekli su bütçesi ve işletme çalışmalarında yaygın olarak kullanılan WEAP “Su Kaynakları Değerlendirme ve Planlama” sistemi kullanılmıştır. WEAP modeli, nehir sisteminde bulunan su yapılarının, sulama alanı ve kentler gibi talep noktalarının, nehri besleyen alt havzaların ve nehir kollarının topolojik olarak ilişkilerinin tanımlanmasına dayanmaktadır. Sistemdeki barajlar, regülatörler vs. gibi arz ve sulama alanları, kentler vs. gibi talep bölgeleri, düğüm noktaları olarak tanımlanarak; bu noktalar arasındaki bağlantılar da akarsu kolları, drenaj kanalları, iletim hatları gibi iletim elemanları ile gösterilmektedir. Buna ilave olarak sektörel bazda su arz-talep oranı, kaynağın güvenilirliği, fayda-masraf oranı gibi temel göstergeleri de çıktı olarak verebilmekte; bu da farklı yıllar için farklı su kullanım ve arz senaryolarını performans açısından irdelemeye, değişimleri gözlemeye ve optimizasyon prensipleri kapsamında değerlendirmeye olanak sağlamaktadır. Anahtar sözcükler: Bütüncül Havza Yönetimi, Havza Su Bütçesi, Optimizasyon, WEAP.


Giriş Konya Kapalı Havzası, İç Anadolu Bölgesi’nin orta ve güney kesiminde yer alır. Sahayı kuzeybatı ve kuzeyde, Bozdağ ve Obruk Platosu; güneyde, Sultan Dağları’ndan başlayan Karaman İli’nin güneyine kadar devam eden Toros yayının iç yamaçları; doğuda, Ereğli Ovası; batıda ise, Takkeli Dağ, Gevele Dağı ve Loras Dağı sınırlamaktadır (Şekil 1).

Şekil 1 Konya Kapalı Havzası. Konya Kapalı Havzası’nın büyük bir bölümünde yarı kurak iklim egemendir ve düşen yağışların %70’i bitki yetişme dönemi dışında gerçekleşir. Havzanın güney kesimleri dışındaki bölümde yıllık yağış miktarı ortalama 300–350 mm’dir (İnan vd. 2006). Uzun yıllar yağış normallerine kıyasla 10-25 mm arasında bir azalma söz konusudur. Bu durum bölgenin iklim karakterinin yarı kurak iklim tipinden kurak iklim tipine doğru kaydığını göstermektedir (Şen ve Başaran, 2007). Bütün bunların yanında, Konya Havzası tarımsal üretim bakımından ülkemizin en önemli alanlarındandır. Havza, Türkiye’nin tarım yapılabilir arazi varlığının %14’ünü oluştururken, buna karşılık Türkiye’nin kullanılabilir su kaynakları potansiyelinin sadece %3’üne sahiptir. Bu nedenle yeraltı sularına aşırı yüklenme söz konusudur.

Yüzey Su Kaynakları Önümüzdeki 40 yıllık süreçte yüzey su kaynaklarında yağış, sıcaklık ve buharlaşmaya bağlı olarak baskıların oluşması öngörülmektedir. Önümüzdeki 50 yıllık süreçte Haziran, Temmuz, Ağustos, Eylül ve Ekim aylarında yağışlarda azalmalar, sıcaklık ve buharlaşmadaki artışlar oluşacağı öngörülmektedir (Şekil 2). Havzada yaygın olan


şekerpancarı, yonca, mısır, ayçiçeği gibi ürünlerin suya ihtiyaç duyduğu aylar olması itibariyle bu baskının ekonomik açıdan da önemli bir etki oluşturacağı öngörülmektedir (WWF, 2010).

a. Yağışta azalma

b. Sıcaklıkta artma

c. Buharlaşmada artma (sonbahar dönemi)

Şekil 2 Havzada Yağış, Sıcaklık ve Buharlaşmanın Zamansal Değişimi.


Konya Kapalı Havzasında Beyşehir Gölü yüzey akımları hariç mevcut yüzey su kaynakları depolamalar vasıtası ile sulamalarda kullanılmaktadır. Sulama projeleri arazi miktarları ve yüzdeleri Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1 Sulama Projesi Alanları.

- Net Sulama Alanı (ha) Planlaması Tamamlanan, Proje, İnşaat vs. 197.354

İşletmede Olan 211.235

Havza Toplamı 408.589

Kooperatif Sulamaları ( YAS ) 87.079

İl Özel İdare Sulamaları 171.874

Halk Sulamaları 404.845

Diğer Sulamalar Toplamı 663.798

Havza Genel Sulamalar Toplamı 1.072.387

Yeraltı Su Kaynakları

DSİ Konya IV. Bölge Müdürlüğü Konya Kapalı Havzasında yüzey yağış alanı, yeraltısuyu beslenim alanı, jeolojik, hidrojeolojik ve akifer yapıları gibi özellikleri dikkate alarak 9 farklı alt havza belirlemiştir (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8, 16-9) (Şekil 3). 12 No. lu alt havza Sakarya Havzası sınırları içerisinde kalmaktadır. Bu havzalardan 16/8 Şereflikoçhisar alt havzası DSİ Ankara V. Bölge Müdürlüğü, diğerleri ise DSİ Konya IV. Bölge Müdürlüğü sınırları içindedir. 12 nolu alt havza Sakarya havzası sınırları içerisindedir. DSİ tarafından havzada 1970’li yıllarda yapılan hidrojeolojik etütler sonucu belirlenen YAS rezervleri 2009 yılına kadar revize edilmiş ve eski rezervin yaklaşık iki katından daha fazla yeni YAS rezerv miktarı hesaplanmıştır. Bunu takiben 2015 yılında tamamlanan Master Plan çalışması kapsamında da yeraltı su kaynakları güncellenmiştir (Tablo 2). Konya Ovası’nda yeraltı akımı kuzeydoğuda Aksaray Ovası’na, kuzeyinde de Altınekin Ovası’na doğrudur (Göçmez vd. 2004).

Beyşehir Gölü; Sultan ve Anamas Dağları’nın arasındaki tektonik çökeltide yer alan karstik özellikli, yüz ölçümü itibariyle Türkiye’nin en büyük tatlı su bulunduran doğal gölüdür. Beyşehir gölünden Beyşehir-Suğla-Apa kanal sistemine deşarj edilebilecek su hacminin belirlenmesinde dikkate alınan temel girdiler; yağış ve dere sistemlerinden göle akış, temel çıktılar ise buharlaşma ve karstik yapıya bağlı olan göl sisteminden çıkış yapan su hacmi olmuştur. Hidrojeolojik yapısı kapsamında, Beyşehir Gölünde meydana gelen kaçakların doğrudan hesaplanmasında kullanılabilecek ölçüm veri altlıkları bulunmamaktadır. Bu nedenle gölde meydana gelen kayıp kaçak miktarları dolaylı olarak hesaba katılmıştır. Gölün su temini değeri, yani göle giren yüzey ve yeraltı su kaynakları toplamı ile gölde oluşan kaçaklar, gölün işletme seviyeleri, buharlaşma hesapları, sulamalar ve tahliye nedeniyle gölden çekilen sular baz alınarak bütün halinde hesaplanmıştır. İşletme çalışmalarında Derebucak Gembos Göletinden Beyşehir Gölüne aktarılan yüzey su kaynakları da dikkate alınmıştır. Kayıp ve kaçak miktarlarının daha net olarak hesaplanmasını sağlayabilecek ölçüm verilerinin oluşması halinde işletme hesapları da bu koşulları yansıtacak şekilde düzenlenebilir.


Tablo 2 Konya Kapalı Havzası Alt Havzaları YAS Rezervleri.

Alt Havzalar 1978 yılı YAS Rezervi (hm3/yıl)

2009 yılı revize YAS Rezervi (hm3/yıl)

2015 yılı güncel YAS Rezervi (hm3/yıl)

16/1 Beyşehir 112,0 112,0 130,0 16/2 Konya-Çumra 397,0 444,0 456,0

16/3 Karaman-Ayrancı 66,0 229,0 244,0 16/4 Ereğli-Bor 216,5 443,0 435,0

16/5 Aksaray-Karapınar 45,5 435,0 440,0 16/6 Altınekin 41,5 74,0 71,0

16/7 Cihanbeyli-Kulu 20,0 70,0 68,0 16/8 Şereflikoçhisar 33,4 33,4 32,0

16/9 Niğde Misli 61,5 157,0 147,0 TOPLAM 993,4 1997,4 2023,0

Şekil 3 Konya Kapalı Havzası ve Civarı Alt Havza Sınırları. Konya Kapalı Havzası sınırları içinde de sulama kooperatifleri, YAS Kullanma Belgeli ve belgesiz (kaçak) tarımsal sulama amaçlı açılmış sondaj kuyuları mevcuttur. Bu kuyuların takriben %70’i kaçaktır (Şekil 4). Gelecek 40 yıl içinde her alt havza için hesaplanan rezerv miktarlarının günümüzdeki rezerv miktarlarından daha az olacağı öngörülmektedir (Şekil 5). Bunun temel sebeplerinden birisi de temel ürün deseni özelinde, kullanılan sulama suyu miktarını net sulama suyu ihtiyacından fazla olmasıdır.

Havza Tarım Uygulamaları

Konya tarımının, Türkiye tarım sektöründe oldukça önemli bir yeri bulunmaktadır (Tablo 3). Konya Havzasında tarım arazilerinin %57’sinde tarla tarımı yapılmakta, %40’ı nadasa bırakılmaktadır. Son yıllarda su miktarındaki azalma ve kuraklık nedeniyle nadasa ayrılan miktar artmaktadır. Nitekim 2000–2006 yılları arasında Konya


Ovasında nadasa bırakılan alanlarda %15’e varan oranında artış olmuştur (Topak, 2008). Konya Ovasında sulanan alanların yaklaşık %54’ünde su tüketimi ve sulama gereksinimi yüksek olan bitkilerin tarımı yapılmaktadır. Bu ürünlerin başlıcaları şekerpancarı, yonca ve mısırdır. Havza’da sulanan alanların takriben %38’inde serin iklim tahılları, %21’inde şekerpancarı, %5’inde mısır, %6’sında fasulye, %8’inde sebze, %3’ünde ayçiçeği, %6’sında yonca ve %6’sında ise diğer bitkiler (meyvecilik vs.) yetiştirilmektedir.

Şekil 4 Konya Kapalı Havzası ve Civarı YAS Kuyuları.

Şekil 5 Konya Kapalı Havzası YAS Rezerv Miktarlarının Zamansal Değişimi. Kaynak: WWF, 2010.


Tablo 3 Konya Tarımının Türkiye Tarımındaki Yeri.

Ürün Adı Türkiye Konya Oran (%)

Buğday ekilişi (ha) 8.097.700 744.700 9,2

Buğday üretimi (ton) 17.234.000 1.552.437 9,0

Arpa ekilişi (ha) 3.428.016 341.735 10,0

Arpa üretimi (ton) 7.306.800 601.757 8,2

Şekerpancarı ekilişi (ha) 300.242 79.754 26,6

Şekerpancarı üretimi (ton) 12.414.715 4.333.790 34,9

Havza Su Bütçesi Modelleme Çalışmaları

Havzadaki su kaynakları ve su tüketimleri arasındaki mevcut durumda ve gelecek koşullarda oluşması öngörülen denge ve/veya dengesizliklerin zamansal ve mekansal değişiminin belirlenmesi için su bütçesi modelleme çalışması yapılmıştır. Bu kapsamda Stockholm Çevre Enstitüsü liderliğinde (Avrupa Birliği ve Dünya Bankası ile işbirliği içerisinde) geliştirilmiş olan WEAP (Water Evaluation And Planning system-Su Değerlendirme ve Planlama Sistemi) modeli kullanılmıştır (SEI, 2011). WEAP modeli ile havza sınırları içindeki yüzey ve yeraltı su kaynakları detaylı bir şekilde değerlendirilerek tarımsal uygulamalar ve su tüketimleri ile ilişkilendirilmiştir.

WEAP modeli havza ölçeğinde su temini ve dağılımının sistem sınırları, hidrolik yapıları ve buna bağlı olan ihtiyaçları çerçevesinde yapılmasını sağlayan ve simülasyon/optimizasyon yaklaşımlarını kullanarak havza ölçeğindeki yüzey ve yeraltı su kaynaklarının zamansal ve mekansal dağılımını hesaplayan sayısal bir modeldir. Mevcut veri tabanlarının daha etkin bir şekilde kullanılabilmesi için Coğrafi Bilgi Sistemi kullanılarak oluşturulan yüzey bilgilerinin modelleme çalışmalarına dahil edilmesini de mümkün kılar. Konya Kapalı havzası özelinde WEAP modelinin su kaynakları akım şeması ve su bütçesi modelleme yapısı Şekil 6’da sunulmaktadır. Havza ölçekli su bütçesi çalışmalarında hem yüzey su kaynakları hem de yeraltı su kaynakları değerlendirilmiştir. Mavi Tünel Projesi Proje çalışmaları kapsamında havzadaki su kaynakları ve su tüketimleri arasındaki ilişkiler değerlendirildiği gibi Mavi Tünel Projesi’nin etkisi de değerlendirilmiştir. Konya Kapalı Havzası’na Göksu Nehri’nden su transferi gerçekleştirilen bu stratejik proje, DSİ tarafından geliştirilen ve uygulanan Konya Ovaları Projeleri’nin (KOP) bir alt projesidir. Mavi Tünel Projesi ile havzalar arası su transferi kapsamında Göksu Nehri’nden yıllık 415.5 hm3 su aktarılacaktır. İnşası tamamlanan 3 baraj (Bağbaşı, Afşar ve Bozkır) ve 17 km’lik tünel ile Konya Havzası’na su aktarımına başlanmıştır. Tam developman durumunda Mavi Tünel Projesi, gerçekleştirilmekte olan 173.409 hektar alanın yüzey su kaynakları sulamasına da katkı sağlamış olacaktır.


a. Havza Su Kaynakları Akım Şeması

b. Havza Su Bütçesi Modelleme Yapısı

Şekil 6 Konya Kapalı Havzası WEAP Modeli.

Küresel iklim değişikliğine bağlı olarak 2030’lu yılların sonlarından itibaren havzada sıcaklıkların 4 ila 6 °C artması ve yağışların %20-30 oranında azalması öngörülmektedir. Bunun bir sonucu olarak ise Konya Havzası’nda önümüzdeki 40 yılda yüzey suyunda % 40, yer altı suyunda %54 azalma olabileceği ve havzadaki toplam kullanılabilir su miktarında %47 mertebesinde azalma olabileceği öngörülmektedir (WWF, 2010). Bu değişimin zamansal dağılımı Şekil 7’de sunulmaktadır.


Şekil 7 Havza Su Bütçesindeki Zamansal Değişim.

Sonuçlar

Mevcut koşullarda, Beyşehir-Suğla-Apa (BSA) Kanalı’ndan Apa-Hotamış İletim (AHİ) Kanalı’na aktarılan su kaynakları 798 hm3 mertebesindedir. Gelecek yıllarda iklimsel koşullardaki değişkenlikten dolayı yüzey su kaynaklarındaki miktarsal azalmanın %10 mertebesinde olması durumunda, BSA’dan AHİ’ye aktarılabilecek su kaynakları miktarının 705 hm3 mertebesine inebileceği öngörülmektedir. Su kaynaklarındaki bu zamansal ve mekansal değişkenlik Mavi Tünel vasıtasıyla havzaya aktarılacak su kaynaklarının önemini de artıracaktır. Mevcut koşullarda Mavi Tünel ile havzaya aktarılacak olan 415 hm3 su kaynağının benzer iklimsel değişimde (yüzey su kaynaklarındaki miktarsal azalmanın %10 mertebesinde olması durumu) gelecek koşullarda 378 hm3 mertebesine ineceği öngörülmektedir. Bu azalmaya rağmen Mavi Tünel vasıtasıyla havzaya aktarılan su kaynağının AHİ’ye katkısı mevcut koşullarda %40 mertebesinde iken gelecek koşullarda %41 mertebesinde olacağı öngörülmektedir. Havzanın tamamında basınçlı sulama teknikleri uygulansa bile kuraklığa dayanıklı, az su tüketen alternatif ürün desenlerine geçiş sağlanmadığı sürece Konya Kapalı Havzası su kaynaklarının, su ihtiyacını karşılamasında zorluklar yaşanabileceği öngörülmektedir.

Su ihtiyacının büyük ölçüde yeraltı sularından karşılandığı bölgede yeraltı suyu seviyelerindeki düşüşler sonucu su çekim maliyetlerinin önemli ölçüde artacak olması da az su tüketen, kuraklığa dayanıklı ürünlere yönelimi kaçınılmaz hale getirecektir.

Havzada su ilavesi yapmadan sadece sulama yöntemini değiştirmekle yağmurlama yöntemi kullanılırsa yaklaşık %60–70, damla sulama yöntemi kullanılırsa %75–85


oranında su tasarrufu sağlanabileceği (ürün desenine bağlı olarak) öngörülmektedir (WWF, 2010).

Kaynaklar

Göçmez, G. ve A. İşçioğlu (2004) Konya Kapalı Havzasında Yer altı Suyu Değişimleri, I. Yeraltı Suları Ulusal Sempozyumu (Konya) Bildiriler Kitabı, s.19-28. İnan, N., E. Şen ve N. Başaran (2006). Konya Ovasının İklimi, DMİ Genel Müdürlüğü No: 4, Ankara. Stockholm Environment Institute (2011) User Guide. Stockholm Environment Institute (SEI). Şen, E. ve N. Başaran (2007) Küresel Isınma Sürecinde Konya Ovasının Bazı İklim Verilerinde Meydana Gelen Değişmeler ve Eğilimler. Uluslararası Küresel İklim Değişikliği ve Çevresel Etkileri Konferansı, Konya. Topak, R. (2008) Konya Kapalı havzasında Tarım Çevre Etkileşimi ve Sürdürülebilir Su Kullanımı. Konya Ticaret Borsası Dergisi, Yıl.11, Sayı.30, s:6–12. WWF (2010) Türkiye’nin Yarınları Projesi Raporu, Ankara, Türkiye.


Eğirdir ve Burdur Gölleri Su Seviyelerinde Olasi Azalma Eğilimleri

M. Erol Keskin*, E. Dilek Taylan** *Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,

Isparta - 0.246.2111192 - [email protected] **Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,

Isparta - 0.246.2111207 - [email protected]

Tevfik Aslanbaş*** ***Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği

Bölümü, Isparta - 0.246.2111002 [email protected]

Öz

Son yıllarda nüfus artışı, kentleşme, kusurlu su kullanım politikaları, sanayileşme nedeniyle su kirliliği ve iklim değişikliği su kaynaklarının yeniden değerlendirilmesine, geçmişte geliştirilen koruma planları ile günümüzde yapılan yeni önleme planlarının kritik analizine sebep olmuştur. Bu çalışmada; Göller bölgesinde bulunan Eğirdir, Burdur gölleri su potansiyellerinin, mevcut durumları, aylık ve yıllık veriler kullanılarak su seviyesi değişikliği açısından incelenmiştir. Bu amaçla aylık ve yıllık veriler, Run homojenlik testine tabi tutulmuş, akabinde Mann Kendall ve Sen analizine tabi tutulmuştur. Bahsi geçen analiz sonuçları itibariyle Eğirdir Gölü için üst üste ve gerekli önleyici tedbirler alınmadığı takdirde, önümüzdeki 100 yıllık dönem sonunda göl seviyesinin %24 düşeceği tahmin edilmektedir. Eğirdir Gölü pasif yeraltı kaynaklarının su seviyesi düşüşünü önlemek için, Eğirdir Gölü'nden su kullanan başka sulama projelerine izin verilmemesi gerekmektedir. Havzası içinde gelecekteki su depolama projeleri önlenmelidir. Gelişme belirtisi görülen ve gelecekte geliştirilmek için beklenen araziler tespit edilmelidir. Bu topraklarla ilgili gelecekte sulama planları yapılmalı, su kaynaklarının etkin kullanılması için yöntemler tespit edilmelidir. Şu anda mevcut ekili sulu tarım arazilerinde suyun ekonomik kullanımı için akıllı tarım yöntemlerinin araştırılıp, geliştirilip, kullanılması, bu amaçla gerekli önlemlerin alınması sağlanmalıdır. Burdur Gölü’nde yukarıda adı geçen analiz sonuçlarına gore; Burdur Gölü’nde, gerekli tedbirler alınmazsa, 100 yıl sonra istasyonun bulunduğu bölgedeki su seviyesindeki azalma, 31,5 m’ yi bulabilecektir. Bunun anlamı; Burdur Gölü’nün ortalama derinliğinin 6 m. olduğu kabulüyle, takribi 20 yıl sonra Burdur Gölü’nün tamamen kuruyacağıdır. Anahtar Sözcükler: Yağış, Mukayese, Su Seviyesi, Eğirdir Gölü, Burdur Gölü.


Giriş Türkiye'de göllerin toplandığı başlıca dört bölge vardır: Göller Yöresi (Eğirdir, Burdur, Beyşehir ve Acıgöl), Güney Marmara (Sapanca, iznik, Ulubat, Kuş Gölleri), Van Gölü ve çevresi, Tuz Gölü ve çevresi. Göller bölgesi Isparta ili sınırları içinde yer alır. Eğirdir Gölü Beyşehir Gölü’nden sonra Türkiye’nin ikinci büyük tatlı su gölüdür. Gölün beslenişi; göl alanına düşen yağıştan drenaj alanı yüzeysel akışından ve yeraltı suyu akışından (kaynaklar dahil) olmaktadır. Boşalımı ise; güney ucundaki gölayağı, buharlaşma, düdenler ve suni boşalım (sulama enerji üretimi ve içme-kullanma suyu temini) yoluyla olmaktadır. Burdur Gölü, Göller Bölgesi göllerinden Burdur ve Isparta illeri arasında, Söğüt dağları ile Suludere-Yayladağ yükseklikleri arasında uzanan çöküntü havzasını işgâl eden bir göldür. Göl büyüklüğü açısından Türkiye'de yedinci sıraya sahiptir. Burdur şehir merkezine çok yakındır. Eğirdir ve Burdur Göllerinde su seviyesinde her geçen gün azalma gözlemlenmektedir. Bu çalışmayla her iki gölün gelecek 100 yıllık periyotta su seviye değişiminin, gözlem istasyonlarından elde edilen veriler doğrultusunda aylık ve yıllık bakımından analizi neticesinde, küresel ısınmaya paralel şekilde sonuçlar alınması, büyük önem arz etmektedir.

Veriler ve Yöntem Eğirdir ve Burdur Göllerinin, su seviye değişiminin aylık ve yıllık rasat istasyon verileri, Run homojenlik testi, Mann Kendall ve Sen analizlerine tabi tutularak, 100 yıl sonra, Eğirdir ve Burdur Göllerinin, su seviye değişiminin aylık ve yıllık trendi bulunmaya çalışıldı. Kullanılan aylık ve yıllık veriler, Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü’nden istenerek, gelen tüm verilerin aynı yıl aralıklarında olan kısımları değerlendirmeye alındı. Daha sonra verilerin, Run testiyle, dağılımının homojen olup olmadığı test edildi. Gözlem istasyonunun verileri zaman içinde sürekli artar veya azalırsa serinin bir gidişe sahip olduğu söylenebilir. Aylık ve yıllık su seviye serilerindeki eğilimin belirlenmesinde, Mann-Kendall sıra korelasyon katsayısı yöntemi kullanıldı. Seride lineer bir trend varsa, eğilimin büyüklüğü(değişimin eğimi) Sen metodu ile tayin edildi. Bu verilere ait serilerin zamana göre değişimleri öncelikle görsel olarak incelenmiş, seyirlerinde belirlenen artış veya azalışın önemli olup olmadığı, α = 0.05 önem seviyesinde Mann-Kendall sıra korelasyon eğilim testi uygulanarak belirlenmiştir. Bu test veri değerlerinin kendilerinden ziyade, verilerin nisbi büyüklüklerini kıyaslar (Gilbert, 1987). Veri Kaynağı Su seviye Verileri


Bu çalışmada kullanılan su seviye verileri; Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü (DSİ) tarafından işletilen, Eğirdir ve Burdur gölleri istasyonlarından elde edilmiş olan, 1962 – 2010 yılları arası yıllık su seviye verileridir. Eğirdir Gölünden, içme-kullanma ve sulama amacıyla çekilen yıllık su miktarları aşağıda verilmiştir. Eğirdir Gölü yıllık çekilen su miktarları 2002 yılı itibari ile alınan değerlerdir. Sulamalar için gölden çekilecek toplam su : 334,78 hm3 Isparta şehri içme ve kullanma suyu olarak çekilecek su : 30,00 hm3 Eğirdir Gölü'nden projeli olarak çekilmesi planlanan toplam su : 364,78 hm3 Göle gelen yıllık ortalama akım 871,85 hm3 olup, gelen bu suyun 503,78 hm3’lük kısmı buharlaşma yoluyla kaybolmaktadır. Geriye kalan 368,07 hm3 suyun 364,78 hm3’ü sulama ve içme suyunda değerlendirilmek üzere planlanmıştır (Sezgin, 2002). Burdur Gölünden, içme-kullanma ve sulama amacıyla su çekilmemektedir. Fakat Burdur Gölü’nü besleyen alt havzalardaki su yapıları ile yıllık toplam 28,4 milyon m3 sulama suyu şebekelere verilmektedir

Araştırma ve Bulgular İklimsel veriler rastgele karakterde olduğundan sürekli bir azalma veya artma eğiliminin araştırılması, özel yöntemler kullanmayı gerektirir. Helsel ve Hirsch (1992) İstatistik eğilim testleri ile ‘‘gözlenen değerlerde bir eğilim olmadığı’’ hipotezi kontrol edilerek ‘‘kabul’’ veya ‘‘ret’’ kararı verilir. Karar, hipotezde seçilen anlamlılık düzeyine bağlıdır. Anlamlılık düzeyi, gerçekte eğilim bulunmadığı halde, testin eğilimin bulunduğu sonucunu vermesi olasılığına eşittir Bayazıt ve diğ.(2002), Herhangi bir zaman serisi veri setindeki eğilimin belirlenmesinde ve nicelik olarak ifade edilmesinde kullanılabilecek birçok test vardır. Eğilimin tespiti ve analizinde kullanılan yöntemler: Grafik yöntemi, lineer regresyon analizi, Mann-Kendall yöntemi ve Sen testidir (Brauner, 1997). Her tekniğin avantaj ve dezavantajları olmakla birlikte, eldeki veri tipi ve çeşidine göre uygun yöntem kullanılmalıdır. Verilerin grafiksel gösterimi genel trendi vermesi açısından uygun olmakla birlikte yeterli değildir. Lineer regresyon ile eğilim tahmini yapmak mümkündür. Çoklu bağımsız değişkenlerde uygulanabilme özelliği vardır, ancak veri setinde ölçülmeyen verilerin olduğu durumda kullanılamaz ve verinin dağılım şeklinden etkilenir. Mann-Kendall eğilim analizi, eksik verilerin varlığına müsamaha edebilen ve verilerin belirli bir dağılıma uyma zorunluluğunu aramayan bir teknik içerdiğinden kullanışlı bir yöntemdir Yu ve diğ.(1993), Bu çalışmada; Eğirdir ve Burdur Göllerinin, Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve DSİ kurumlarından alınmış, aylık ve yıllık toplam su seviye verilerin aylık ve yıllık bazda analizleri yapılmıştır. Bu seriler ilk önce homojenlik (veri kalite kontrolü) testine tabi tutulmuş ve daha sonra trend analizleri yapılmıştır. Homojenlik testinde Run testi, Trend analizinde, dağılımdan bağımsız parametrik olmayan (nonparametrik) Mann-Kendall sıra korelasyonu ve Sen testi yöntemleri uygulanmıştır Aslanbaş (2012). Burdur Gölü 1962-2010 Yılları Arası Aylık ve Yıllık Su Seviye Verilerinin İncelenmesi


1962-2010 yılları arası su seviye verilerinden aylık ve yıllık su seviye verilerine, Run testi, Mann-Kendall metodu ve Sen metodu uygulanmıştır. Run ( Swed-Eisenhart) Homojenlik testi Zaman serilerinde verilerin homojenliğini test etmek için kullanılan yöntemlerden biriside Run testidir. Run (Swed-Eisenhart) testi ile incelenecek verinin aynı toplumdan geldiği ve birbirinden bağımsız olduğu kabulü veya tersi şeklindeki iki varsayım kontrol edilebilir (Oliver, 1981). Bu test sonucuna göre veriler aynı toplumdan ve birbirinden bağımsız ise bu serilere basit rastgele seriler denir. Verilerin homojenliği için yapılan varsayımlar şunlardır; H0: Veriler Homojendir. H1: Veriler Homojen değildir. Zaman serisi veriler belirli bir seviyeden kesilerek (bu seviye ortalama değer, orta değer veya en sık değer (mod) alınabilir) serideki her bir değerin bu seviyenin altında veya üstünde olması durumları tespit edilir. Orta değerin altında veya üstünde seyreden verilerden birinden diğerine geçiş sayıları toplamına run sayısı denir. Arzu edilen değer serideki verilerin sürekli olarak orta değerin altında ve üstünde seyretmesidir. Eğer uzun süre altında veya üstünde seyrediyorsa run sayısı küçüktür. Bu tür serilerde homojenlik olmayabilir. Z=(r-(2*Na*Nu/Na*Nu)+1)/karekök(2*Na*Nu(2*Na*Nu-N)/N*N(N-1)) Test sonucu z, veri sayısı N, run (değişim) sayısı r, orta seviye altında olanlar sayısı Na, üstte olan değerler sayısı Nu dür. Bu test için Ms excel run testi programı kullanılmıştır. Elde edilen z = değeri ±1.96 arsında ise % 95 güven aralığında, ±2.54 aralığında ise % 90 güven aralığında verilerin rastgele (homojen) dağıldığı kabul edilir (Toros, 1993). Aşağıdaki Tablo 1’de Burdur Gölü yıllık su seviye verileri run testine tabi tutulduktan sonra sonuçları verilmiştir.

Tablo 1. Burdur Gölü yıllık su seviye verileri run testi sonuçları.

Ortanca r N NA NB z 852.5 3 49 25 24 -5.9187

Elde edilen z = -5.9187 değeri ±2.54 dışında olduğundan seri % 90 güven aralığında olmayıp, homojen değildir. Burdur Gölü 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye trend grafiği Şekil 1’ de gösterilmiştir.


Şekil 1. Burdur Gölü 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye trend grafiği.

Mann-Kendall metodu uygulanması Çalışmanın bu kısmında, Mann-Kendall testi, (H.B. Mann, 1945), (M.G. Kendall 1975), Burdur Gölü çalışma alanında belirlenmiş olan istasyonun 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye miktarları ile aylık su seviye miktarlarına uygulanmıştır. Trendin var oluşu, bölgede su seviyesi bakımından bir değişimin olduğunun göstergesi olarak kabul edilmiştir. Aşağıdaki Tablo 2’de Burdur Gölünde inceleme yapılan istasyonda 1962-2010 yılları arası yıllık ve aylık su seviye verilerinin Mann- Kendall test istatistikleri verilmiştir. + α=0,1 güven aralığı, * α=0,05 güven aralığı, ** α=0,01 güven aralığı, *** α=0,001 güven aralığı Tablo 2. Burdur Gölü 1962-2010 yılları arası aylık ve yıllık su seviye verilerinin Mann-Kendall Z değerleri. Zaman serisi İlk yıl Son yıl n Test S Test Z Anlamlılık Ocak 1962 2010 49 -6.54 *** Şubat 1962 2010 49 -6.55 *** Mart 1962 2010 49 -6.63 *** Nisan 1962 2010 49 -6.72 *** Mayıs 1962 2010 49 -6.89 *** Haziran 1962 2010 49 -6.89 *** Temmuz 1962 2010 49 -6.90 *** Ağustos 1962 2010 49 -6.98 *** Eylül 1962 2010 49 -6.97 *** Ekim 1962 2010 49 -6.95 *** Kasım 1962 2010 49 -6.94 *** Aralık 1962 2010 49 -6.97 *** Yıllık 1962 2010 49 -6.85 ***


Tabloda görüldüğü gibi, su seviye verileri bakımından, yıllık bazda ve aylar bazında α=0.001 güven aralığında önemli bir miktarda azalma olduğu görülmektedir. Burdur Gölü istasyonunun 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye değerlerinin Mann-Kendall test grafiği Şekil 2’ de verilmektedir. Şekil 2. Burdur Gölü istasyonunun 1962- 2010 yılları arası yıllık su seviye değerleri Mann-Kendall test grafiği. Mann-Kendall test grafikleri incelendiğinde, yıllık su seviye verileri ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye verilerinde belirgin bir azalma eğilimi olduğu görülmektedir. Sen metodu uygulanması Zaman içinde gözlenen trendlerin lineer eğimleri Sen tarafından geliştirilen ve parametrik olmayan bir metot kullanılarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, Burdur Gölü istasyonun yıllık ve aylık su seviye miktarlarında olan değişimin eğimini tespit amacıyla Sen testi, (Pranab Kumar Sen, 1968), uygulanmıştır. Aşağıda Tablo 3’de Burdur Gölünde inceleme yapılan istasyonda 1962-2010 yılları arası yıllık ve aylık su seviyeleri verileri için Sen metoduna göre belirlenen eğim değerleri verilmiştir.


Tablo 3. Burdur Gölü istasyonunun 1962-2010 yılları arasında ölçülen yıllık ve aylık su seviye verilerinin Sen Eğimi ve % 95 ve % 99 güven aralıkları için alt ve üst limit değerleri. Zaman serisi

İlk yıl

Son yıl Q Qmin99 Qmaks99 Qmin95 Qmaks95

Ocak 1962 2010 -0.309 -0.357 -0.199 -0.349 -0.225 Şubat 1962 2010 -0.305 -0.355 -0.202 -0.346 -0.223 Mart 1962 2010 -0.306 -0.357 -0.202 -0.349 -0.224 Nisan 1962 2010 -0.310 -0.357 -0.207 -0.349 -0.227 Mayıs 1962 2010 -0.312 -0.359 -0.213 -0.349 -0.227 Haziran 1962 2010 -0.314 -0.360 -0.213 -0.349 -0.231 Temmuz 1962 2010 -0.316 -0.361 -0.219 -0.351 -0.239 Ağustos 1962 2010 -0.319 -0.361 -0.220 -0.352 -0.242 Eylül 1962 2010 -0.323 -0.362 -0.222 -0.353 -0.244 Ekim 1962 2010 -0.324 -0.363 -0.224 -0.355 -0.248 Kasım 1962 2010 -0.324 -0.363 -0.228 -0.354 -0.248 Aralık 1962 2010 -0.325 -0.363 -0.228 -0.355 -0.250 Yıllık 1962 2010 -0.316 -0.359 -0.215 -0.351 -0.233 İncelenen verilerde, yıllık su seviye miktarı ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye miktarlarında istatistiksel olarak azalma eğilimi olduğu gözlenmektedir. Yıllık su seviye verileri ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye azalma eğimi, istatistiki olarak anlamlı bir azalmayı ifade etmektedir. (α=0.001) Aynı şekilde koşullarda bir değişiklik olmaz ise yıllık su seviye verisi ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye verilerindeki azalmanın sırasıyla, -0.309, -0.305, -0.306, -0.31, -0.312, -0.314, -0.316, -0.319, -0.323, -0.324, -0.324, -0.325, -0.316 m. olduğu görülmektedir. Tüm su seviyelerinin ortalamasının -0,315 m. olmasına istinaden, 100 yıl sonra istasyonun bulunduğu bölgedeki su seviyesindeki azalma, 31,5 m’ yi bulabilecektir. Eğirdir Gölü 1962-2010 Yılları Arası Aylık ve Yıllık Su Seviye Verilerinin İncelenmesi Eğirdir Gölünde, 1962-2010 yılları arası su seviye verilerinden aylık ve yıllık su seviye verilerine, Run testi, Mann-Kendall metodu ve Sen metodu uygulanmıştır. Mann-Kendall metodu uygulanması Çalışmanın bu kısmında, Mann-Kendall testi, Eğirdir Gölü çalışma alanında belirlenmiş olan istasyonun 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye miktarları ile aylık su seviye miktarlarına uygulanmıştır. Trendin var oluşu, bölgede su seviyesi bakımından bir değişimin olduğunun göstergesi olarak kabul edilmiştir. Su seviye verileri bakımından, yıllık bazda ve şubat, temmuz, ağustos, eylül aylarında α=0,01 güven aralığında önemli bir miktarda azalma olduğu, yine haziran ayında, α=0,05 güven aralığında önemli bir azalma olduğu görülmektedir. Eğirdir Gölü istasyonunun 1962-2010 yılları arası yıllık su seviye değerlerinin Mann-Kendall test grafiği Şekil 3’ de verilmektedir.


Şekil 3. Eğirdir Gölü istasyonunun 1962 - 2010 yılları arası yıllık su seviye değerleri Mann-Kendall test grafiği. Mann-Kendall test grafikleri incelendiğinde, yıllık su seviye verileri ile şubat ayı su seviye verilerinde belirgin bir azalma eğilimi olduğu, yine haziran, temmuz, ağustos ve eylül ayları su seviye verilerinde azalma eğiliminin olduğu görülmektedir. Sen metodu uygulanması Zaman içinde gözlenen trendlerin lineer eğimleri Sen tarafından geliştirilen ve parametrik olmayan bir metot kullanılarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, Eğirdir Gölü istasyonun yıllık ve aylık su seviye miktarlarında olan değişimin eğimini tespit amacıyla Sen testi uygulanmıştır. İncelenen verilerde, yıllık su seviye miktarı ile, şubat, nisan, haziran, temmuz, ağustos ve eylül ayları su seviye miktarlarında istatistiksel olarak azalma eğilimi olduğu gözlenmektedir. Su seviye miktarında istatiksel olarak anlamlı (α=0.05 ) azalma eğilimi, haziran ayında, su seviye miktarında istatiksel olarak anlamlı (α=0.01) azalma eğilimi; şubat, nisan, haziran, temmuz, ağustos, eylül ayları ve yıllık bazda (α=0.01) gözlenmektedir. Haziran ayındaki su seviyesindeki azalma eğimi yaklaşık olarak -0,023 m dir. Bu azalmanın en az -0,007 m, en fazla da -0,039 m olması beklenmektedir. Tüm koşullar bugünkü gibi devam ettiği durumda, azalmanın bu hızda sürmesi halinde 100 yıl sonra istasyonun bulunduğu bölgede haziran ayındaki su seviye azalması 2,3 m’ yi (0,7 – 3,9 m) bulabilecektir. İncelenen bölgede su seviye ortalamasının 11 m olduğu kabul edilirse, haziran ayı su seviye azalmasının, 1069, 92 hm3 (% 21 ’ler civarında) olacağı söylenebilir. Yıllık bazda su seviyesindeki azalma eğimi yaklaşık olarak -0,026 m dir. Bu azalmanın en az -0,002 m en fazla da -0,045 m olması beklenmektedir. Tüm koşullar bugünkü gibi devam ettiği durumda, azalmanın bu hızda sürmesi halinde 100 yıl sonra istasyonun bulunduğu bölgede yıllık bazdaki su seviye azalması 2,6 m’ yi (0,2 – 4,5 m) bulabilecektir. İncelenen bölgede su seviye ortalamasının 11 m olduğu kabul edilirse, yıllık bazda su seviye azalmasının, 1209,47 hm3 (% 24 ’ler civarında) olacağı söylenebilir.


Sonuçlar Bu çalışma ile Burdur ve Eğirdir Gölü istasyonlarından elde edilmiş olan, aylık, ve yıllık su seviye verilerinin, değişim eğilimi, Run homojenlik testi, Mann Kendall ve Sen yöntemiyle analiz edilmiş ve aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Burdur Gölü yıllık su seviye verileri ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye azalma eğimi, istatistiki olarak anlamlı bir azalmayı ifade etmektedir. Aynı şekilde koşullarda bir değişiklik olmaz ise yıllık su seviye verisi ile ocak, şubat, mart, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos, eylül, ekim, kasım ve aralık ayları su seviye verilerindeki azalmanın sırasıyla, -0.309, -0.305, -0.306, -0.31, -0.312, -0.314, -0.316, -0.319, -0.323, -0.324, -0.324, -0.325, -0.316 m. olduğu görülmektedir. Tüm su seviyelerinin ortalamasının -0,315 m. olmasına istinaden, 100 yıl sonra istasyonun bulunduğu bölgedeki su seviyesindeki azalma, 31,5 m’ yi bulabilecektir. Burdur Gölünün ortalama derinliğinin 6 m. olduğu kabul edilirse, takribi 20 yıl sonra Burdur Gölü tamamen kuruyacaktır. Gölün su seviyesi 1970 yılından beri düşüşe devam etmektedir. Bunun en önemli sebebi sulama amacıyla planlamada yapılan hatalarla, gölü besleyen akarsular üzerine yapılmış baraj ve göletlerdir. Diğer taraftan yer altı sularının yoğun kullanımı, göldeki su seviyesi düşüşünün en önemli etkenidir. Göldeki su çekilmesinin en önemli sebeplerinden biri de; su ve tarım politikalarındaki yanlış uygulamalardır. Bu yanlış uygulamalar arasında çok su tüketen ürünlerin ve bitkilerin bölgede üretilmesi, ürünlerin sulanması sırasında yine çok su tüketilmesine sebep olan tekniklerin kullanılması gelmektedir. 1995 ‘ten bu yana havzada yağışlı bir dönem olmasına rağmen, havzaya düşen yağışın çoğu, baraj ve göletlerde tutulduğu için göl seviyesindeki düşüş devam etmektedir. Gölün uydu çekimlerinde kuzeydoğusunda çekilme bariz bir şekilde görülmektedir. Burdur Gölü’nü korumak için hazırlanan yönetim planının havzadan göle maksimum hacimde suyun ulaşmasını sağlayacak şekilde revize edilmesi, göl etrafında yeni sulama sahalarının açılmaması ve yağış havzasında kesinlikle yeni depolamaya izin verilmemesi, göl etrafındaki baraj ve gölet sulama sahası içinde, işletmeye açılan kısımlarda bugüne kadar hiç gelişmeyen ve gelişme göstermeyecek sahaların tespit edilerek sulama kapsamından çıkarılması, Yeraltı suyu kullanımının azaltılması, gölü besleyen akarsuların havzası üzerine yapılmış baraj ve göletlerden kritik olanların devre dışı bırakılması, sulamada az su tüketilmesini sağlayan tekniklerin kullanılması, Burdur Gölü çevresinde doğal ve kültürel çevrenin yeniden canlandırılması, gölün kurumasına kısmen de olsa engel olabilecektir. Eğirdir Gölündeki şubat ayı su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,5 m’yi bulabilecektir. Bunun su hacmi olarak karşılığı, 1162,95 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 23 ‘tür. Eğirdir Gölündeki haziran ayı su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,3 m’yi bulabilecektir. Su hacmi olarak karşılığı ise 1069,92 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 21 olacaktır. Eğirdir Gölündeki temmuz ayı su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,4 m’yi bulabilecektir. Bunun su hacmi olarak karşılığı, 116,44 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 22 olacaktır. Eğirdir Gölündeki


ağustos ayı su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,6 m’yi bulabilecektir. Bunun su hacmi olarak karşılığı, 1209,47 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 24 olacaktır. Eğirdir Gölündeki eylül ayı su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,8 m’ yi bulabilecektir. Bunun su hacmi olarak karşılığı, 1302,51 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 25 olacaktır. Eğirdir gölündeki yıllık su seviye miktarındaki azalma, 100 yıl sonunda ortalama 2,6 m’yi bulabilecektir. Bunun su hacmi olarak karşılığı, 1209,47 hm3’ tür. Bu azalış miktarının yüzde olarak ifadesi de % 24 olacaktır. Eğirdir Gölünde azalmaya neden olan faktörler; kaynağı Eğirdir Gölü olan projelerin fazla oluşu, atıl vaziyette bulunan yer altı suyu sahalarının olması, ve yağış havzasında çok fazla depolamaya izin verilmesi, işletmedeki sulama projelerinin büyük bir çoğunluğunun, modern olmayan sulama teknikleriyle, hala çok su tüketiyor olması, planlı, programlı ve bilinçli bir işletme yapılarak ekonomik su kullanımının sağlanamamasıdır. Eğirdir Gölü’nün su bütçesi bakımından değerlendirilmesi neticesinde de; şubat, haziran, temmuz, ağustos ve eylül ayları ile yıllık bazda analiz sonuçlarıyla, örtüşen bir şekilde su seviyesinde azalmanın olduğu görülmüştür. Bu azalmanın önüne geçilebilmesi için aşağıdaki belirtilen tedbirlerin alınması gerekmektedir.

1-Kaynağı Eğirdir Gölü olan yeni sulama projerinin yapılmaması. 2-İşletmede olan sulama projerinden gelişme göstermeyenlerin sulama

kapsamından çıkarılması. 3-İşletmedeki sulama sistemlerinin rehabilite edilerek, su tüketimi minumum

olan sulama sistemlerinin kullanılması. 4-Ekonomik su kullanımı için, programlı ve bilinçli bir işletmenin yapılmasının

sağlanması.

Kaynaklar Aslanbaş,T. (2012) Göller Bölgesi Su Potansiyelinin Araştırılması Yüksek Lisans

Tezi, SDÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye (Bayazıt, M. ve Cığızoğlu, H.K., 2002). Önöz, B., Türkiye Akarsularında Trend

Analizi Türkiye Mühendislik Haberleri, 420-421-422, 4-6. Brauner,S. (1997) “Nonparametric Estimation of Slope: Sen’s Method in Environmentalpollution” Erişim tarihi: 08.05.2006.

http://www.cee.vt.edu/program_;areas/environmental/teach/smprimer/sen/sen.html, .

Gilbert, R.O. (1987) Statistical Methods for Environmental Pollution Monitoring. New

York, ABD H.B. Mann, (1945) Nonparametric tests against trend, Econometrica, 13 (1945), pp.

245–259.


(Helsel, D.R. ve Hirsch R.M., 1992). Statistical Methods İn Water Resources Amsterdam, Hollanda M.G. Kendall (1975) Rank Correlation Methods, Griffin, London. Oliver, R.L.(1981) Measurement and Evaluation of Satisfaction Processes in Retail

Settings. Journal Retailing, 57 (3), 25–48. Pranab Kumar Sen (1968) "Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall's

Tau", Journal of the American Statistical Association, Volume 63, Issue 324 Sezgin, H. (2002) “Eğirdir Gölü Hidrolojisi Revize Raporu” DSİ 18.Bölge Müdürlüğü- Isparta Toros, H. (1993) Klimatolojik Serilerden Türkiye kliminde Trend Analizi Analizi, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye (Yu, Y.S. ve Zou, S. ve Whittemore, D., 1993). Non Parametric Trend Analysis of Water Quality Data of Rivers in Kansas , Journal of Hydrology, 150, 61- 80.


Paleoklimatoloji ve Filyos Nehri Paleo Akımlarının

Türetilmesi

Nermin Şarlak

Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Böl., Karaman


Öz

Türkiye`de gözlemlenmiş akım ve iklim değişkenleri (yağış ve sıcaklık gibi) kayıtlarının periyodu su kaynaklarının güvenli bir şekilde planlanması ve yönetimi için gerekli olan periyottan genellikle daha azdır. Son zamanlarda paleohidroloji ve paleoklimatoloji ile ölçüm yapılmayan zamanlardaki verilerin türetilmesi yönünde çalışmalar vardır. Bu çalışmada paleoklimatoloji konusu hakkında genel bilgi verilerek, K en yakın komşu yaklaşımına dayalı parametrik olmayan yöntem ile Filyos Havzasında ağaç halkaları verilerinden akım serileri türetilmesi üzerinde durulacaktır. Türetilen akımların mevsimsel düşük ve yüksek akım değerleri arşiv bilgileri ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, parametrik olmayan yönteminin Filyos nehri uzun dönem akım davranışı ve su temini güvenilirliğinin tespitinde kullanılabilirliği ve kısıtlamaları bu çalışma kapsamında değerlendirilmeye çalışılmıştır.

Anahtar sözcükler: Paleoklimatoloji, Paleohidroloji, Filyos havzası, K en yakın komşu

Giriş Paleohidroloji ve paleoklimatoloji ile ölçüm yapılmayan zamanlardaki akım ve iklim verilerinin türetilmesi yönündeki çalışmalarda, kutuplardaki buz kütleleri, mercanlar, ağaç halkaları, okyanus ve göllerdeki çökelti ve tortu gibi doğal kaynaklardan örnekler alınarak bir bölgenin iklimsel ve hidrolojik olarak geçmişten bu yana nasıl değişiklik gösterdiği ortaya konulmaya çalışılmaktadır. Bu bilgi bize mevcut çevre koşullarını değerlendirerek gelecekte oluşabilecek değişiklikleri öngörmemiz açısından önemlidir. Türkiye`de bu alanda yapılan ilk çalışma 1942 yılında yapılmış, ağaç halkaları kullanılarak Ankara ve çevresinde ıslak ve kurak yıllar belirlenmiştir [1]. Daha kapsamlı çalışmalar bu çalışmayı takip etmiştir [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. Bu çalışmalar arasında Akkemik ve diğ., 2008`de Filyos nehri bölgesinde ağaç halkalarından akım verileri türetmişler ve hata azaltım değerini (R2) 0.28 olarak bulmuşlardır [7]. Bu çalışmada, paleohidrolojinin bir kolu olan ağaç halkalarına dayalı akım türetimi Filyos Havzası için yapılmıştır. Bu amaç için K en yakın komşu (KNN) yöntemine dayalı parametrik olmayan paleo_hidrolojik (NPP) model kullanılmıştır. Söz konusu


havzada 4 ağaç halkası kronolojisi mevcut olduğundan, çoklu değişkenli tahmin problemi olarak bu 4 ağaç halkası kronolojisinden ortalama bahar-yaz (Mayıs-Ağustos) akım değerleri tahmin edilmeye çalışılmıştır. Filyos nehrinin uygulama alanı olarak seçilmesinin nedeni, bu bölgedeki halkın özellikle taşkın olaylarından oldukça muzdarip olmasından dolayı Devlet Su İşleri tarafından bu nehir üzerinde enerji+taşkın koruma+içme suyu amaçlı baraj yapma isteğinin olduğu bilgisine kişisel görüşmeler sonucunda ulaşılmasındandır.

Amaç

Bu çalışmanın amacı, paleoklimatoloji konusu hakkında genel bilgi vermek ve parametrik olmayan yöntem ile Filyos nehri akım verilerinin ağaç halkalarından yeniden türetilerek, parametrik olmayan yönteminin Filyos nehri uzun dönem akım davranışı ve su temini güvenilirliğinin tespitinde kullanılabilirliği ve kısıtlamalarını değerlendirebilmektir.

Paleoklimatoloji ve Paleohidroloji

Paleoklimatoloji ve paleohidroloji buz katmanları, ağaç halkaları, mercanlar, deniz ve göllerdeki çökelti ve tortular gibi doğal kaynaklardaki iklim sinyallerini yakalamaya çalışan ve günümüzden geçmişe doğru iklim ve hidrolojik veri tahminleri yapan bilim dallarıdır. Doğal kaynaklardan elde edilen iklim sinyalleri vekil veri olarak kabul edilerek, gözlenmiş iklim ve hidrolojik veriler kullanılarak geliştirilen modeller ile elde mevcut olan vekil verilerden geçmiş iklim ve hidrolojik veriler tahmin edilmeye çalışılmaktadır. Bu sayede elimizde kısıtlı sayıda mevcut olan gözlem veri periyodu artırılabilmektedir. Doğal kaynaklardan iklim sinyallerinin nasıl elde edildiği aşağıda kısaca özetlenmiştir: Buz Katmanları: Buz katmanlarından alınan örneklerden buzların içinde hapsolmuş, donmuş eski hava baloncukları incelenerek iklim sinyalleri yakalanmaya çalışılmaktadır. Oksijen-18 ve Oksijen-16 izotopları oranı, metan konsantrasyonu ve toz muhtevası buzun oluşma ortamının sıcaklığı hakkında bilgi vermektedir. Ayrıca buz katman kalınlıklarındaki değişimler yağış, sıcaklık, güneş aktiviteleri hakkında bilgi edinmek için kullanılabilmektedir. Ağaç Halkaları: Ağaç halkaları bir ağacın yaşını belgelemek ile kalmaz, aynı zamanda iklimi de yıldan yıla kayıt edebilmektedir. Ağacın gövdesinde yer alan canlı kabuğun hemen altında gövdeyi saran birkaç hücre kalınlığındaki kambiyum tabakasının her yıl bölünmesi sonucu oluşan odun maddesi, içeriye doğru yıllık tabakalar halinde üst üste yığılmaktadır. Ilıman iklim kuşağındaki bölgelerde kambiyum tabakası ilkbaharda faaliyete geçip sonbaharda faaliyetine son verdiğinden, her yıl sınırları belirgin bir halka oluşturmaktadır [9]. Bir koyu ve bir açık yıllık halka bir seneyi ifade etmekte ve sulak dönemlerde ağaçların geniş halkalar oluşturduğu kurak dönemlerde ise çok dar halkalar oluşturduğu tespit edilmiştir. Ağaçlardan kesitler alınarak laboratuvar çalışması ile elde edilen ağaç halkaları kronolojileri geçmişteki kurak ve yağışlı yıllar, bu yılların sıklığı, süresi ve kuraklığın şiddeti gibi bilgilere ulaşmak için kullanılmaktadır.


Mercanlar: Ağaçlar gibi mercanlar da her yıl karbonat kabuklarına bir katman eklemektedirler. Bu katmanlar, sıcaklık ve yağış miktarı gibi iklimle ilgili bilgileri de içerir. Mercan verileri sabit isotoplar ve metal izleri analizlerinden oluşturulmaktadır ve geçmiş yıllara ait tuzluluk ve yüzey suyu sıcaklıkları gibi okyanus üstü çevresi hakkında bilgi veren vekil veri olarak kullanılmaktadır. Cobb ve diğ., fosil mercanları inceleyerek okyanus sıcaklıklarının 7000 yıl öncesine ait değerlerini elde etmeyi başarmışlardır [10].

NPP_KNN Yöntemi

Ağaç halkaları kronolojileri, bu yöntemde girdi verisi olarak kullanılmaktadır. Ağaç halkaları kronolojileri, akım gözlem istasyonunun kurulma tarihinden önce de mevcut olduğundan yöntem, akım verilerinin gözlem istasyonu kurulmadan önceki değerlerinin türetilmesine olanak sağlamaktadır. Ağaç halkaları ile yapılan önceki çalışmalarda, Temel bileşen analizi (PCA) ve Çoklu lineer regrasyon (MLR) yöntemlerinin kullanıldığı görülmektedir. Ancak MLR tekniğinin bazı sınırlamaları olduğu bilinmektedir. Bu sınırlamalardan ikisi olarak: 1) normal dağılım varsayımı ve 2) türetilmeye çalışılan değişkenin varyansının dar olması sayılabilir. Gangopadhyay ve diğ. 2009 yılında geleneksel MLR yaklaşımının kısıtlamalarını gidermek için K en yakın komşu (KNN) yaklaşımına dayalı parametrik olmayan paleo (NPP) metodunu önermişleridir [11]. Bu şekilde parametrik olmayan yöntemlerin avantajlarını kullanarak MLR yönteminin kısıtlamalarını bertaraf etmeye çalışmışlardır. Yöntemin detaylı bilgisine Gangopadhyay ve diğ. (2009) makalesinden ulaşılabilir.

Çalışma Alanı Filyos nehri havzası, Türkiye`nin kuzey batı kısmında Karadeniz bölgesinde yer almaktadır. Karadeniz bölgesinin iklimi ıslak ve nemlidir (yaz aylarında sıcaklık 23 oC, kış aylarında 7 oC dir). Kıyı kesimlerinde yıllık yağış yaklaşık 1000 mm olmasına karşın iç kesimlerde 500 mm’ ye kadar düşmektedir. Bölgedeki iki ağaç tipi çeşidinin 4 ağaç halkası kronolojisi mevcuttur: Karaçam ve sarıçam (Pinus-nigra ve P. sylvestris) ve Uludağ göknarı (a born-muelleriana) ve Şekil 1`de bir örnek kronoloji sunulmuştur [7]. Bu ağaç tiplerinin hidroklimatik faktörlere (özellikle yağış) karşı duyarlı oldukları bilinmektedir. Her bir ağacın yaşı farklı olduğundan eldeki kronolojilerin örnek büyüklükleri farklıdır. 1872’den 2000’e kadar 4 kronolojinin örnek büyüklüğü aynı olmasına karşın, 1770’e kadar 3 kronoloji ve 1650 yılına kadar 2 kronoloji mevcuttur.

Şekil 1. Ağaç halkaları kronoloji örneği.

0

1

2

1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

Ağaç

hal

kala

rı kr

onol

ojile

ri

Yıllar

TIR


Enlem, boylam, periyot ve seçilen akım gözlem istasyonuna ait bilgiler Tablo 1’de yer almaktadır. EIE 1335 akım gözlem istasyonu verileri çalışmada kullanılmıştır çünkü bu istasyon havzanın çıkış noktasında yer almaktadır. 1964-1997 yıllarına ait gözlemlenmiş akım verileri Elektrik Işleri Etüt İdaresinden sağlanmıştır. Yıllık ortalama akım verileri ile ağaç halkaları arasındaki korelasyon daha düşük olduğundan ortalama ilkbahar-yaz (Mayıs-Ağustos) akım verileri çalışmada kullanılmıştır [8].

Tablo 1. Enlem, boylam, periyot ve seçilen akım gözlem istasyonuna ait bilgiler. Istasyon/Kronoloji

ismi

Yükseklik Enlem Boylam Yön Eğim (%)

Periyot Korelasyon

(m) (N) (E)

2 PS 1700 41o05` 32o28` Doğu 40 1749-2000 0.27

2 AB 1700 41o05` 32o28` Doğu 40 1872-2000 0.44

TIR 1428 41o11` 34o44` Kuzeydoğu

60-80 1606-2000 0.45

QUHA 1140 41o10` 32o20` - - 1624-2004 0.29

Filyos (EIE 1335)

2 41o15` 29o19`

- - 1964-1997 1 Akım verileri ile ağaç halkaları kronolojileri arasındaki lineer korelasyon değerleri Tablo 1’de korelasyon kolonunda verilmiştir. Korelasyon değerlerinin pozitif olması iklim faktörlerinin ağaç halkaları ve akım verilerini aynı şekilde etkilendiğinin göstergesidir.

Modelin Değerlendirilmesi Yukarıda bahsedilen yöntemin değerlendirilmesi, ağaç halkaları kronolojileri ile akım verilerinin ortak olduğu periyot (1964-1997) için araştırılmıştır. Bu amaç için ağaç halkaları verileri ile aynı yıla tekabül eden akım değerleri veri setinden çıkarılıp modelden akım verileri türetilmeye çalışılmıştır. İlk olarak, geriye kalan veriler türetilmesi gereken yılın (özellik vektörü) PC yansımalarını tahmin etmek için kullanılmıştır. İkinci olarak, 4 ağaç halkası kronolojileri PC yöntemi ile lineer ilişkisi olmayan tahmin edicilere dönüştürülmüştür. Elde edilen 4 özdeğerin ilk değeri, 1 0.90’dan büyük olduğundan veri setleri ilk temel bileşenle temsil edilmiştir. İlk temel bileşenle gözlenmiş akım verileri arasındaki korelasyon değeri 0.52 civarında bulunmuştur ki bu değer 0.05 seviyesinde istatistiksel olarak anlamlıdır. Daha sonra veri setinden çıkarılan ağaç halkası verilerinin (özellik vektörü) öz alanda yansımaları bulunmuştur. Yansıtılan özellik vektörü ile geriye kalan temel bileşenler arasındaki öklit uzaklık değerleri hesaplanmıştır. Bu fark değerleri küçükten büyüğe doğru sıralanmış ve K en yakın komşu değerleri saptanmıştır. Üniform dağılımdan rastgele türetilen değerler ile en yakın komşu değer saptanmıştır. Elde edilen en yakın komşu ağaç halkası yılına karşılık gelen akım verisi aranan özellik vektörünün akım verisi olarak saptanmıştır. Bu prosedür her bir yıl için tekrarlanarak 1964-1997 yılları arasındaki ortalama Mayıs-Ağustos akım değerleri yeniden türetilmiştir. Yeniden türetilen akım verileri ile gözlenmiş akım verilerinin görsel olarak incelemesi Şekil 2’de kutu grafiği kullanılarak verilmiştir.


Şekil 2. Türetilen ve tarihi akım verileri.

Şekil 2’de gözlemiş akım değerleri üçgen ile temsil edilirken türetilmiş serilerin ortalama değerleri kare ile temsil edilmiştir. Türetilen çoğu ortalama değer kutu grafiğinin içinde yer aldığından modelin kullanılabilir olduğu söylenebilir. Ancak aşırı (extreme) değerlerde modelin performansının iyi olmadığı görülmektedir. Ağaç halkalarından türetilen hidrolojik pik değerlerin gözlemlenmiş pik değerlerin altında tahmin edilmesi ağaçların büyümesindeki biyolojik kısıtlamaların bulunmasından dolayı beklenen bir olaydır [12]. İstatistiksel olarak yeniden türetilen akım verilerinin değerlendirilmesi Tablo 2’de özetlenmiştir. İstatistiksel değerlendirme için t test, korelasyon katsayısı (r), hata azaltım değeri (R2) ve hata azaltım testi (RE) kullanılmıştır.

Tablo 2. İstatistiksel değerlendirme. Model Periyot t r R2 RE

NPP-KNN 1963-1997 -0.12 0.58 0.34 0.33

*tüm istatistikler %95 seviyesinin üzerinde istatistiksel olarak anlamlıdır. Modelin gözlenmiş akım verilerden elde edilen ıslak ve kurak olma durumlarını yakalamadaki kapasitesi de araştırılmıştır. Gözlenmiş akım değeri eğer tarihi verinin medyan değerinden büyük ise ıslak, değil ise kurak olarak tanımlanmıştır. Ortalama


akım değeri yerine medyan değerinin kullanılma sebebi, medyan değerinin normal dağılım dışında merkezi eğilimi daha iyi ölçebilmesindedir. Bu tanıma göre tarihi veri setinde 17 ıslak, 17 kurak yıl tespit edilmiştir. Modelin 34 yıldan 28 yılını doğru bir şekilde yakaladığı saptanmıştır.

1657-1997 Paleo Akımların Türetilmesi

Filyos nehri 1657-1997 ortalama Mayıs-Ağustos akım değerleri parametrik olmayan yöntem ile türetildi ve Şekil 3’de gösterildi. Uzun dönem ortalama ve standart sapma değerleri hesaplandı ki bu değerler sırasıyla: 73.97 m3/s ve 22.77 m3/s’dir. 96.74 m3/s (ortalama artı standart sapma) debi değerinin üstü ıslak yıl, 51.2 m3/s (ortalama eksi standart sapma) debi değerinin altı kurak yıl ve arasındaki değerler normal yıl olarak alındığında türetilmiş akımlardan 36`sı ıslak (toplam türetilen yılın %11`i) ve 22`si kurak (toplam türetilen yılın %6`sı) yıl olarak bulunmuştur. Bölgenin taşkınlardan muzdarip olduğu düşünülürse bulunan sonuçlar anlamlıdır.

Şekil 3. 1657-1995 yılları için modelden türetilen akım verisi.

Geçmiş yüzyıla ait taşkın ve kuraklık ile ilgili tarihi kayıtlar oldukça az ve sınırlı olmasına karşın, bu çalışmada türetilen akımları değerlendirmek için bazı kişisel anlatılara dayalı kaynaklardan faydalanıldı. Panzac (1985), 1756-1757 yıllarında Suriye ve Anadolu civarında oldukça ciddi kuraklık ve açlık yaşandığına işaret etmiştir [13]. Bu çalışmada türetilen akım değerlerine bakıldığında 1752-1756 yılları arası kurak yıl olarak bulunmuştur. Gül (2009), Türkiye’de 1757, 1792 ve 1856 yıllarında çok şiddetli kuraklık yaşandığını bildirmiştir. Çalışmasında bu yıllarda Erzurum’dan Türkiye’nin kuzeyine dikkate değer bir göç yaşandığını belgelemiştir [14]. Bu çalışmada bu yıllar kurak olarak değil normal yıl olarak bulunmuştur. Ancak insanların göç ettiği Türkiye’nin kuzeyinde yer alan Filyos Havzasında bahsedilen kuraklığın yaşanmama ihtimali göz ardı edilmemelidir.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

1655 1685 1715 1745 1775 1805 1835 1865 1895 1925 1955 1985

Debi

, Q (m

3/s)

yıllar

KNN ortalamaortalama+std.sapma ortalama-std.sapmatarihi veri


Sonuçlar Bu çalışmada, paleoklimatoloji ve paleohidroloji çalışmaları hakkında genel bir bilgi verilerek, ağaç halkaları kronolojilerine dayalı paleo-hidrolojik akım türetilmesi üzerinde durulmuştur. Çalışmada kullanılan parametrik olmayan yöntemin gözlenmiş akım verilerindeki varyansın % 34 (R2)’ünü açıklayabildiği saptanmıştır. Bu değer de bu havza için yapılmış önceki çalışmadan elde edilen değerden daha büyüktür. Sonuç olarak, bu çalışmadan elde edilen türetilmiş serinin geçmişe açılan bir pencere olması açısından önemli olduğu düşünülmektedir. Çünkü Filyos nehri verileri 1657 yılına kadar türetilmiş ve neredeyse ölçülmüş akım kayıt peryodunun dokuz kat yıl daha gerideki akım verileri türetilmeye çalışılmıştır. Bu da bize yaklaşık 340 yıl boyuncaki hidrolojik olayları daha iyi anlamamıza ve su yapılarını projelendirme aşamasında yardımcı olacaktır. Özetle, su kaynağı planlayıcısının gözlem istasyonu kurulmadan önceki yıllarda uzun süreli mevsimsel düşük ve yüksek akımların görüldüğünün farkında olması açısından bu çalışmanın önemli olduğu düşünülmektedir.

Kaynaklar

[1] Touchan R., G.M. Garfin, D.M. Meko, G. Funkhouser, N. Erkan, M.K. Hughes, ve

B.S. Wallin (2003) Preliminary reconstructions of spring precipitation in southwestern Turkey from tree ring width. International Journal of Climatology, 23, pp. 157-171.

[2] Hughes, M.K., P.I. Kuniholm, G.M. Garfin, C. Latini, J. Eischeid (2001) Aegean

tree-ring signature years explained. Tree-ring Research, 57(1) pp. 67-73. [3] Akkemik, U., ve A. Aras (2005) Reconstruction (1689-1994) of April-August

precipitation in southwestern part of central Turkey. International Journal of Climatology, 25, pp. 537-548.

[4] Akkemik, U., N. Dagdeviren, N. Aras (2005) A preliminary reconstruction (A.D.

1635-2000) of spring precipitation using oak tree rings in the western Black sea region of Turkey. International Journal of Biometeorology, 49 (5), pp. 297-302.

[5] Touchan R., G. Funkhouser, M.K. Hughes, ve N. Erkan (2005a) Standardized

precipitation index reconstructed from Turkish ring widths. Climatic Change, 72, pp. 339-353.

[6] Touchan R., E. Xoplaki, G. Funkhouser, J. Luterbacher, M.K. Hughes, N. Erkan,

U. Akkemik, ve J. Stephan (2005b) Reconstruction of spring/summer precipitation for the Eastern Mediterranean from tree-ring widths and its connection to large-scale atmospheric circulation. Climate Dynamics, 25, pp. 75-98.

[7] Akkemik, U., R. D’Arrigo, P. Cherubini, N. Kose, ve G.C. Jacoby (2008) Tree-ring

reconstructions of precipitation and streamflow for north-western Turkey. International Journal of Climatology, 28, pp. 173-183.


[8] Sarlak, N. (2014) Filyos river streamflow reconstruction from tree-ring chronologies with nonparametric approaches. JAWRA, pp. 1-9.

[9] Avci, M., (2007) Dendrokronoloji ve Coğrafyacıların Kuvartener Çalışmaları

Açısından Önemi. Türkiye Kuvartener Sempozyumu (TURQUA VI), Istanbul Teknik Universitesi, Istanbul.

[10] Cobb, K.M., C.D. Charles, H. Cheng, ve R.L. Edawards (2003b) El nino/southern

oscillation and tropical pacific climate during the last millennium. Nature, 424, pp. 271-276.

[11] Gangopadhyay,S., B.L. Harding, B. Rajagopalan, J.J. Lukas, ve T.J. Fulp (2009) A

nonparametric approach for paleo-hydrologic reconstruction of annual streamflow ensembles. Water Resources Research, 45, W06417.

[12] Case, R.A, ve MacDonald, G.M., “Tree ring reconstructions of streamflow for

three Canadian Prairie rivers”, Journal of the American Water Resources Association, 39(3), 2003, 703-716.

[13] Panzac, D. (1985) La Peste Dans I’empire Ottoman 1700-1850. Editions Peeters, Leuven, Belgium, 659 sayfa.

[14] Gül, A. (2009) Drought and Famine in Ottoman Empire. The Journal of

International Social Research, 2(9), pp. 144-158.


Erzurum İli Kuraklıkların İki Değişkenli Frekans Analizi: Kopula Fonksiyonlarının Kullanımı

Fatih Tosunoğlu1, İbrahim Can2

1Erzurum Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü Tel: (0442) 666 25 27 (2103)


2Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü


Öz Bu çalışmada Erzurum ili kuraklıklarının frekans analizleri iki değişkenli kopula fonksiyonları kullanılarak yapılmıştır. Bu amaç için Erzurum ili 1951-2013 yılları arası döneme ait aylık toplam yağış miktarları kullanılmış ve aylık yağış değerlerinin kuraklık analizleri için Standart Yağış İndeksi (SYİ) Metodundan yararlanılmıştır. Daha sonra aylık SYİ serileri kullanılarak kuraklık şiddet ve süre parametreleri elde edilmiştir. Kuraklık süre ve şiddet serilerinin tek değişkenli marjinal dağılımları Akaike Bilgi Kriteri (AIC) kullanılarak tespit edilmiş ve süre için en uygun dağılımın iki parametreli Lognormal, şiddet için ise en uygun dağılımın Weibull olduğu sonucuna varılmıştır. Kuraklık şiddet ve süre parametrelerinin ortak dağılımının modellemesinde ise son yıllarda etkili bir metot olarak kullanılan Kopula fonksiyonlarından yararlanılmıştır. Bu amaç için sırasıyla iki değişkenli Clayton, Frank ve Gumbel-Hougaard kopulaları kullanılmıştır. İstatistiksel testler sonucunda Gumbel-Hougaard kopulasının kuraklık süre ve şiddet serilerinin ortak dağılım fonksiyonunu ifade etmede daha etkili olduğu görülmüştür. Son olarak, bu kopula yardımıyla kuraklık şiddet ve süre parametrelerinin ortak ve şartlı olasılık özellikleri, ortak ve şartlı dönüş periyotları elde edilmiştir. Anahtar sözcükler: Erzurum, Kuraklık, Standart Yağış İndeksi (SYİ), Kopula

Giriş

Kuraklıklar yağış ve akım gibi stokastik olaylarla ilişkili olduğu için, kuraklıkların araştırılmasında ve analiz edilmesinde kullanılacak en uygun yöntemler olasılık teorisi ve stokastik süreç metotlarıdır. Özellikle, meteorolojik ve hidrolojik kuraklıklar neticesinde meydana gelebilecek su sıkıntılarının fazla olacağı bölgelerde kuraklıkların olasılık karakteristiklerinin bilinmesi oldukça önemlidir. 1960’lardan beri birçok araştırmacı kuraklıkların olasılık özellikleri konusunda çalışmalar yapmaktadır (Yevjevich 1967; Şen 1990; Fernandez and Salas 1999; Shiau and Shen 2001; Cancelliere and Salas 2004; ;Beyazit ve Önöz 2005; Şarlak 2009). Bu araştırmacıların birçoğu, kuraklığın tek değişkenli analizi üzerinde yoğunlaşmıştır. Fakat şunu belirtmek gerekir ki, kuraklık aralarında yüksek korelasyona sahip ve rastgele olan birkaç parametre ile (süre ve şiddet) açıklanabilen karmaşık bir olaydır. Bu nedenle bir


bölgedeki kuraklığın etkilerinin daha gerçekçi bir perspektif ile değerlendirilebilmesi ve tasarlanacak su yapılarının daha doğru bir şekilde boyutlandırılabilmesi için kuraklık değişkenlerinin ortak modellemesi gereklidir. Bu da ancak çok değişkenli metotların kullanılması ile mümkün olacaktır. Bu amaç için geleneksel çok değişkenli olasılık dağılım fonksiyonları (çok değişkenli normal, çok değişkenli lognormal, çok değişkenli exponansiyel ve çok değişkenli gamma v.b) araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır. Bu geleneksel çok değişkenli dağılımların uygulanabilmesi için rastgele değişkenlerin olasılık dağılım tiplerinin aynı olması gerekmektedir. Fakat süre ve şiddet gibi kuraklık parametreleri genellikle farklı olasılık dağılımlarına uygunluk gösterdiklerinden çok değişkenli modellemesi konusunda bazı zorluklar ortaya çıkmaktadır. Son yıllarda, çok değişkenli kopula fonksiyonları bu sorunu ortadan kaldırabilecek bir yöntem olarak farklı bilim dallarında kullanılmaya başlanmıştır. Kopula fonksiyonların en önemli özelliği hem rastgele değişkenler arasındaki korelasyonu koruyabilme ve hem de rastgele değişkenlere ait farklı dağılım özelliklerini bünyesinde taşıyabilmesidir. Bu özellikte rastgele değişkenlerin marjinal dağılımlarının belirlenmesi konusunda araştırmacılara büyük bir kolaylık sağlamaktadır. Bu çalışma kapsamında Erzurum ili yağışlarının iki değişkenli kuraklık analizleri Kopula fonksiyonları ile yapılacaktır. Çalışma dört ana aşamadan oluşmaktadır. Birin aşamada, Erzurum ili meteoroloji istasyonuna ait aylık yağışlarının kuraklık analizleri Standart yağış indeksi metodu ile yapılacak ve kuraklık süre ve şiddet parametrelerine ait rastgele seriler elde edilecektir. İkinci aşamada elde edilen bu kuraklık parametre serilerine en iyi uyan tek değişkenli olasılık dağılımları belirlenecektir. Üçüncü aşamada ise kuraklık süre ve şiddet parametrelerinin olasılık dağılım özelliklerini ve aralarında korelasyon yapısını en iyi modelleyen kopula fonksiyonu belirlenecektir. Bu amaç için sırasıyla iki değişkenli Clayton, Frank ve Gumbel-Hougaard kopulaları kullanılacaktır. Son aşamada ise en uygun kopula fonksiyonu kullanılarak kuraklık süre ve şiddet parametrelerinin farklı kombinasyonları için şartlı (conditional) ve ortak (joint) dağılım özellikleri, şartlı ve ortak dönüş periyodları elde edilecektir.

Yöntem

Standartlaştırılmış Yağış İndeksi Yöntemi (SYİ) Bu yöntem yağıştaki azalmanın anlaşılması, yeraltı suyu, su biriktirme haznesi depolaması, toprak nemi, kar yığını ve akarsu üzerindeki etkilerini belirlemek için McKee et al. (1993) tarafından geliştirilmiştir. SYİ çoklu zaman ölçümlerinde yağış azalmasını belirlemek için tasarlanmıştır. Zaman dilimleri farklı su kaynaklarının uygunluğunda kuraklık etkilerini yansıtır. Kurak olay SYİ zaman serisinin değerlerinin eksi olduğu süre boyunca devam eder ve şiddeti -1 veya daha küçüktür. Kurak olay SYİ artı değer alınca son bulur. Her kurak olay başlangıç ve bitişi olan bir kurak süreye ve her kurak süre de devam eden olayın şiddetine sahiptir. Zaman periyodu 3 ve 6 ay gibi kısa olduğunda SYİ sıfırın üzerinde ve altında çok sayıda değer verir. Ana zaman aralığı 12, 24 veya 48 ay ise SYİ yağıştaki değişime daha yavaş cevap verir. Böylece SYİ kuraklığın süresini, toplam eksikliği ve şiddetini hesap etmeye yarar. SYİ ne alansal kuraklıkla ne de diğer meteorolojik değişkenleri ile standartlaştırılmış dizinin ilişkisini gösterir. Bunun sonuçları kuraklığın sadece zamanla olan değişkenliğini ve özelliklerini ortaya çıkarmaya yarar. Pratik çalışmalarda SYİ sonuçlarının genelleştirilmesi için yağış değerlerinin normal (Gauss) dağılımına uygunluk göstermesi gereklidir, ama özellikle yıllık yağışlardan daha kısa süreli yağışların dağılımı genelde normal olmaz. SYİ esas alınarak kuraklık, ard arda yağışların 0’dan daha az olması ile tanımlanabilir. Diğer bir


taraftan, bir kuraklık standart yağış değerinin 0’dan daha aşağıya düşmesi ile başlar ve yeniden 0’ın üzerine çıkması ile son bulur. SYİ’nin yapısından araştırmacılar yağış verisi kayıtlardan dünyanın herhangi bir yerinde belirli bir zaman ölçeğinde kuraklığın azlığını veya sulak olaylardaki anormallikleri de belirleyebilir (Sırdaş ve Şen 2003; Sönmez vd. 2005; Vicente-Serrano 2006; Bacanlı vd 2009; Keskin vd 2009; Türkeş ve Tatlı 2009). İlk olarak Thom (1958) yağış serisini en iyi temsil eden dağılımın Gamma dağılımı olduğunu bulmuştur. Bu dağılımın ihtimal (olasılık) yoğunluk fonksiyonu (İYF) x>0 yağış değerlerini göstermek üzere aşağıda verilmiştir.

xexxf

1

)(1

)( (1)

Burada α>0 ve β>0 sırası ile şekil ve ölçek parametreleridir. Г(x) Gamma fonksiyonu da

0

1)( dyey y (2)

olarak verilmiştir. Bu dağılım yağış sıklık dağılımında daha fazla miktarda sıfıra yakın alanda sola yanaşıktır. SYİ bir istasyon için yağış toplamları verilmiş olan sıklık dağılımına Gamma İYF uydurulmasına dayanır. Bu sırada her bir istasyon için α ve β parametreleri göz önünde tutulan bir zaman ölçeği esas alınarak (1 ay, 3 ay, 12 ay v.b) tahmin edilir. Burada n yağış gözlemlerinin sayısını gösterir. Bu parametreler daha sonra o istasyonun zaman ölçeği için gözlenmiş yağışın TİYF’u aşağıda şekilde hesaplamak için kullanılır.

x xx dxexdxxgxG

0 0

ˆ1ˆ

ˆ)ˆ(ˆ

1)()(

(3)

Gamma fonksiyonu x=0 için belirsizdir. Bir yağış dağılımı sıfır yağışları (yağışsız süreleri) da içerir ve bu durumda toplam ihtimal aşağıdaki şekilde yazılabilir.

)()1()( xGqqxH (4)

Burada q yağışsız sürelerin ihtimalini gösterir. Eğer n uzunluklu bir yağış serisinde sıfırların sayısı m ise basitçe n

mq şeklinde hesaplanır. Toplam ihtimal, H(x),

varyansı 1 ve ortalaması 0 ile standart normal rastgele değerlere, Z, dönüştürülür (Şen 2009). Kopula fonksiyonları Kopulalar (Copulas), tek-değişkenli marjinal dağılımlar ile bunların çok-değişkenli dağılımları arasında ilişki kuran bir fonksiyondur. Olasılık teorisi kapsamında “Copula” terim olarak ilk defa Sklar (1959) tarafından kullanılmıştır. Değişkenler arasındaki ilişkilerin anlaşılması ve analiz edilmesi konularında sağladıkları kolaylık nedeniyle copula dağılımları, son zamanlarda yoğun ilgi görmeye başlamış, çok değişkenli olasılık modelleri olarak başta finansal verilerin modellenmesi olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Sklar teoremi Sklar teoremi, kopulalar teorisinin en önemli teoremidir. Bu teorem, çok boyutlu dağılım fonksiyonları ile onların marjinal dağılım fonksiyonları arasındaki ilişkide


kopulaların rolünü açıklar. Bu teoreme göre; , ( , )X YF x y marjinalleri )(xFX ve )(yFY olan bir

ortak dağılım fonksiyonu olarak tanımlanmış olsun, öyleyse R (reel sayı)’deki her x ve y için

, ( , ) ( ( ), ( ))X Y X YF x y C F x F y (5)

şeklinde tanımlı bir C kopulası vardır. Bunun aksi de geçerlidir. Yani; eğer C bir kopula ve )(xFX ve )(yFY marjinel dağılımlar ise , ( , )X YF x y ;

, ( , ) ( ( ), ( ))X Y X YF x y C F x F y (6)

şeklinde tanımlı bir ortak dağılım fonksiyonudur. Sklar teoremi için ayrıntılı bilgi Schweizer and Sklar (1983) de bulunabilir. Söz konusu marjinal dağılımların sürekli rastgele değişkenlere ait olasılık yoğunluk fonksiyonlarını sırasıyla ve olarak kabul edersek, ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu aşağıdaki şekilde olur;

)()()(),(),( yfxfyFxFcf YXYXYX (7)

buradaki c; Kopula’nın (C) yoğunluk fonksiyonu olarak;

yuvuC

vuc

),(),(

2

(8)

şeklinde tanımlanır. Literatürde birçok kopula fonksiyonu bulunmaktadır. Bunların en önemlileri Eliptical (normal ve t kopula), Archimedean (Clayton, Gumbel_Hougaard, Frank ve Ali-Mikhail-Hap kopula), Ekstrem değer (Husler-Reiss, Galambos, Tawn, and t-EV) ve diğer çeşitler (Plackett ve Farlie-Gumbel-Morgenstern kopula)’dir. Bu kopula çeşitlerinin her birinin uygulama alanı bulunmaktadır. Bu kopulalar arasından Archimedean kopulaların hidrolojik olaylar için oldukça başarılı sonuçlar vermekte ve popülerliğini davam ettirmektedir (Mirabbasi et.al. 2012; Reddy and Ganguli 2012) Nelsen (2006)’ ya göre iki boyutlu Archimedean kopulası;

))()((),( 1 vuvuC (9)

şeklinde ifade edilir. Ekstrem hidrolojik olayların (taşkın ve kuraklık gibi) iki değişkenli modellenmesinde

sıkça kullanılan Archimedean kopulalarının matematiksel

ifadeleri aşağıdaki Tablo-1’de

verilmiştir. Bu ifadelerdeki ’lar

kopula parametrelerini ve u ve v ise rastgele değişkenlerin marjinal dağılımlarının kümülatif olasılık fonksiyonlarını göstermektedir. Tablo 1. Çalışmada kullanılan iki değişkenli kopula fonksiyonları

)(xfX )(yfY

Kopula tipi Kopula olasılık fonksiyonu, C(u,v)


Veri

Bu çalışmada Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nden alınan Erzurum ili meteoroloji istasyonuna ait aylık toplam yağış verileri kullanılmıştır. Yağış verilerine ait gözlem süresi 1951-2013 yılları arası olup, istatistiksel açıdan (minimum 30 yıl) yeterlidir. Verilerin ön analiz aşamasında, yağış verilerinin homojenliği Standart Normal Homojenlik Testi (SNHT) ve Pettit Testi kullanılarak test edilmiştir. Belirtilen testler aylık yağışların toplamından elde edilen yıllık toplam yağışlara uygulanmıştır. Her iki teste de sıfır hipotezi (H0) olarak yıllık toplam yağış değerlerinin benzer dağılıma sahip olduğu kabul edilirken alternatif hipotez olarak (H1) ortalamada bir kayma olduğu kabul edilmiştir. Testler sonucunda gözlem süresince %95 güven düzeyinde yağış verilerinin homojen olduğu sonucuna varılmıştır. Çalışmada kullanılan meteoroloji istasyonuna ait özet bilgi Tablo 2’de sunulmuştur. Tablo 2. Erzurum meteoroloji istasyonu özet bilgi

Kuraklık Analizleri ve Modellemeler Standart Yağış İndisi (SYİ) Değerlerinin Elde Edilmesi Çalışmanın bu kısmında kullanılan aylık yağış verilerine ait SYİ değerleri Matlab programı yardımıyla elde edilecektir. Bu amaç için ilk olarak aylık veriler kendi içerisinde sıralanarak aşılmama olasılıkları hesaplanmış ve verilere ait kümülatif olasılık yoğunluk fonksiyonu (KOYF) elde edilmiştir. Daha sonra, her bir aya ait yağış verilerine Gamma dağılımı uydurularak parametreler hesaplanmıştır. Bu dağılımların verilere uygunluğu tekrar gözlemlemek için verilerin KOYF’nın üstüne Teorik dağılımın toplam olasılık yoğunluk fonksiyonu çizilerek dağılımın uygunluğu tekrar kontrol edilmiştir. Gamma dağılımının eldeki verilere tam olarak uyduğu anlaşıldıktan sonra, bu verilerin standart normal (Gauss) dağılımına dönüştürülerek SYİ değerlerinin bulunmasına sıra gelmiştir. Bunun için önce aylık veri değerlerine karşı söz konusu dağılımın KOYF’da karşı gelen aşılmama ihtimalleri (p) hesaplanmıştır. Bulunan ihtimal değerleri standart normal dağılımda da aynen geçerli olacağından bu sefer bunlara karşı normal KOYF’da karşı gelen SYİ değerleri hesaplanmış ve hesaplanan SYİ değerlerinin zamanla değişimine veren grafik Şekil 1’de gösterilmiştir.

Frank

Gumbel-Hougard

Clayton

İstasyon Adı (Kodu) Enlem Boylam Yükseklik (m) Erzurum (17096) 39° 53' K 41° 16' D 1757

1 ( 1)( 1)ln 1

1

u ve ee

1

)ln()ln(exp vu

1

1 vu


Şekil 1. Erzurum ili meteoroloji istasyonuna ait aylık SYİ değerlerinin zamanla değişimi

Grafikten de görüldüğü üzere SYİ değerleri 0 etrafında salınım yapmaktadır. 0’ın üstündeki değerler yağışın normalin üstünde olduğunu gösterirken 0’ altındaki değerler ise yağışın ortalamanı altında olduğu dönemleri göstermektedir. Daha sonra, elde edilen bu SYİ değerleri kullanılarak her bir kuraklık olayı için süre (D) ve şiddet (S) değişkenleri hesaplanmıştır. Bu çalışmada kuraklığı olayını belirleyen eşik değer 0 olarak seçilmiş ve süre (D) SYİ değerinin 0 altında olduğu süreyi, şiddet (S) ise SYİ’nin 0’dan küçük olduğu zaman süresince SYİ değerlerinin toplamını göstermektedir. Kuraklık parametrelerinin iki değişkenli frekans analizi Kuraklık parametrelerinin frekans analizi kısmında, ilk olarak kuraklık süre ve şiddet serileri arasındaki ilişkinin gücünü sayısal olarak ortaya çıkarmak için korelasyon katsayısı olarak pearson (ρ) ve kendall (τ) korelasyon katsayıları kullanılmış ve korelasyon değerleri sırasıyla 0.76 ve 0.55 olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan bu katsayılardan da görüldüğü üzere kuraklık parametreleri aralarında istatistiksel açıdan anlamlı sayılabilecek korelasyona sahip rastgele değişkenlerdir. Pearson korelasyon katsayısının sadece dizilerdeki verilerin normal dağılıma uyduğu zaman kullanılması uygundur bu nedenle bu konuda daha esnek olan kendall korelasyonu da kullanılmıştır. Kuraklık süre ve şiddet değişkenlerine ait saçılma grafiği Şekil 2’de sunulmuştur.

Şekil 2. Kuraklık süre ve şiddetin serilerine ait histogram ve saçılma grafiği Saçılma grafiğinden de görüldüğü üzere aynı süreye sahip farklı şiddette ya da aynı şiddete sahip farklı sürede birçok kuraklık olayı meydana gelmiştir. Buradan da anlaşılacağı üzere kuraklığın frekans analizi yapılırken iki (süre-şiddet) veya daha fazla değişkenli (süre-şiddet-yoğunluk) olasılık dağılım fonksiyonlarının kullanılması daha güvenilir sonuçlar verecektir. Bu amaç için ilk olarak kuraklık parametrelerinin tek değişkenli olasılık dağılım tiplerinin belirlenmesi gereklidir. Bu amaç için kuraklık süre


ve şiddet serilerine sırasıyla Normal (NORM), iki parametreli Log-Normal (LN2), Gamma (G2), Pearson Tip-III, Genelleştirilmiş Ekstrem Değer (GEV), Gumbel(EV1), Weibull (WBL), Genelleştirilmiş Pareto (GPA), Logistik (LOGS), LogLogistik(LLOGS) dağılımları uygulanarak en uygun dağılım tipi belirlenmiştir. En uygun olasılık dağılımının belirlenmesi aşamasında Akaike Bilgi Kriteri (AIC) kullanılmıştır. Her bir dağılım için hesaplanan AIC değerlerinden kuraklık süre veri setleri için en uygun dağılımın iki parametreli lognormal (LN2) ve şiddet serileri için ise en uygun dağılımın Weibull (WBL) olduğu gözlenmiştir. Kuraklık süre ve şiddet serileri farklı olasılık dağılımlarına uygunluk gösterdiğinden dolayı hidrolojide yaygın olarak kullanılan geleneksel iki değişkenli dağılımların (iki değişkenli normal, iki değişkenli lognormal v.b.) kullanılması mümkün olmayacaktır. Bu nedenle bu çalışmada son yıllarda hidrolojik ve meteorolojik kuraklıkların parametrelerinin çok değişkenli olasılık dağılımlarının modellemesi konusunda oldukça başarılı sonuçlar veren Kopula fonksiyonları kullanılmıştır. Bu amaç için iki değişkenli Clayton, Frank ve Gumbel-Hougaard kopulaları kullanılmıştır. Denenen alternatif kopulalar arasından en uygununun belirlenmesi aşamasında ise Anderson-Darling (AD) test istatistiği kullanılmıştır. Kullanılan kopula fonksiyonlarına ait AD test değerleri;

n

i

n

j jiji

jijinAD uuCuuC

uuCuuCD

1 1 ,2,1,2,1

2,2,1,2,1

)),(1(),(

)),(),((

(10)

denklemi yardımıyla hesaplanmıştır. Buradaki θ ilgili kopula parametresini, C

parametrik kopula fonksiyonunu ve nC ise n gözleme dayalı elde edilen deneysel ortak dağılım fonksiyonunu göstermektedir. Denklem 10 yardımıyla çalışmada kullanılan kopulalar için AD test değerleri hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar Tablo 3’de sunulmuştur. Tablodan da görüldüğü kuraklık süre ve şiddet verileri için en uygun kopula tipi en küçük AD test değerine sahip olan Gumbel-Hougaard kopulasıdır. Gumbel-Hougaard kopulasına ait kümülatif olasılık dağılım fonksiyonu aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir;

101.21

101.2101.2, ))(ln())(ln(exp),( sFdFsdF SDSD

(11) Buradaki FD ve FS ifadeleri kuraklık süre ve şiddet verilerine en uygun tek değişkenli dağılımlarının (LN2 ve WBL) kümülatif olasılık dağılım fonksiyonlarını ifade etmektedir. Tablo 3. Kopula fonksiyonları için AD testi sonuçları

Kopula Tipi AD test istatistiği Kopula Parametresi (θ) Clayton 17.64 6.193 Frank 15.28 2.203

Gumbel-Hougaard 14.34 2.101 Kuraklık parametrelerinin tek ve iki değişkenli dönüş periyotları Kuraklık etkisi altında su kaynakları sistemlerinin planlanması ve yönetiminin en güvenilir şekilde yapılabilmesi için önemli kuraklık parametrelerinin (süre, şiddet ve yoğunluk) alacağı değerlerin dönüş periyotlarının (ya da farklı dönüş periyotları için bu


parametrelerin alacağı değerlerin) bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla ilk olarak, bir önceki bölümde olasılık dağılımları belirlenen kuraklık süre ve şiddet parametrelerinin 2, 5, 10, 20, 50,100 ve 200 yıllık dönüş periyotları için alacağı değerler ayrı ayrı aşağıdaki eşitlikler yardımıyla elde edilmiştir.

)(1)(dF

LET

DD ve

)(1)(sF

LET

SS

(12)

Buradaki TD (TS) kuraklık süresinin (şiddetinin) belirli değere eşit ve büyük olması olması durumundaki dönüş periyodunu, E(L) ise kuraklığın ortalama gecikme zamanını (the average drought inter-arrival time) göstermektedir. Erzurum ili için yapılan kuraklık analizleri sonucunda E(L) değeri 4.08 ay (0.34 yıl) olarak hesaplanmıştır. Farklı dönüş aralıkları için hesaplanan kuraklık süre şiddet değerleri Tablo 4’te verilmiştir. Kuraklık süre ve şiddet parametreleri aralarında yüksek korelasyona sahip değişkenler olduklarından, bu parametrelerin tek tek değerlendirilmelerine nazaran ortak olarak değerlendirilmeleri sonucu dönüş periyotlarının belirlenmesi söz konusu bölge için kuraklıkların değerlendirilmesi ve yönetimi konusundaki çalışmalara daha fazla yarar sağlayacaktır. Tablo 4. Erzurum istasyonu için kuraklık süre ve şiddet değerleri dönüş periyotları

Dönüş Periyodu (yıl) Kuraklık süresi (ay) Kuraklık şiddet 2 2.78 2.74 5 3.75 3.91 10 4.52 4.75 20 5.33 5.57 50 6.47 6.62 100 7.40 7.40 200 8.38 8.16

Shiau (2006) ya göre, kuraklık süre ve şiddet değerleri için ortak dönüş periyot değerleri iki şekilde olarak aşağıdaki eşitlikler kullanılarak hesaplanmaktadır;

( ) ( ) ( )( , ) 1 ( ) ( ) ( , ) 1 ( ) ( ) ( ( ) ( ))DS

D S DS D S D S

E L E L E LT

P D d S s F d F s F d s F d F s C F d F s

(13)

))(),((1)(

s)S veya()(

sFdFCLE

dDPLE

TSD

DS

(14)

Bu formüllerdeki TDS hem kuraklık süresinin hem de şiddetinin belirli bir değere eşit ve büyük olması durumundaki dönüş periyodu değerini, T'DS ise ya kuraklık süresinin ya da kuraklık şiddetinin belirli bir değere eşit ve büyük olması durumunda dönüş periyodu değerini ifade etmektedir. Kuraklık parametrelerinin alacağı farklı değerlerine karşılık gelen ortak dönüş periyotları (TDS ve T'DS) Matlab programı yardımıyla hesaplanmış ve elde edilen eğriler Şekil 3’de gösterilmiştir. Bu eğriler sayesinde kuraklık parametrelerinin alacağı farklı değerler için ortak dönüş periyot analizleri ve tek değişkenli frekans analizleri ile karşılaştırılmaları kolaylıkla yapılabilir. Örneğin kuraklık süre ve şiddet parametreleri tek değişkenli olarak ele alındığında sürenin ve şiddetin 7.40’dan büyük olması olayının dönüş periyodu (tekerrür aralığı) 100 yıl olarak hesaplanmıştır. Fakat iki değişkenli olarak hem sürenin hem de şiddetinin birlikte


7.40’dan büyük olması durumunda ise bu olayın tekerrür aralığı eşitlik 17’den 164 yıl olarak hesaplanır. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli husus çalışma bölgesinde su temini için yapılmış bir su kaynakları yapısı için tehlikeli sayılabilecek bir kuraklık olayı ancak her iki parametre değerinin de belirli bir değeri aşması durumunda söz konusu olacaktır. Örneğin çalışma bölgesi olan Erzurum ilinin merkezinin yakınından bulunan Palandöken barajı yaklaşık 15 yıldan beri bölgenin içme suyu ihtiyacını karşılamaktadır. Bu çalışma sonucunda elde edilen farklı kuraklık senaryolarına ait bilgiler hem bu barajın yeterliliğinin değerlendirilmesi açısından hem de meydana gelebilecek olası kritik kuraklıkların yönetimi açısından bölgedeki yöneticilere önemli katkı sağlayacaktır. Ortak hesaplanan dönüş periyotlarının yanı sıra, kuraklık süre ve şiddetlerinin dönüş periyotları şartlı durumlar içinde elde edilmektedir. Örnek olarak, bir kuraklığın şiddetinin belli değerden fazla olması durumunda herhangi bir kuraklığın süresinin dönüş periyodu ( sSDT | ) veya bir kuraklığın süresinin belli bir değerden fazla olması durumunda herhangi bir kuraklığın şiddet değerinin dönüş periyodu ( dDST | )

aşağıdaki eşitlikler yardımıyla hesaplanabilir;

))(),(()()(1)(1)(

,| sFdFCsFdFsFLE

sSdDP

TT

SDSDS

SsSD

(15)

))(),(()()(1)(1)(

,| sFdFCsFdFdFLE

sSdDP

TT

SDSDD

DdDS

Bu denklemler kullanılarak kuraklık süre ve şiddet parametrelerinin bir birbirlerine göre şartlı durumları için dönüş periyodu değerleri Matlab programı yardımıyla hesaplanmış ve bunlara ait grafikler Şekil 4’de sunulmuştur. Bu şekillerden yola çıkarak bir su kaynağı (rezervuar) sisteminde meydana gelebilecek aksaklıklar için risk değerlendirilmeleri yapılabilir. Örneğin, Erzurum meteoroloji istasyonu yakınındaki bir su kaynağı sisteminin, kuraklığın şiddetinin 5 ve süresinin ise 2 ay dan fazla olduğu bir dönemde yeterli su sağlayamadığını düşünürsek bu durumu dönüş periyodu( dDST | )

yukardaki eşitliklerden 34.9 yıl olarak hesaplanmıştır.

Şekil 3. Kuraklık süre ve şiddet parametreleri için elde edilen TDS ve T'DS eğrileri


Şekil 4. Şartlı dönüş periyodu ( sSDT | ve dDST | ) grafikleri

Sonuçlar

Bu çalışmada Erzurum 1951-2013 yılları arası aylık yağışlarının iki değişkenli kuraklık frekans analizleri modern ve güvenilir bir teknik olan kopula fonksiyonları yardımıyla yapılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlar özetle aşağıdaki şekilde sıralanabilir;

1- Aylık yağışların kuraklık analizleri Standart Yağış indeksi yöntemi ile yapılmış ve süre ve şiddet gibi önemli kuraklık parametrelerine ait rastgele seriler elde edilmiştir.

2- Kuraklık süre serilerinin marginal dağılımının iki parametreli Lognormal olduğu ve buna karşın kuraklık şiddet serilerinin marginal dağılımının Weibull olduğu sonucuna varılmıştır.

3- Kuraklık süre ve şiddet serilerinin ortak dağılım fonksiyonunu en iyi temsil eden kopula tipinin iki değişkenli Gumbel-Hougaard olduğu sonucuna varılmıştır.

4- Gumbel-Hougaard kopulası kullanılarak kuraklık şiddet ve süre parametrelerinin alacağı farklı değerleri için ortak ve şartlı dönüş periyotları elde edilmiştir.

Bu çalışmadan elde edilen sonuçların Erzurum ili civarındaki su yapılarının yeterliliğinin analizi ve bölgede yapılacak yeni su yapılarının tasarımı ve işletmesi açısından oldukça yararlı olacağı düşünülmektedir.

Teşekkür

Bu çalışmada kullanılan aylık yağış verilerinin temin konusunda verdikleri destekten dolayı Meteoroloji Genel Müdürlüğüne teşekkür ederiz.

Kaynaklar

Bacanlı U.G., M. Firat and F. Dikbas (2009) Adaptive Neuro-Fuzzy Inference system for drought forecasting. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, Vol. 23, No.8, pp. 1143–1154

Bayazıt, B. and B. Önöz (2005) Probabilities and return periods of multisite droughts. Hydrological Sciences Journal, Vol. 50, No.4, pp. 605-615.

Cancelliere, A. and J.D. Salas (2004) Drought length properties for periodic-stochastic hydrologic data. Water Resources Research, Vol. 40, W02503, doi: 10.1029/2002WR001750.

Fernandez, B. and J. D. Salas (1999) Return period and risk of hydrologic events. I: Mathematical formulations. Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, Vol. 4, No. 4, pp. 297–307.

Keskin M.E., Ö. Terzi, E.D. Taylan and D. Küçükyaman (2009) Meteorological drought analysis using data-driven models for the Lakes District, Turkey. Hydrological Sciences Journal, Vol. 54, No. 6, pp. 1114-1124.

Mckee, T.B., N.J. Doesken and J. Kleist (1993) The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales, Eight Conference on Applied Climatology, Anaheim, California.


Mirabbasi. R., A. Fakheri-Fard and Y. Dinpashoh (2012). Bivariate drought frequency analysis using the copula method. Theor. Appl. Climatol., Vol. 108, No. 1, pp. 191–206.

Nelsen, R. B. (1999) An Introduction to Copulas. Springer-Verlag, New York. Reddy, M.J. and P. Ganguli (2012) Application of copulas for derivation of drought severity-

duration–frequency curves. Hydrol.Process.,Vol. 26. No. 11, pp.1672-1685. Şarlak, N., E. Kahya and O.A. Bég (2009) Critical Drought Analysis: Case Study of Göksu

River Turkey and North Atlantic Oscillation Influences. Journal of Hydrologic Engineering. Vol.14, pp. 795-802.

Şen, Z. (1990). Critical drought analysis by second order Markov chain. Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 120, pp. 183–202.

Şen, Z. (2009) Kuraklık Afet ve Modern Hesaplama Yöntemleri. Su Vakfı Yayınları. Shiau, J. T. and H.W. Shen (2001) Recurrence analysis of hydrologic droughts of differing

severity. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 127, No. 1, pp. 30–40.

Shiau J.T. (2006) Fitting drought duration and severity with two dimensional copulas. Water Resources Managements, Vol. 20, pp. 795-815.

Sırdaş S. and Z. Şen (2003) Spatio-temporal drought analysis in the Trakya region, Turkey. Hydrological Sciences Journal, Vol. 48, No. 5, pp. 809-820.

Sklar, A. (1959) Fonctions de répartition à n dimensions et leurs marges. Publications de l’Institut de Statistique de l’Univ. de Paris, Vol. 8, pp. 229–231.

Sönmez F.K., A.U. Kömüşcü, A. Erkan and E. Turgu (2005) An analysis of spatial and temporal dimension of drought vulnerability in Turkey using the standardized precipitation index. Natural Hazards, Vol. 35, pp. 243–264.

Thom, H.C.S. (1958) A note on the Gamma distribution. Monthly Wheather Review. Vol. 86, No. 41, pp. 117-122.

Türkes M and H. Tatlı (2009) Use of the standardized precipitation index (SPI) and a modified SPI for shaping the drought probabilities over Turkey. International Journal of Climatology, Vol. 29, pp.2270–2282.

Vicente-Serrano S.M., (2006) Spatial and temporal analysis of droughts in the Iberian Peninsula (1910–2000). Hydrological Sciences Journal, Vol. 51, No. 1, pp. 83-97.

Yevjevich, V. (1967) An Objective Approach to Definitions and Investigations of Continental Hydrlogic Droughts, Hydrology Papers 23, Colo.St.Univ..


Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin Yapısal Elemanlarının Çevresel Etkileri

Yrd. Doç. Dr. İbrahim YURTSEVEN1*, Prof. Dr. Yusuf SERENGİL1

1İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Havza Yönetimi Anabilim Dalı 34473 Bahçeköy-Sarıyer/İstanbul

Tel: 0212 338 24 00 Fax: 0212 226 11 13 *e-posta: [email protected]

Öz

Nehir tipi HES’lerde doğal akış özelliklerinin değişmesinde etkili olan betonarme bölmeler, ızgaralar, yükleme ve dinlendirme havuzları, su iletim kanalı, cebri boru, filtreler ve türbin sistemleri gibi yapısal elemanların akarsu ve havzadaki hidrolojik ve ekolojik (habitat) özellikler üzerinde ne şekilde etkili olduğunun belirlenmesi, bu araştırmanın ana amacını teşkil etmektedir. Bu kapsamda Doğu Karadeniz Bölgesindeki bir grup hidroelektrik santralin bulunduğu havzalarda arazi ölçüm ve gözlemleri yapılarak hidroelektrik santrallerinin yapısal elemanlarının neden olduğu etkiler belirlenmiştir. Akarsu ekosistemine etki eden başlıca yapı elemanının su iletim hattı uzunluğu olduğu görülmüştür. Genellikle su iletim hattı uzunluğu arttıkça akarsu üzerinde doğal akış özelliğinin yok olduğu, akarsu segmentinde önemli etkiler ortaya çıktığı, buradaki ekosistemin canlı elemanlarında, örneğin su kenarı bitki türleri ile balıkların besin durumunda olan makroomurgasız canlı türlerinin popülasyonlarında azalma olduğu tespit edilmiştir. Bu araştırmada nehir tipi hidroelektrik santralinin havza üzerindeki konumunun diğer bir değişle havzanın memba ya da mansap bölgesine yakınlığının özellikle akarsu ekolojisini etkilemesi sebebiyle kritik çevresel öneme sahip olduğu belirlenmiştir. Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin yapısal elemanlarının neden olduğu hidrolojik ve ekolojik etkilerin analizlerinin değerlendirildiği bu araştırmada önemli ve uygulayıcılar açısından referans kabul edilebilecek bulgular elde edilmiştir. Anahtar sözcükler: Nehir Tipi Hidroelektrik Santralleri, Hidrolojik ve Ekolojik Etki, Makroomurgasız canlılar, Doğu Karadeniz Bölgesi.

Giriş

Akarsular, bulunduğu havzadaki antropojenik etkilerden fazlaca etkilenmektedir (Allan ve Castillo, 2007). Bu etkilenme, akarsu segmentleri içerisinde yer alan habitatların morfolojik yapısının değişmesi ve burada yaşayan canlı türlerinin de farklılaşması sonucunu doğurabilmektedir (Allan, 2004). Bu değişim yada farklılaşma ise canlıların habitat koşullarına olan tolerans durumları yada uyum sağlayabilme yetenekleri ile değişebilmektedir (Qin ve diğ., 2014). Farklılaşma durumu, etkilenme düzeyini gösterebildiği gibi doğal durumdan uzaklaşmanın da tespit edilmesine imkân verebilmektedir. Enerji üretmek amacıyla hidrolojik imkânların değerlendirmesi sürecinde, akarsular ve ilişkili olduğu ekosistemler fazlaca etkilemektedir (Yurtseven, 2011; Kibler ve Tullos, 2013). Akarsuyun hidrolojik ve ekolojik anlamdaki devamlılığını hidroelektrik enerji


üretimindeki üç farklı aşama engelleyebilmektedir. Bunlardan ilk aşamayı suyun akarsu yatağından ayrılmasıdır. İkinci aşama ise suyun çöktürme ya da yükleme havuzlarında depolanmasıdır. Son aşamayı ise türbinlere yönlendirilen suyun tekrar alındığı akarsuya ya da başka bir akarsu yatağına deşarjı oluşturmaktadır. Bu aşamalar akarsu ekosistemlerindeki bazı dinamiklerde yapısal anlamda bir takım değişiklikler meydana getirmektedir (Maiolini ve diğ., 2007). Bu değişimler özellikle akarsulardaki sıcaklık ve hidrolojik rejim değişimleri, akarsu yatak materyalinin yapısının değişmesi, suyun kimyasal özellikleri ile su içerisindeki bazı hassas canlı türlerinin (örneğin bentik makroomurgasız canlılar) popülasyon dinamiklerindeki değişimler olarak verilebilmektedir (Warner, 2012). Bir nehir tipi hidroelektrik santrali üzerine kurulduğu akarsuda doğal akış rejimindeki değişimlere paralel olarak sediment taşınımını ve buna bağlı olarak da dere içi habitat alanlarını değiştirdiği öngörülmektedir (Jowett, 1997). Enerji üretimi amacıyla kullanılan suyun sebep olduğu düşük akış rejimi ile beraber balık, makroomurgasız ve diğer sucul canlılar için gerekli olan besin maddesi taşınımında da bir takım değişimler meydana gelebilmektedir. Suyun ızgaralar ya da regülatörle alındığı kısım süzülme işleminin başladığı nokta olarak kabul edilirse, çöktürme havuzuna giriş kısmındaki ızgaralar, çöktürme havuzu, yükleme havuzu ve havuzdan cebri boruya giriş kısmındaki diğer ızgaralar vasıtasıyla süzülme işleminin devam ettiği görülmektedir (Şekil 1). Tribünlere temiz su girişini sağlamak için yapılan bu işlemlerin akarsuyun doğal sediment dağılımını değiştireceği açıktır (Yotinov ve diğ., 2013). Ayrıca, ekohidrolojik etkiler bakımından nehir tipi hidroelektrik santralinin havzanın hangi bölümünde (memba-kaynak, orta-transfer kısım, mansap-su çıkışı) bulunduğu ve suyu akarsudan aldığı nokta ile geri verdiği nokta arasındaki ara segmentin uzunluğu önem arz etmektedir. Topografik yapının elverişliliği nedeniyle ülkemizde nehir tipi hidroelektrik santralleri havzanın memba bölgesi ile orta kısımlarında yaygın olarak kurulduğu görülmektedir. Havzanın orman alanlarıyla kaplı memba bölgesinde kurulması planlanan bir santralin neden olduğu başta bitki örtüsünün kaldırılması, sediment aşınımı ve taşınımını engellenebilmesi vb. faaliyetler, havza hidrolojisinde bir takım köklü değişikliklere yol açabilmektedir.

Şekil 1 Bir nehir tipi hidroelektrik santralinin genel vaziyet planı (Yurtseven, 2011)

Bilindiği gibi bir havzanın memba bölgesi akarsu sedimentinin birincil kaynak noktasıdır. Aşınma bu kısımda başlamaktadır. Deredeki aşınmanın gerçekleştiği memba bölgesine kurulan bir nehir tipi hidroelektrik santrali, dere morfolojisinin doğal durumdan farklı bir durum almasına neden olabilmektedir. Eğimin memba kısmına göre daha düşük olduğu havza orta kısımlarında büyük miktarda sediment taşınması gerçekleşmektedir. Havzanın alt kısmı yani mansap tarafı ise eğimin iyice düşmesi ile birikmenin gerçekleştiği kısımdır (Şekil 2). İşte su alma yapısının (regülatör-ızgara)


havzanın memba yada orta bölgesinde yer aldığı bir nehir tipi hidroelektrik santrali, yarattığı hidrolojik etkilerden (doğal akış rejiminin değişimine paralele olarak suyun toplam aşındırma gücünde ve taşıma kapasitesinde azalma) dolayı doğal aşınımın ve sediment taşınımının değişimine neden olmaktadır. Bu gibi durumlarda santralin havzaya ekohidrolojik etkisi büyük olabilmekte ve bu etkinin büyüklüğü ara segmentin (doğal akış rejiminin değiştirildiği akarsu uzunluğu) uzamasıyla önemli oranda artabilmektedir.

Şekil 2 Akarsu morfolojik yapısının görünümü (Allan ve Castillo, 2007)

Doğal kanal yapısı üzerinde bulunan bir nehir tipi hidroelektrik santralinin ızgaralar, yükleme havuzu, çökeltim havuzu (regülatör) gibi yapı elemanları, doğal sel ve taşkın oluşum sürecini etkileyerek sedimentin akarsu boyuna profili boyunca dağılımını ve habitat tiplerinin oluşumunu engelleyebilmektedir. Akış dinamikleri ise sedimentin taşınma ve birikme durumuna etki ederek canlıların habitat alanlarının dağılımında ve özellikleri üzerinde etkili olmaktadır (Poff ve diğ., 1997). Sucul vejetasyon ve vejetasyon artıkları ile beraber akarsudaki sediment miktarı habitat alanlarının çeşitliliğinin artmasında etkili olmaktadır. Fiziksel habitat koşulları ise substrat yapısını değiştirdiği için havzanın doğal yapısını koruma durumu ve hidrolojisi ile belirlenebilmektedir (Sponseller ve diğ., 2001). Havzadaki ve akarsulardaki antropojenik etkiler akarsularda akış dinamiklerini etkilemesi dışında suya gelen ışık miktarı, sıcaklık gibi fiziksel koşullarda da farklılaşmalara neden olabilmektedir (Allan, 2004).

Materyal ve Metot Araştırma Alanı Araştırma alanı, Doğu Karadeniz Bölgesinde yer alan bazı Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin yer aldığı havzalar olarak seçilmiştir. Bu havzaların seçimi üzerinde etkili olan etmenlerin başında buralarda yer alan vejetasyonun ve akarsu kanallarının doğal akış özelliklerini nehir tipi hidroelektrik santraller kurulmadan önce korumuş olmaları olarak verilebilmektedir (Şekil 3).


Şekil 3 Doğu Karadeniz Havzasının Görünümü Yöntem Nehir tipi hidroelektrik santrallerinin yapısal elemanlarının su kaynakları üzerine etkilerinin belirlenmesi amacına dönük olarak gerçekleştirilen bu araştırma üç aşamadan meydana gelmektedir. Bunlardan ilki arazide bu değerlendirmeye fiziksel akarsu ve havza parametrelerinin ölçümü; ikincisi, habitat özelliklerinin saptanması; üçüncüsü ise bu parametrelere bağlı olarak nehir tipi hidroelektrik santralin su kaynaklarına olan etkisinin belirlenmesini sağlayan analizlerin geliştirilmesini sağlayan aşamalardır. Bu çalışmada nehir tipi hidroelektrik santralinin ekohidrolojik etkilerinin saptanabilmesi için örnekleme, aynı akarsu üzerindeki üç ayrı noktada gerçekleştirilmiştir. Birinci nokta doğal durumu karakterize etmesi açısından nehir tipi hidroelektrik santralinin suyu aldığı kısımdan daha yukarıdadır (memba tarafında). İkinci nokta suyun nehir tipi hidroelektrik santrali tarafından kullanılmak üzere alınan kısımdan, nehir tipi hidroelektrik santrali tarafından kullanılan suyun akarsu kesitine geri verildiği kısma kadarki orta segmenttedir. Üçüncü nokta ise nehir tipi hidroelektrik santrali tarafından kullanılan suyun akarsu kesitine geri verildiği kısımdan daha aşağıdadır (mansap tarafındadır) (Şekil 4). Seçilen üç noktada da akış özellikleri nehir tipi hidroelektrik santrali nedeniyle birbirinden farklı olacağı için akış özellikleriyle doğrudan ilişkili olan kanal habitat durumu, su kalitesi ve biyoindikatörlerin popülasyon dinamikleri de farklı olmaktadır. Nehir tipi hidroelektrik santrallerinin etkilerini net olarak saptayabilmek için akarsu üzerinde örnekleme amacıyla seçilen noktalar akış hızını, derinliğini ve kanal habitat kalitesini etkileyecek savak, menfez, büz, yol, köprü vb. yapıların etkilemediği alanlardan seçilmiştir. Ayrıca noktalar arasına herhangi bir yan dere kolunun karışmamasına da dikkat edilmiştir. 1. aşamada, su hızı (debiye çevrilmiştir), su derinliği, çözülmüş oksijen, su sıcaklığı, pH, elektrik iletkenliği, bulanıklık, dere enkesiti, ıslak çevre ölçümleri gerçekleştirilmiştir. 2. Aşamada ise daha çok akarsuyun fiziksel habitat koşullarının değerlendirilmesine yardımcı olan parametrelerin ölçüm ve gözlemleri gerçekleştirilmiştir. Bu parametrelerden bazıları ise epifaunal substrat, gömüşmüşlük-ince sediment ile kapanma (Embeddedness), gölcük (pool) tanımlaması ya da sığlık (riffle) sıklığı, hız/derinlik kombinasyonu, sediment depolaması, kanal akış durumu, kanal değişimi/kanallaştırma, kanal kıvrımlılığı, şev stabilitesi, şev vejetasyon koruması, Nehir kıyısı (riparian) zonu genişliği parametreleridir.


Şekil 4 Nehir tipi hidroelektrik santrali elemanları ve örnekleme noktaları

Nehir tipi hidroelektrik santrali ile çevresi arasındaki etkileşimin sayısal olarak ifade edilmesi zor bir görevdir. Araştırmanın 3. aşaması olan etkileşim analizlerinde ise nehir tipi hidroelektrik santralinin etki durumu üzerinde kilit role sahip değişkenlerin tespit edilerek, bu değişkenlerin matematiksel eşitlikler oluşturulacak şekilde yorumlanması süreci değerlendirilmektedir. Etkileşimli değişkenler olarak santralin habitata etkisi ve toplam havza alanına etkisi, su sıcaklığı, pH, elektrik iletkenliği, çözünmüş oksijen, bulanıklık, debi üzerine etkisi, by-pass edilen kısmın etkisi ve iletim hattının etkisidir. Tüm bu ölçümler akarsu üzerindeki üç temel örnekleme noktası üzerinde de tespit edilmiş bulunmaktadır. 3. aşamada santralin habitata etkisi değerlendirilirken 2. aşamada yer alan parametrelerden elde edilen skorların toplamından yararlanılmaktadır ve şu şekilde hesaplanmaktadır:

Nehir Tipi Hidroelektrik Santralinin bulunduğu derenin uzunluğu ile bu dere üzerindeki santralin mansap noktasına olan uzaklığının bilinmesi durumunda santralin etkilediği alanın yüzde cinsinden büyüklüğü aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

Nehir tipi hidroelektrik santralinin suyu regülatörle aldığı noktadan suyu kuyruk suyu ile geri verdiği nokta arasında kalan alan santralin ekohidroloji bakımdan etkilediği en önemli kısımlardan birisidir. Can suyu kavramının ortaya çıkışına neden olan kısım da


yine burasıdır. Can suyu miktarının dere habitatı özelliklerine dolayısıyla kanal durumuna bakılmaksızın debi üzerinden hesaplanması ve bu hesabın kullanılması durumunda gelen su miktarındaki düşüş nedeniyle sucul fauna açısından bu ara segmentteki bazı habitat özelliklerinin değişimine yol açmaktadır. Bu ara segmentteki habitatın devamlılığı için gereken su miktarından ne kadar uzaklaşıldığı aşağıdaki formül yardımıyla % olarak hesaplanabilmektedir. Islak çevrenin tam hassasiyetle arazide bulunabilmesi için nivo veya teodolit vasıtasıyla kesit örnekleri alınması gerekmektedir. Doğadaki kanal kesitlerinin genellikle belirli şekli veya formu yoktur. Uygulamada bu güçlüğün aşılması ve zaman kazanılması için kanal şeklinin geometrik bir şekil (dikdörtgen, yamuk vb.) kabul edilmesi kolaylık sağlar. Bu yaklaşımda kullanılacak dikdörtgen için, kanal uzunluğunun (L), kanal yüksekliğinin 2 katı (2h) ile toplanması durumunda ıslak çevrenin hesaplanması mümkündür (Şekil 5). h

L Islak çevre = L+ 2h

Şekil 5 Temsili olarak alınan dere enkesiti

Derelerin doğal morfolojik formları dikkate alındığında ara segmentteki ıslak çevre değerinin üst noktadaki ıslak çevre ile alt noktadaki ıslak çevre arasında bir değerde bulunması beklenir. Bu doğal durumdan ne kadar uzaklaşıldığı ise aşağıdaki formül yardımıyla hesaplanabilmektedir.

Nehir tipi hidroelektrik santralinin enerji üretimi amacıyla suyun kapalı kanallarla alınarak santrale iletildiği yapılar genellikle tünel, kutu kanal ya da cebri borudan meydana gelmektedir. Suyun kapalı kanallarla taşınması açık hava ile temasını kesmesi nedeniyle su sıcaklığında ve oksijen miktarında bir takım değişikliklere sebebiyet verir. Bunun dışında doğal sediment aşınımı ve taşınımı gerçekleşmediği için habitat alanlarının oluşamamasına da sebebiyet verebilir. Aşağıdaki formülde olduğu gibi iletim hattı uzunluğunun, santralin bulunduğu derenin uzunluğuna oranının yüzdesi su iletim hattının etkisini belirlemede basit bir yöntem olarak düşünülebilir.

Her üç nokta için de 1. ve 2. aşamada ölçülen parametrelerin dışında 3. aşamada elde edilen etkileşim analizlerinin skorları elde edilmiştir


Bulgular

Arazi ölçüm ve gözlemleri sonucu bazı hidroelektrik santrallerinin tekniğine uygun biçimde yapıldığı ve yer seçimlerinin ekolojik anlamda daha uygun olması sebebiyle bu hidroelektrik santrallerinin hidrolojik ve ekolojik anlamda olumsuz etkilerinin az düzeylerde olduğu görülmüştür. Ancak bazı nehir tipi hidroelektrik santralleri ise ekolojik bir bakış açısıyla tasarlanmaması nedeniyle bu santrallerin yapısal elemanlarının doğal akarsu akışı ile sediment aşınımı ve taşınımı üzerinde olumsuz etkiler yaptığı gözlemlenmiştir. Doğal akarsu enkesitinde enerji üretmek amacıyla kullanacağı suyun ilk giriş noktası olarak kabul edilen ızgaraların enkesit üzerinde geniş tutulması, aynı zamanda bazı santrallerde betonarme su çevirme yapılarının bulunması akarsuyun doğal akış özelliklerinin fazlaca değişmesine sebebiyet verdiği gözlemlenmiştir. Izgaralara suyun yanısıra sediment de beraberinde girmektedir. İşletmeye açık (enerji üretimi yapan) tüm nehir tipi hidroelektrik santrallerinde bu santrallerin ızgaralarından su girişiyle beraber akarsu yatağındaki doğal su ve sediment akışının değiştiği gözlemlenmiştir. Doğal akış özellikleriyle akarsu boyunca doğal biçimde su hızına göre dağılım yapması gereken sedimentin ızgaralarla birlikte alınarak yükleme havuzlarında depolanması sonucu ızgaralardan daha aşağıdaki akarsu kısımlarında sucul faunanın beslendiği, barındığı ortamların yani habitat ortamlarının oluşmamasına neden olduğu gerek arazi ölçümleri ile gerekse gözlemler aracılığıyla tespit edilmiştir (Fotoğraf 1). Balıkların besin durumunda olan makroomurgasız canlı türlerinin yaşam alanları öncelikle doğal akış özelliklerinin dikte ettiği sediment alanları oluşturmaktadır. Bırakılan can suyu miktarı akarsu yataklarındaki doğal sediment dağılım düzenini oluşturmak için yeterli düzeyde olmadığı görülmüştür. Bu araştırmada nehir tipi hidroelektrik santrallerinin bulunduğu akarsularda santralin su aldığı ızgaralardan daha aşağıdaki akarsu bölümlerinde bırakılan can suyunun sığlık ve gölcük gibi doğal habitat alanlarının oluşmada yeterli olmadığı gözlemlenmiştir.

Fotoğraf 1 Akarsu yatağında olması gereken ancak bir nehir tipi hidroelektrik

santralinin yükleme havusunda biriken sediment miktarını gösteren bir görüntü Havzalar arası su transferi havzayı ekolojik ve hidrolojik yönden olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Suyun alındığı havzada ekolojik ve hidrolojik koşulların kötüleştiği bu araştırmada dere etüdleri sonuçları ile desteklenmiştir. Özellikle suyun alındığı havzadaki akış özellikleri suyun transfer edildiği derenin anadere olması ölçüsünde değişimlerin arttığı gözlemlenmiştir.


Aynı akarsu üzerine enerji üretmek üzere aldığı suyu geri veren nehir tipi hidroelektrik santrallerinde su iletim hattının uzunluğu ölçüsünde akarsuyun by-pass edilen ara segmentinin (doğal akış özelliklerinin kaybolduğu) uzunluğu da artmaktadır. Su ızgaralardan alındıktan sonra yüksek bir düşü noktasından suyun düşürülerek enerji üretiminin sağlanması için topografyadaki özelliklerden yararlanılmaktadır. Bu nedenle cebri borulara su iletimini yapmak için akarsu eğimine göre çok daha az bir eğimle yamaçlardan belirli uzunlukta bir güzergah seyreden iletim hattı ne kadar uzun yapılırsa o kadar fazla düşü yapacağı açıktır (Fotoğraf 2a). Bu nedenle hidroelektrik santrallerin iletim hattı uzunlukları düşü noktasını yüksek tutmak için fazlaca bırakıldığı gözlemlenmiştir. Bu durumun akarsu üzerinde doğal akış rejimini değiştirdiği ve sadece can suyu ile akış özelliklerini sürdürebilecek akarsu kısımlarının uzunluklarının artmasına sebep olduğu belirlenmiştir.

(a) (b)

Fotoğraf 2 Doğu Karadeniz Bölgesinde Bir Nehir Tipi Hidroelektrik Santralinin Su İletim Hattının (İletim Tüneli) ve Diğer Santral Yapılarının Uydu Görüntüsü Üzerindeki

Konumları

Cebri boru ya da tüneli santral binası içerinde bulunan tribünleri döndürerek enerji üretimini sağlamak amacıyla yapılmakta olup bu borunun ne kadar yüksek bir noktadan düşü yapılması sağlanırsa o kadar fazla miktarda enerji üreteceği potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümü yasasıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle bu boruların konumları itibariyle topografik olarak dik yamaçlarda ve özellikle belirli bir orman ya da başka tiplerdeki vejetasyon örtüsüyle kaplı alanlarda inşa edilmektedir. Bu durum inşa sırasında buradaki vejetasyon örtüsünün boru hattı boyunca kaldırılmasına neden olmaktadır. Özellikle bir ekskavatör genişliğinde sağlı ve sollu biçimde açılması gereken vejetasyon açıklıklarının daha fazla miktarda tutulması buralarda meydana gelebilecek toprak erozyonu riskini de artırmaktadır (Fotoğraf 2b). Nehir tipi hidroelektrik santrallerinde kullanılan su ızgaralarla başlayan süzülme aşamasını, yükleme havuzunda ve tribünlere ulaşmadan önce yeralan filtrelerle sürdürüldüğü görülmektedir. Bunun sonucunda enerji üretimi gerçekleştikten sonra doğal akış özelliklerine göre daha berrak olan su akarsu yatağına bırakılmaktadır (Fotoğraf 3). Kuyruk suyu olarak tanımlanan bu suyun aslında ekolojik anlamda doğal özelliklerini koruyarak akarsuya bırakılması gerekmektedir. Çünkü sedimentin dışında flora ve faunanın besin maddelerinin de bu süzülme ve filtreleme aşamalarında yitirildiği bilinmektedir. Ancak tribün sistemleri ve diğer elektronik ve mekanik aksamın zarar görmemesi için suyun bu süzülme ve filtreleme işlemlerinden geçmesi gerekmektedir. Yükleme havuzlarında biriken ve tribünlerden geçerek işlem gören


suyun sıcaklığının da yükseldiği arazideki ölçümlerimizle tespit edilmiştir. Arazide yaptığımız ölçümlerde kuyruk suyunun (santralden bırakılan suyun) doğal akarsuya göre 0.8 0C ile 2 0C arasında daha sıcak olduğu tespit edilmiştir. Bu sıcaklığın yükselmesi bu sudaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunun azalmasına sebep olmaktadır. Yüksek çözünmüş oksijen konsantrasyonuna ihtiyaç duyan Ephemeroptera, Plecoptera ve Trichoptera sınıflarına ait bazı makroomurgasız canlı türlerinin santrallerin kuyruk suyunun bırakılmasından sonra artan su sıcaklığı nedeniyle populasyonlarının düştüğü tespit edilmiştir.

Fotoğraf 3 Resimde sol tarafta belirli bir beton menfezden akan berrak kuyruk suyu ile

sağ tarafta sediment içeren bulanıklığı yüksek doğal bir akarsuyun görünümü Gözlemsel değerlendirmenin dışında ölçüm ve hesaplama ile bulunan bulguların da değerlendirilmesi santrallerin neden olduğu ekohidrolojik etkilerin belirlenmesinde etkili olmaktadır. Nehir tipi hidroelektrik santrallerinin etkilerinin belirlenmesi amacıyla ölçülen ve analizi yapılan ekohidrolojik etütler ile coğrafi bilgi sistemi yoluyla elde edilen bulgular birlikte değerlendirilerek bunların sayısal hale getirilmesi işlemi etkileşim analizleri aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Her bir santralin bulunduğu akarsudaki üç örnekleme noktasında yapılan ölçüm sonuçları, yöntem kısmında verilen eşitlikler kullanılarak her bir santrale ait etki değerleri elde edilmiştir. Ayrıca bu etki değerleri ile santrale ait bazı özellikler de dikkate alınarak istatistiksel bakımdan ilişkiye getirilmek istenmiştir. Yapılan ölçüm ve hesaplama bulgularının istatistiksel bakımdan analizleri Temel Bileşenler Analizi ile gerçekleştirilmiştir. Bu analizde özellikle santralin habitat etkisi ile istatistiksel bakımdan yüksek derecede ilişkili olan parametre bulunmaya çalışılmıştır (Şekil 6).


Şekil 6 Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin etkilerinin istatistiksel bakımdan

değerlendirildiği Temel Bileşenler Analizine ait bir polar diyagram Yapılan Temel Bileşenler Analizinde elde edilen polar diyagramın F2 ekseninde santralin habitata etkisine en yakın biçimde konumlanan parametrenin HES’in toplam alana etkisi (%) olduğu görülebilmektedir. Dolayısıyla HES’in habitat etkisi üzerinde en çok santralin havza üzerindeki konumunun etkili olduğu belirlenmiştir. Çünkü santralin havza üzerindeki konumu özellikle doğal havzalarda (insan etkisi görülmeyen ya da çok az görülen) doğal durumdan uzaklaşmanın başlangıç noktasını oluşturmaktadır. Bu noktadan itibaren havzadaki akarsu özellikleri (fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler) değişeceği için havzada hidrolojik anlamda etkilenen alan yüzdesi de değişkenlik gösterecektir.

Tartışma Nehir tipi hidroelektrik santralin üzerine kurulduğu havzalardaki dere frekansı ve çatallanma oranın yüksek olması koşulunda olumsuz ekohidrolojik etkilerin bir ölçüde azaldığı veya havzanın hidrolojik tolerans kapasitesinin arttığı düşünülebilmektedir. Şöyle ki havzalardaki dere yan kollarının sayıca fazla olması santralin neden olduğu olumsuz ekohidrolojik etkilerin giderilmesine yardımcı olabilmektedir. Santralin suyu aldığı kısım ile verdiği kısım arasındaki ara segmentin bir veya birden fazla yan kol ile beslenip beslenmemesi de üzerinde durulması gereken başka bir önemli husustur. Tarafımızdan yapılan araştırmalarda bu ara segmentin (ne kadar kısa tutulursa o kadar iyi olmaktadır) herhangi bir yan kol ile beslendiği durumlarda ekohidrolojik etkilerin tolere edilebilir olduğu gözlenmiştir. Araştırmada elde edilen somut bulgulara dayanılarak havzanın ekolojik ve hidrolojik anlamda en az şekilde etkilenebilmesi için hidroelektrik santrallerinin havzanın çıkış noktasına (mansabına) yakın uzaklıklarda inşa edilmesi gerektiği görülmektedir. Çünkü akarsuyun hangi noktasında inşa edilirse edilsin bu santralin kurulduğu noktanın aşağısındaki akarsuyun ekolojik ve hidrolojik özellikleri eskisi gibi olamayacağı sediment ve akış özelliklerindeki değişimler nedeniyle görülebilmektedir. Teşekkür Bu çalışmaya verdikleri destekten dolayı İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine (Proje no: 8370) teşekkür ederiz.


Kaynaklar

Allan, J. D. (2004) Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Annual review of ecology, evolution, and systematics, Vol.1 pp.257-284.

Allan, J.D. and Castillo, M.M. (2007) Stream ecology: structure and function of running waters. 2nd edition. Chapman and Hall, New York, N.Y. ISBN: 978-1- 40205582-9.

Jowett, I.G. (1997) Instream flow methods: a comparison of approaches. Regulated River: Research and Management. Vol. 13, pp. 115-127.

Kibler, K. M. and Tullos, D. D. (2013) Cumulative biophysical impact of small and large hydropower development in Nu River, China. Water Resources Research, Vol. 49, No. 6, pp. 3104-3118.

Maiolini, B., Silveri, L., Lencioni, V. (2007) Hydroelectric power generation and disruption of the natural stream flow: effects on the zoobenthic community, Studi Trent. Sci. Nat., Acta Biol., Vol. 83, pp. 21-26.

Poff, L.N., Allan, D., Bain, M.B., Karr, J.R., Prestaggard, K.L., Richter, B.D., Sparks, R.E., Stromberg, J.C. (1997) The natural flow regime: a paradigm for river conservation and restoration. BioScience, Vol. 47, pp. 769-784.

Qin, C. Y., Zhou, J., Cao, Y., Zhang, Y., Hughes, R. M. and Wang, B. X. (2014) Quantitative tolerance values for common stream benthic macroinvertebrates in the Yangtze River Delta, Eastern China. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 186, No. 9, pp. 5883-5895.

Sponseller, R. A., Benfield, E. F., & Valett, H. M. (2001) Relationships between land use, spatial scale and stream macroinvertebrate communities. Freshwater Biology, Vol. 46, No. 10, pp. 1409-1424.

Warner, R. F. (2012) Environmental impacts of hydroelectric power and other anthropogenic developments on the hydromorphology and ecology of the Durance channel and the Etang de Berre, southeast France. Journal of Environmental Management, Vol. 104, pp. 35-50.

Yotinov, I., Lincheva, S., Kenderov, L., Schneider, I., & Topalova, Y. (2013). Evaluation of the Self-Purification in the Waters of the Micro-Dams in the Small Hydroelectric Power Plants (HEPPs) Lakatnik and Svrazhen: Potential of the Bioalgorithms. Bulgarian Journal of Agricultural Science, Vol. 19, No. 2, pp. 135-138.

Yurtseven, İ., 2011, Nehir Tipi Hidroelektrik Santrallerinin Havzalar Üzerindeki Ekohidrolojik Etkileri. Istanbul University Journal of the Faculty of Forestry, Vol. 61, No. 1, pp. 55-62.


Seyhan Havzasında Yer Alan Enerji Amaçlı Su Yapılarında Balık Geçidi Durumları

Burak NAHARCI, Ekrem AKSOY DSİ 6. Bölge Müdürlüğü Havza Yönetimi, İzleme ve Tahsisler Şube Müdürlüğü

Seyhan / ADANA, 0322 459 05 90 (136), [email protected] DSİ 6. Bölge Müdürlüğü Hidroelektrik Enerji Şube Müdürlüğü Seyhan / ADANA,

0322 459 05 90 (311), [email protected]

Mustafa ALKAYA DSİ 6. Bölge Müdürlüğü Hidroelektrik Enerji Şube Müdürlüğü Seyhan / ADANA,

0322 459 05 90 (143), [email protected]

Öz Akarsular, farklı ekolojik bölgeleri doğal yolla birbirine bağlamakta ve bu yönüyle de ekolojik olarak önem arz etmektedir. Akarsular üzerinde su ve toprak kaynaklarının geliştirilmesi maksadıyla inşa edilen baraj, gölet ve regülatör gibi su yapıları, akarsuların doğal akış düzeni ile sucul organizmaların beslenme ve üreme habitatlarını etkilemektedir. Bilindiği üzere balık geçitleri, su canlılarının göç yolları üzerindeki baraj, gölet, tersip bendi ve regülatör gibi engelleri aşarak memba veya mansap göçlerini kolaylaştıran yapılardır. Bu bağlamda, su yapılarının ekosistem üzerine etkilerini asgari düzeye indirme adına balık geçidi gibi yardımcı yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. 03.03.2001 tarihli Resmi Gazete’de yayımlanan 4628 Sayılı Elektrik Piyasası Kanunu’nun yürürlüğe girmesiyle hidroelektrik potansiyelin değerlendirilmesine yönelik büyük bir gelişme kaydedilmiş olup özel sektör tarafından çok sayıda HES projesi inşa edilmiştir. Bununla birlikte ekolojik dengenin önemli unsurlarından biri olan akarsular üzerinde, süreksizlikler yaratılmaması adına balık geçitlerinin inşa edilmesi hususu, ayrı bir önem kazanmıştır. Yapılan bu çalışmada Seyhan Havzasında yer alan hidroelektrik enerji projelerindeki balık geçitlerinin durumu, yürürlükteki mevzuatlar çerçevesinde yapılabilirliklerinin ekonomik ve teknik boyutu ile havzada yaşayan balık türleri açısından önemi ele alınmıştır. Anahtar sözcükler: Baraj, regülatör, balık geçidi, Hidroelektrik enerji


Giriş Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektrik üretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır (Berkün ve diğ, 2008). Öz kaynak olarak kullanabileceği; sınırlı bir petrol rezervi ve geniş ama kalite olarak düşük kömür rezervleri olan Türkiye önemli bir hidrolojik potansiyele sahip olup Avrupa'da Norveç'ten sonra en fazla yıllık hidroelektrik enerji üretim potansiyeline sahip ikinci ülke sıfatını taşımaktadır. Bu potansiyel, Avrupa ülkelerinin toplam hidroelektrik potansiyelinin %16.5'i mertebesindedir (Berkün ve diğ, 2008). Hidroelektrik Santrallerin ilk kurulum maliyetleri ile ilgili yapılmış çalışmalara göre, baraj tipine göre değişmekle birlikte kW başına düşen ilk kuruluş maliyetinin 750 – 1200 $/kW olduğu, işletme maliyetinin ise 0,0005 $/kWh olduğu belirlenmiştir (Altun, 2000). Hidroelektrik santraller suyun enerjisinin kullanımı prensibi üzerine inşa edildiği için su santral için en önemli bileşen olup içerisinde bulunduğu ekosistem için hayati öneme sahiptir. Canlı ve cansız varlıkların yaşam devamlılığı; habitatların kalite ile yapısı, akarsuyun jeoloji, iklim, topografya, hız, debi, sıcaklık, oksijen miktarı, içerisinde katıların taşınması ve dağılımı, balık vücut biçimi ve davranış uyumu ile göçler gibi etkenlere bağlı olup bu etkenler ile bir bütün olarak değerlendirilmeli ve nehir yaşamının devamlılığı için nehir sürekliliğinin sağlanması gerekmektedir (Kasalak ve diğ, 2011).

Ancak nehir sürekliliği, ülkemizde ve dünyada artan nüfus artışına paralel olarak nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak, toprak ve su kaynaklarından yarar sağlanması ile geliştirilmesi amacıyla inşa edilen baraj, hidroelektrik santrali, regülatör gibi su yapıları nedeniyle suyun doğal akış yapısının bozulması yüzünden sağlanamamaktadır. Buna bağlı olarak da mevcut olan balık türlerinin popülasyonu azalmakta, hatta bazı türlerin soyları tükenmektedir (Kasalak ve diğ, 2011).

1380 Sayılı Su Ürünleri Kanunu 22. Maddesinde “Tarım Orman ve Köyişleri Bakanlığının müsaadesi alınmadan akarsularda su ürünlerinin geçmesine veya yetişmesine engel olacak şekilde ağlar kurulması, bent, çit ve benzeri engeller yapılması yasaktır. Akarsular üzerinde kurulmuş ve kurulacak olan baraj ve regülatör gibi tesislerde su ürünlerinin geçmesine mahsus balık geçidi veya asansörlerin yapılması ve bunların devamlı olarak işler durumda bulundurulması mecburidir” denilmektedir. Ayrıca 1380 Sayılı Kanunun uygulanmasına ilişkin çıkarılan Su Ürünleri Yönetmeliği’nde “Baraj gölü, gölet, set gibi tesisler yapılırken balık geçitleri, asansörleri ve balık perdeleri yapılması zorunludur” denilmektedir.

Bir nehir sisteminin sürekliliğinin ekolojik bakımından hayati öneme haiz olması sebebiyle, balık yaşamını etkileyen tüm engeller tespit edilmeli mümkünse kaldırılmalı ya da aşılabilir hale getirilerek olumsuz şartlar düzeltilmelidir. Engellerin kaldırılamaması ya da olumsuz şartların düzeltilememesi durumunda, Su Ürünleri Kanunu ve Su Ürünleri Yönetmeliği’nde de belirtildiği üzere, ekosisteme verilen zararın asgarî düzeye indirilmesi amacıyla, balık geçitlerinin yapılması zorunluluk haline gelmektedir. Balık geçitlerinin yapılması ile göçmen balıkların üreme ve beslenme amacıyla uygun habitat alanlarına ulaşımını kesintiye uğratan olumsuz etkiler azaltılmakta ve nehir sürekliliği sağlanmaktadır (Kasalak ve diğ, 2011). Bu tür yapılar, su canlılarının nehrin kaynağına doğru yolculuğunda önüne çıkan engelleri aşmasını mümkün kılan tek yoldur.


Akdeniz kıyılarına Mart ve Nisan aylarında geldikleri tespit edilen yılan balıklarının, Akdeniz kıyılarımızın belli başlı akarsuları olan Seyhan, Ceyhan, Asi, Göksu, Aksu, Manavgat, Dim çayı ırmakları ile Yumurtalık ve Karataş dalyanlarında da yoğun olarak bulunduğu tespit edilmiştir. Nehir yatakları üzerine yapılan su yapıları ile göç yollarının kapanması sebebiyle de sulama sahalarında yer alan drenaj kanallarının yeni beslenme alanlarını oluşturduğu gözlenmiştir (Öztürk ve diğ, 2009). Girdiği ortamlarda, yerel balıklarla beslenme ve üreme rekabetine girerek onların popülasyon yoğunluğunu olumsuz etkileyen gümüşi sazan, bu özelliğinden dolayı en istilacı yabancı balık türü olarak kabul edilmektedir(Ekmekçi ve diğ, 2013). Durgun ve yavaş akışlı sularda kolaylıkla dominant hale geçerek ekosistemdeki besleyici madde akışını değiştirebilmektedir. Bu tür, Seyhan Havzası’nda ilk defa 2012 yılında rapor edilmiştir (Alagöz Ergüden ve diğ, 2014). Seyhan Havzasında, Seyhan Baraj Gölü ve alt havzasında hızla yayılış gösteren sivrisinek balığı (Gambusiasp), çakıl balığı (Pseudorasboraparva), gümüş balığı (Atherinaboyeri), gümüşi sazan (Ekmekçi ve diğ, 2013) ve Carassiusgibelio (Özuluğ ve diğ, 2013) gibi birçok istilacı tür; bazı ortak ekolojik ve biyolojik özelliklere sahiptirler. Avlanma, rekabet ve agresif davranışlarıyla sucul ekosistemlerde birçok omurgasızın, balıkların ve amfibilerin sayılarında azalmaya sebep olduğu, hatta bazı türlerin varlığını tehdit ettiği ya da yok olmasına neden olduğu bilinmektedir. Besin ve habitat tercihlerinin geniş olması sayesinde yeni ortamlara uyum sağlamakta sahip olduğu üreme özelliklerinin avantajı ile hızla çoğalarak baskın tür haline gelebilmektedir (Ekmekçi ve diğ, 2013). Yerel balıkçılarla yapılan görüşmeler sonucunda istilacı balık türlerinin Seyhan Nehri alt havzasında üst havzaya oranla daha yüksek sayıda olduğu belirlenmiştir (Alagöz Ergüden ve diğ, 2014).

Bulgular

Seyhan Havzasında Adana İli sınırları içerisinde işletme aşamasında 22 adet, inşaat aşamasında 6 adet HES projesi ve Kayseri İli sınırları içerisinde ise işletme aşamasında 5 adet, inşaat aşamasında ise 1 adet HES projesi bulunmaktadır. Söz konusu projelerin Seyhan Havzasındaki yerleri Şekil 1’de ve bu su yapılarında balık geçitlerinin bulunup bulunmadığı hususu Tablo 1’de verilmiş olup projeler mansaptan membaya doğru incelendiğinde şu dikkat çekici hususlar tespit edilmiştir: Seyhan 2 Regülatörü ve HES Projesi, enerji üretim amacıyla 1995 yılında inşa edilmiş olup Seyhan Nehri ana kolunun denize en yakın regülatörü konumundadır. Regülatörde balık geçidi bulunmamaktadır. Bu sebeple de, mansap – memba göçlerinde ilk ve geçilemez bir engel teşkil etmektedir. Seyhan 2 Regülatörü membasında ise, doğrudan enerji amacı ihtiva etmemesine ve Seyhan Nehri üzerinde yapılan ilk regülatör olmasına karşın balık geçidi marifetiyle mansap – memba sürekliliğini bozmamasından dolayı çalışma kapsamında üzerine dikkat çekilmek üzere yer alan sulama amaçlı Seyhan Regülatörü bulunmaktadır. Şekil 2’de verilen Aşağı Seyhan Ovası (ASO) sağ sahil sulaması genel yerleşim planında görülmekte olan TS0 ana sulama kanalının su temini Seyhan Regülatöründen sağlanmaktadır. TS0 ana kanalı ve kanala bağlı drenaj kanalları vasıtasıyla sulama sezonuna denk gelen periyotta, anadrom ve katadrom türlerin memba – mansap, mansap – memba göçlerini gerçekleştirebileceği ve Seyhan 2 Regülatörü ile süreksizliğe


uğrayan sistemin, geçiş hattı olarak TS0 ana sulama kanalını ve bağlı drenaj kanallarını kullanmaya yönlendiği düşünülmektedir. Akdeniz kıyılarına gelen yılan balıklarının, denizden drenaj kanallarına geçtiği ve sulama sezonunda da TS0 ana kanalı ve yedek kanallara su verilmesiyle Seyhan Regülatörü gölüne kadar geçiş yaptığı mütalaa edilmektedir. Seyhan Regülatörü gölünde var olan yılan balığı popülasyonunun bahse konu görüşü destekler nitelikte oluşuna rağmen göç güzergâhı konusunda izleme çalışmasının yapılması gerekmektedir.

Tablo1HES Projelerindeki Balık Geçidi Durumu(DSİ, 2015).

İl İşletme Aşamasında Olan İnşaat Aşamasında Olan Adı Balık Geçidi Adı Balık Geçidi

Adana

ÇakıtRegülatörü VAR Göktaş I Barajı VAR YedigözeBarajı YOK Göktaş II Regülatörü VAR Mentaş Regülatörü YOK Yamanlı II Regülatörü VAR Kıy Regülatörü VAR Doğançay Regülatörü VAR MengeBarajı YOK Ahmetli Regülatörü VAR Kuşaklı Regülatörü VAR Kılıçlı 2 Regülatörü VAR Köprü Barajı YOK Eğlence 1 Regülatörü VAR Eğlence 2 Regülatörü VAR Gökkaya Barajı YOK Himmetli Regülatörü VAR Feke 1 Regülatörü VAR Karakuz Barajı YOK Kavşak Bendi Barajı YOK Çatalan Barajı YOK Sarıtepe Regülatörü VAR Toros Regülatörü VAR Seyhan Barajı YOK Seyhan Regülatörü VAR Seyhan 2 Regülatörü YOK Çoraklı Regülatörü VAR Feke 2 Barajı YOK

Kayseri

Çamlıca I Regülatörü YOK STS-1 Regülatörü VAR Çamlıca II Regülatörü VAR Çamlıca III Barajı VAR Zamantı Bahçelik Barajı YOK Kazancık Regülatörü YOK

Seyhan Regülatörü membasında yer alan; enerji üretimi, sulama ve taşkın koruma amacıyla 1956 yılında işletmeye açılan 53,20 m yüksekliğindeki Seyhan Barajında herhangi bir balık geçidi yapısı mevcut değildir. Ancak; TS0 ana kanalı – Seyhan Regülatörü gölü arasındaki ekosistem sürekliliği ve taşınabilirliğe dair ilişkinin Seyhan Barajı ve TS1 ana kanalı arasında da mevcut olduğu düşünülmektedir. Seyhan Regülatörü gölüne denizden göçlerin Seyhan Nehri üzerinden, Seyhan Baraj gölüne ise Berdan Nehri üzerinden gerçekleşebileceği, 1971 yılında işletmeye açılan TS1 ana kanalının da yer aldığı Şekil 2’de verilen genel yerleşim planında da görülmektedir. Seyhan Barajı rezervuar kotu 61,00 m üzerinde iken cazibe ile çalışan TS1 ana sulama kanalının yedek kanallar ve bağlı drenaj kanalları vasıtasıyla deniz ile Seyhan Baraj gölü arasında bir bağlantı sağladığı düşünülmektedir. Yılan balığı gibi katadrom türlerin Seyhan Baraj gölünde az da olsa görülmesini dikkate aldığımızda, söz konusu güzergâhta göçün olup olmadığı hususu, izleme çalışması yapmaya değer niteliktedir.


Şekil 1 Seyhan Havzasında Yer Alan HES Projeleri.

Şekil 2 ASO Sağ Sahil Sulama Alanı (DSİ, 2015).

Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte açık sulama kanalları rehabilite edilerek, kapalı ve basınçlı sistemlere geçiş yapılmaktadır. Söz konusu rehabilitasyon çalışmaları her ne kadar üreten, ileten, dağıtan ve kullanan Kurum, kuruluş ve vatandaşlara avantajlar sağlasa da, doğal bir balık geçidi işlevi gördüğü düşünülen ve rezervuarlar ile denizi birbirine bağlayan TS0 ve TS1 gibi ana kanalların açık çalışmasının göç eden balık türleri (anadrom, katadrom ve potamodrom) açısından önemi gözden uzak tutulmamalı ve üzerinde bilimsel araştırmalar yapılması gerekmektedir. Seyhan Barajı membasında yer alan; enerji üretimi, sulama, taşkın koruma ile içme ve kullanma suyu amacıyla 1997 yılında işletmeye açılan 70,00 m yüksekliğindeki Çatalan Barajında da herhangi bir balık geçidi yapısı mevcut değildir. Çatalan Barajının Seyhan Barajında olduğu gibi sulama kanalları vasıtasıyla denize veya Seyhan Nehrine bir


bağlantısı bulunmadığı için, ekosistem çeşitliliği ve taşınabilirlik kriter olarak alınırsa Çatalan Barajı tam anlamıyla Seyhan Havzasını ikiye bölmekte ve göç eden türlerin mansaptan membaya geçmelerine izin vermemektedir. Havzada yer alan enerji amaçlı barajların yükseklikleri yaklaşık olarak 30 m ile 120 m arasında değişmekle birlikte, işletme aşamasındaki barajların hiçbirinde balık geçidi bulunmamaktadır. Regülatör yapılarının çoğunda ise balık geçitleri bulunmakta olup balık geçidi giriş yapısının nehir tabanı ile bağlantısının tam olarak yapılmadığı ve bu sebeple de balık geçidinin işlevini tam olarak yerine getiremediği tespit edilmiştir. Seyhan Havzasında nehir tipi hidroelektrik santrallerde her ne kadar balık geçidi bulunsa da, regülatör ve hes tesisi arasında kalan nehir yatağına bırakılan su miktarın düşmesinden dolayı, nehir yataklarındaki doğal yapı gereği, balıkların aşamayacağı engeller ortaya çıkmıştır. Dünyada bu sorun doğal dere yatağı malzemesi olan kaya parçaları kullanılarak çözülmüştür. Avustralya’nın Brewarrina şehrinde yer alan ve en büyük nehir sistemlerinden biri olan Barwon Nehri (NSW, 2013) ve Amerika Birleşik Devletleri New Hampshire’da yer alan Acushnet Nehri Sawmill yatak düzenlemesi örnek olarak verilebilir (Sheppard ve diğ, 2014). Seyhan Havzasında ise Seyhan Barajına mansaplanan ve Çakıt Çayı üzerinde işletilmekte olan Çakıt Regülatörü ve HES Projesi örnek olarak verilebilir. Regülatörde balık geçidi bulunmakta olup regülatör ile santral binası arasında kalan dere yatağında, su seviyesinin azalması sonrası dere yatağında balıkların aşamayacağı engeller ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Yatırımcı kuruluş Statkraft ile Sweco firmalarının yaptığı çevresel çalışmalar sonucu, doğal dere malzemesi kullanarak mansap düzenlemesi yapıldığı ve balıkların memba – mansap göçünün olanaklı hale getirildiği tespit edilmiştir. Söz konusu çalışmalar ile ilgili çizimler aşağıda Şekil 3’de verilmiştir.

Isparta İli’nde gerçekleştirilen HES'ler ve Balık Geçitleri Çalıştayı’nda, akarsular üzerinde balık geçişini sağlamak amacıyla dere talveg kotundan itibaren gövde yüksekliği 15 m altındaki su yapılarında balık geçidi yapılması, bunun üzerindeki yapılarda ise balıkların taşınması ya da proje alanında gerek görülen balık faunası ile balıklandırma çalışmalarının yapılması gerektiği belirtilmiştir (Çalıştay Sonuç Raporu, 2014). Oysaki yüksek barajlara uygulanan balık geçitleri ile ilgili havuzlu tip ve asansör gibi benzer çok sayıda örnek bulunmaktadır.

Şekil 3 Çakıt Çayı’nda Yapılan Mansap Dere Yatağı

Düzenleme Çalışmaları (Statkraft, 2010). Avustralya’da yer alan Tallowa Barajı 43 m (www.dpi.nsw.gov.au), Amerika Birleşik Devletlerinde yer alan Conowingo Barajı 32 m (Gomez ve Sullivan, 2011) yüksekliğe sahip olup söz konusu projelerde aktif çalışan balık asansörleri mevcuttur. Conowingo


Barajı balık asansörü sayesinde, yıllara göre değişiklik göstermekle birlikte en az 370.000 en fazla ise 1.800.000 adet balığın taşıma işleminin gerçekleştirildiği tespit edilmiştir (Gomez ve Sullivan, 2011). Seyhan Nehrinin ana kollarından Zamantı Nehri üzerinde inşaatı devam eden Göktaş 1 Barajı 117,50 m yüksekliğe sahip olmasına karşın, söz konusu projede Seyhan Havzasında da bir ilk olacak balık asansörü projesi uygulanacak olup inşaat çalışmaları devam etmektedir. Şekil 4’te de görüleceği üzere dünyada halen çalışan en uzun balık geçidi, Brezilya ve Paraguay ülkeleri arasında Parana Nehri üzerinde kurulan Itapiu Barajında yer almakta olup 196 m yüksekliğe sahiptir. Doğal + havuz tipi olarak yapılan balık geçidi, 9,92 km uzunluğa sahip olup (Çelebi, 2014) 23 Ekim – 19 Kasım 1992 tarihleri arasında yapılan araştırmada ortalama günde 2892 balığın geçidi kullandığı gözlenmiştir (Borghetti ve Nogueira, 1994).

Şekil 4 Itapiu Barajı ve Balık Geçidi (Çelebi, 2014). Balık yakalama – taşıma – serbest bırakma tekniği kapsamında Seyhan Nehri üzerinde yer alan Köprü ve Menge Barajlarında yatırımcı firma olan EnerjiSA ve müşavir firma Selin İnşaat tarafından “Köprü ve Menge Barajlarında Üreme Döneminde Mansaptan Membaya, Membadan Mansaba Balıkların Geçişi İçin Balık Yakalama – Taşıma – Serbest Bırakma Projesi” yürütülmüştür. Söz konusu proje kapsamında; Temmuz – Ekim ayları arasında yürütülen 3 aylık arazi çalışması sonucu, A. Sellal (İnci Balığı, C. damascina (Sarı Balık), G. rufa (Doktor Balığı) ve S. lepidus (Tatlı Su Kefali) başta olmak üzere toplamda 4791 balık yakalanmış, 4584 tanesi taşınmış ve 1456 tanesi çiplenmiştir. Mansap memba göçü sırasında ise yakalanan balıkların bir kısmında çipli balıklara rastlanılmış ve balıkların göç hareketini yaptığı tespit edilmiştir. Yapılacak balık geçitlerinin maliyetleri (beton işleri, kazı işleri, demir işleri ve kapak işleri) incelendiğinde, projelerde yer alan keşif metraj tablolarından alınan ortalama değerlere göre, regülatör üzerinde yapılan balık geçidi yapıları ile ilgili balık geçidi maliyeti, regülatör yüksekliği, tipi ve topoğrafik şartlara göre değişiklik göstermekle birlikte toplam inşaat maliyetinin % 0,20 ila % 0,40’ı kadar olduğu, baraj tipi su yapılarında ise, havuzlu tip balık geçidi yapısının maliyetinin, toplam inşaat maliyetinin % 0,70 ila % 0,90’ı kadar olduğu belirlenmiştir. Örneğin Gökkaya Barajında yatırımcı firma tarafından toplam inşaat maliyeti yaklaşık 69.000.000 TL ve balık geçidi yapısının inşaat maliyeti ise 550.000 TL olarak hesap edilmiştir.


Sonuçlar Seyhan havzasında yaşayan balık türleri için detaylı bir bilimsel araştırma yapılması ve balık türlerinin göç hareketleri tespit edildikten sonra inşa edilmemiş su yapılarında uygun balık geçitleri projelere dâhil edilmelidir. İşletmede olan su yapılarında ise, balık geçitlerinden geçecek balıkların izlemesine yönelik çalışma yapılmalı ve balık geçitlerinin etkinliği takip edilmeli, fonksiyonel olmayan balık geçitlerinde gerekli rehabilitasyonların yapılarak balık geçitlerinin çalışır hale getirilmesi gerekmektedir. Bu itibarla da; balık geçidi projelerinin onaylanması, yerinde uygulanması ve izleme çalışmaları sırasında sıkıntı yaşanmaması için, Kurumlar arasındaki görev ve sorumlulukların yeniden belirlenmesi gerekmektedir. Seyhan Regülatörünün sol sahilinde havuzlu tip olarak inşa edilen balık geçidi, Türkiye’nin ilk balık geçidi projesi olduğu için ayrı bir öneme sahiptir. Mevcut durumda balık geçidinin işlevselliği ile ilgili yapılmış bir çalışma bulunamamıştır. Her ne kadar, Seyhan 2 Regülatörünün işletmeye alınmasıyla sınırlı bir taşınıma hizmet ettiği öngörülse de, TS0 sulama ana kanalı ve kanala bağlı drenaj kanallarının göç güzergahı olup olmadığı konusunda done toplamak adına, Seyhan Regülatörü balık geçidinde, izleme çalışmalarının yapılması şiddetle önerilmektedir. Aşağı Seyhan Ovası (ASO) sulamaları TS0 ve TS1 ana kanalları ile bağlı drenaj kanallarının katadrom ve/veya anadrom türlerin göç güzergâhı olduğunun tespiti halinde sistemin en uzun balık geçidi olarak literatüre geçebileceği düşünülmekte olup söz konusu güzergâhta da izleme çalışmalarının yürütülmesi önerilmektedir. TS0 ve TS1 ana kanalları ile bağlı drenaj kanallarının göç güzergâhı olduğunun tespiti halinde; güzergâhı kullanan sucul sistem dikkate alınarak drenaj kanallarının su kalitesi yönünden rehabilite edilmesinin de gerekebileceği sonucuna varılmıştır. Çatalan Barajı membasında anadrom ve/veya katadrom türlere rastlanamayacağı, Çatalan Barajı membasındaki tesislerde bulunan balık geçitlerinin yalnızca potamodrom türlere ve bölgesel mahiyette hizmet edebileceği sonucuna varılmıştır. Bu itibarla; sucul sistemler açısından Çatalan Barajı, ekolojik bir duvar niteliğindedir. HES projeleri işletmeye alınmadan önce dere yataklarının balık yaşamına ve göçüne uygun hale getirilmesi adına mansap düzenlemelerinin proje dâhilinde yapılması gerekmektedir. Gerekli kanuni düzenlemelerin yapılarak, Çakıt Regülatörü ve HES projesinde de olduğu gibi işletmeye alınan su yapılarında yatırımcı kuruluşlara mansap düzenlemelerinin yaptırılması gerekmektedir. Regülatör ve santral bölgesi arasında yapılması önerilen bu yatak düzenlemesinin sucul sisteme, taşınım açısından müspet katkılarının olduğu görülmüştür. Balıkların balık geçidine girebilmeleri için, balık geçidi giriş yapısının dere yatağı ile batık çalışması gerekmektedir. Kurak ve su miktarının düştüğü dönemlerde balık göçünü mümkün kılmak adına ilgili Kurumlarca balık geçidi girişi ile dere yatağının bağlantısının uygun şekilde yatırımcı firmalara yaptırılması gerekmektedir. Hazırlanan ÇED raporlarının yetersiz kalması sebebiyle, Üniversiteler ve ilgili Kurumlarca yapılacak bilimsel araştırmalar sonucu Havzada yer alan balıkların üreme alanları ile göç zamanları tespit edilerek, bu alanlara koruma statüsü verilmeli ve nehir tipi HES projeleri ile baraj yapımına izin verilmemelidir.


Su yapılarının ÇED Raporu içeriğinde Ekosistem Değerlendirme Raporları olmayan projelerde biyolojik ihtiyaçlar tekrar hesaplanarak, akarsu bir bütün olarak ele alınmalı ve çevresel akış debisi ihtiyaca göre yeniden belirlenmelidir. İstilacı balık türleri bir su havzasına girdiği zaman, kısa bir süre sonra havzada tespit edildiği nokta dışındaki alanlara da hızla dağılabilmektedir. Seyhan Nehri üzerindeki barajlarda balık geçitlerinin bulunmaması her ne kadar yılan balığı gibi göç eden balıkların üst havzaya erişimini engellese de, istilacı balık türlerinin üst havzaya geçişini engellemekte ve yerel balık türlerini korumaktadır. Çatalan Barajında balık geçidi olmaması doğal türlerin göçü için olumsuz bir durum yaratmakla birlikte, Seyhan Baraj gölünde yer alan istilacı türlerin membaya geçişi engellemektedir. 1380 Sayılı Su Ürünleri Kanununun 22. Maddesi ile Su Ürünleri Yönetmeliği’nin yeniden düzenlenerek, istilacı balık türlerinin üst havzalara geçerek yerli balık türlerine zarar vermemesi adına, hangi su yapılarına balık geçidi yapılıp yapılmayacağına, havza hidrolojisi ve balık faunasına bağlı olarak Üniversiteler ve ilgili Kurumların katılımıyla yapılacak araştırmalar sonucunda karar verilmelidir. 15 m’den yüksek barajlara balık geçidi yapılması yerine taşıma yada balıklandırma çalışmaları önerilse de, Itapiu Barajı’nda uygulanan ve Karakuz Barajında inşaat çalışmaları devam eden balık geçidi ile Tallowa ve Conowingo Barajlarında uygulanan ve Göktaş 1 Barajı’nda yapımı devam eden balık asansörü gibi yapıların, topoğrafik şartları ve gövde tipi uyan yüksek su yapılarına uygulanabileceği görülmektedir. Seyhan Nehri üzerinde yer alan Köprü ve Menge Barajlarında balık yakalama – taşıma – serbest bırakma tekniği kapsamında yapılan çalışmaların başarılı olduğu görülmekle birlikte, 1380 Sayılı Su Ürünleri Kanunu’nun 22. Maddesi ile Su Ürünleri Yönetmeliği kapsamında konunun değerlendirilmesi gerekmektedir. Enerji amacı taşımayan baraj, gölet, regülatör vb. yapılar açısından da balık geçitlerinin durumu ve işlevselliği hakkında araştırma yapılması gerektiği düşünülmektedir.

Kaynaklar Alagöz Ergüden, S., Erkol, I.L. ve Ülke, M.S. (2014) İstilacı Gümüşi Sazan, Carassiusgibelio (Bloch, 1782)’nun Seyhan Havzası’ndaki Mevcut Durumu ve Havza Ekosistemine Olası Etkileri, 5. Doğu Anadolu Bölgesi Su Ürünleri Sempozyumu, Elazığ. Altun, H.İ. (2000) Türkiye’de Büyük Hidroelektrik Santrallerin Bugünü ve Yarını, Türkiye 8. Enerji Kongresi, Ankara, s. 239-264. Berkün, M., Aras, E. ve Koça, T. (2008) Barajların ve Hidroelektrik Santrallerin Nehir Ekolojisi Üzerine Oluşturduğu Etkiler, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı:452 . Borghetti, J.R. ve Nogueira, V.S.G. (1994) TheFishLadder at theItapiuBinationalHydroelectricComplex on the Parana River, Brazil, RegulatedRivers: Research& Management, Volume 9, Issue 2, s. 127-130.


Çalıştay Sonuç Raporu (2014) HES'ler ve Balık Geçitleri Çalıştayı, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta. Çelebi, R. (2014) Balık Geçitleri ve Türkiye’de Mevcut Durumu Sunumu, T.C. Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Balıkçılık ve Su Ürünleri Genel Müdürlüğü Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (2013) Balık Geçitlerinin Planlanmasında Balık Faunasının Tespiti ve Balık Geçidi Temel Kriterlerinin Belirlenmesi Projesi Solaklı ve Yanbolu Dereleri Sonuç Raporu, Ankara. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (2014)Seyhan Havzası Master Plan Raporu, DSİ 6. Bölge Müdürlüğü, Adana. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (2015) Adana DSİ 6. Bölge Müdürlüğü ve Kayseri DSİ 12. Bölge Müdürlüğü Takdim Raporları. Ekmekçi, F.G.,Kırankaya, Ş.G., Gençoğlu, L. ve Yoğurtçuoğlu, B. (2013) Türkiye İçsularındaki İstilacı Balıkların Güncel Durumu ve İstilanın Etkilerinin Değerlendirilmesi, Su Ürünleri Dergisi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, s. 105-140. Gomez ve Sullivan Mühendislik (2011) Biological and Engineering Studies of The East and West Fish Lifts RSP 3.9, Normandeau Associates, Inc, USA. Kasalak, A.F., Aksu, S. ve Gürkok, Z. (2011) Balık Geçitleri, DSİ Etüd ve Plan Dairesi Başkanlığı Semineri, Şanlıurfa.

NSW Public Works (2013) Brewarrina Weir Rock Ramp Fishway project, Australian

Institute of Project Management (AIPM) State Award, Australia. Öztürk, S.,Kocakaya, S. ve Özdemir, A. (2009) Avrupa Yılan Balığının (Anguilla anguilla L.) Akdeniz Kıyılarımızda Beslenme Ortamlarının Belirlenmesi ve Yakalanan Küçük Yılan Balıklarının Besiye Alınması, XV. Ulusal Su Ürünleri Sempozyumu, Rize. Özuluğ, M., Saç, G. ve Gaygusuz, Ö. (2013) İstilacı Özellikteki Gambusiaholbrooki, Carassiusgibelio ve Pseudorasboraparva (Teleostei) Türleri İçin Türkiye’den Yeni Yayılım Alanları, Su Ürünleri Dergisi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, s. 1-22. Sheppard, J.J., Block, S., Becker, H.L. ve Quinn, D. (2014) The Acushnet River Restoration Project: Restoring Diadromous Population to a Superfund Site in Southeastern Massachusetts, Massachusetts Division of Marine Fisheries Technical Report TR-56, USA. Statkraft Tanıtım Brorüşü, (2010) Chakit Hydroelectirc Power Plant Final Environmental Works: Reservoir Area end Upper Part of Channel, Adana. http://www.dpi.nsw.gov.au/fisheries/habitat/rehabilitating/fishways


Tarihi Milas Suyolları

Ahmet Alkan

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, Buca 35160 İzmir

tlf: (232) 301 70 10; e-mail: [email protected]

Öz

Tarihi su yapıları açısından açık hava müzesi niteliğine sahip olan Anadolu, bulunduğu coğrafi konum nedeniyle tarih boyunca birçok uygarlığa ev sahipliği yapmıştır. Bu uygarlıklardan birisi de Karya uygarlığıdır. Bu uygarlığa bir dönem başkentlik de yapmış olan Muğla İline bağlı Milas (Mylasa) İlçesi bu açık hava müzesinin güzel bir köşesini oluşturmaktadır. Gerek kendi yerleşimi gerekse yakın çevresindeki diğer antik kentlerle küçük bir alanda bu kadar yoğunlukta tarihi bir yerleşime sahip olan ender Anadolu topraklarından bir parçadır. Bu tarihi ilçemizde bugünkü yerleşimin de aynı yerde üst üste gerçekleşmiş olması dolayısıyla yapılabilen arkeolojik çalışmalar çok sınırlı kalmıştır. Yerleşimin su ihtiyacının karşılanmasında iki su kaynağının derlenerek Milas’a iletildiği görülmektedir. Birisi kentin kuzey-doğusunda 120 m kotunda bulunan bir pınarın suyu derlenerek, 7,4 km uzunluğundaki, 2,3 km’lik kısmını su kemerlerinin oluşturduğu, bir iletim hattıyla kente ulaştıran suyoludur. Bu suyolunun Milas Ovasını geçişinde bulunan iki katlı kemerlerin yüksekliği 10 m, kemer açıklıkları 3,6 m’dir. Diğer su kaynağı, kentin güneyinde bulunan Beçin Kalesindeki pınarların derlenerek Milas’a iletildiği suyoludur. Bu iletim hattına ait geçgi Milas girişine kadar kısmen izlenebilmiştir.

Anahtar sözcükler: Milas, su iletim sistemi, su kemeri, açık kanal, galeri.

1. Giriş

Tarihi su yapıları açısından açık hava müzesi niteliğine sahip olan Anadolu, bulunduğu coğrafi konum nedeniyle tarih boyunca birçok uygarlıklara ev sahipliği yapmıştır (Öziş 1994, 1996, 1998, 2006; Öziş v.d. 2007, 2009, 2012, 2014).

Bu uygarlıklardan birisi de Karya uygarlığıdır. Bu uygarlığa bir dönem başkentlik de yapmış olan Muğla İline bağlı Milas (Mylasa) İlçesi bu açık hava müzesinin güzel bir köşesini oluşturmaktadır. Gerek kendi yerleşimi gerekse yakın çevresindeki diğer antik kentlerle küçük bir alanda bu kadar yoğunlukta tarihi bir yerleşime sahip olan ender Anadolu topraklarından bir parçadır (Rumscheid 1996, 1997; Kızıl 2002; Tanrıöver v.d. 2006; Tanrıöver 2002; Demir/Güngör 2013; Alkan 2014).


Bu tarihi ilçemizde bugünkü yerleşimin de aynı yerde üst üste gerçekleşmiş olması dolayısıyla yapılabilen arkeolojik çalışmalar çok sınırlı kalmıştır. Kentin su ihtiyacının bir kısmının, kuzey-doğudaki pınardan temin edilmekte olup, M.S. 2. yüzyıla tarihlenmektedir. Milas Ovasının geçişinde inşa edilmiş olan su kemerlerinin uzunluğu, ova başlangıcından önceki Karaganlı Tepeden ova sonundaki Toptaşı Tepeleri arasındaki kesim, 2,5 km’dir (Rumscheid 1996, 1997; Kızıl 2002). Kuzey-doğu su iletim sisteminin Şeyhköy Türbesi ile Milas arasındaki kesimi Prof. Dr. N.Orhan Baykan danışmanlığındaki bir Yüksek Lisans tezine (Tanrıöver 2002) ve Yrd. Doç. Dr. Ahmet Alkan danışmanlığındaki bitirme pojesine (Demir/Güngör 2013) konu olmuştur. Su ihtiyacının karşılanmasında diğer bir kaynak olarak, Milas’ın güneydeki Beçin Kalesi’ndeki pınarların suyu derlenerek Milas’a getirildiği belirtilmektedir (Akarca ve Akarca 1954; Akarca 1971; Rumscheid 1996, 1998).

2. Kuzey-Doğu Suyolu Kentin kuzey-doğusunda, 120 m kotunda bulunan bir pınarın suyu; genişliği 2,0 m, yüksekliği 1,5 m ve uzunluğu 2,5 m olan bir yapıyla derlenmiştir (Foto 1). Derlenen bu pınar suyu; toplam uzunluğu 7,4 km olan bir iletim hattıyla kente getirilmiştir (Şekil 1). Bu su iletim hattını dört bölüme ayırarak incelemek mümkündür: İlk bölüm pınar ile Akgedik Barajı arasında kalan kesim; ikinci bölüm Akgedik Barajı ile Balçık Deresi arasındaki kesim; üçüncü bölüm Milas Ovası geçişi; dördüncü bölüm şehrin içindeki kesim.

Foto 1: Pınar derleme yapısı.


Dağıtım N.

Yusufça

AkgedikBarajı

ŞeyhköyTürbesi

Pnr

Kmr1Kmr3

Kmr4

Kmr5Kmr6

Kmr2

Milas Ovası

Kemerler

SarıçayBaltalıkapı

0 500 1000 m

NMilas çevre yolu

Şekil 1: Kuzey-Doğu kaynağı ve suyolu geçgisi.

İlk bölümde pınardan su bir açık kanala alınmış olup (Foto 2), daha sonraki sarp yamaçlık kesimin geçişinde basit atnalı kesitli taş galeriyle geçilmiştir. Galerinin genişliği 0,45 m, yüksekliği 0,85 m olup tabanı pişmiş toprak levhalarla kaplanmıştır ( Foto 3). Bu kesimde rüsubat boşaltım çıkışı veya yüzey suyu tahliyesi olabilecek yapılar da yer almaktadır. Bu bölümde yan dere geçişlerinde altı su kemeri bulunmaktadır (Alkan 2014). Pınardan Akgedik Barajına doğru ilk su kemeri 1,0 km, ikinci 1,3 km, üçüncü 1,6 km, dördüncü 1,9 km, beşinci 2,6 km, altıncı 2,8 km sonra yer almaktadır. Birinci ve altıncı su kemerlerinin kalıntısı mevcut değildir. Su kemerlerinin esas malzemesi taştır. Galeri kesiminin boyuna eğimi %o 5 mertebesindedir. Manning pürüzlülük katsayısı n=0,03 için galerinin %85 dolulukla iletebileceği debi 170 l/s mertebesinde olmaktadır. Akgedik Barajı ile Balçık Deresi arasındaki bölümde zirai faaliyetler dolayısıyla belirgin bir kalıntı bulunmamaktadır. Şeyhköy Türbesi tarafından 21 cm çapında pişmiş toprak boru ile katılan mecranın bir katma olabileceği değerlendirilmektedir. Balçık Deresinden sonraki Karaganlı Tepe muhtemelen tünelle geçilerek Milas Ovasındaki su kemerleri başlamaktadır. Buradaki su kemerleri topoğrafik yapıya bağlı olarak tek veya iki katlı olarak ovayı geçerek Toptaşı Tepeye kadar devam etmektedir. Kemer açıklıkları 3,6 m, ayaklar 2,1 m kare kesitlidir. Ağırlık kulelerinin genişliği 4,25 m, uzunluğu 4,3 m’dir (Foto 5). Su kemerlerinin üzerinde kanal kesiti bulunmamaktadır (Alkan 2014). Kemerlerde kireçlenme kalıntıları bulunmaktadır (Foto 6). Dördüncü bölümde su kemeri izleri sürekli olarak görülememektedir. Yerleşimim başlamış olması sebebiyle ya şahıs arazilerinde yada yolla kesişmektedir. Milas çevre yolundan sonraki kesimde yer alan Toptaşı Tepesi de tünele geçilmiş olmalıdır. Bu bölümdeki kalıntılardan sistemin su dağıtım yapısına kadar devam ettiği değerlendirilmektedir (Foto 7). Bu yapıdan sonra bir kolun Baltalı Kapıya doğru devam ettiği belirtilmekle birlikte herhangi bir kanal kesiti kalıntısı yoktur.


Foto 3: Geçgide, taş ocağı yakınında, galeri kesimi.

Foto 2: Pınardan sonraki mecra kalıntısı.


Foto 5: Milas Ovası geçgisinde yer alan su kemerleri.

Foto 4: Galeri boşaltım yapısı veya drenaj menfezi.


Foto 4: Galeri kısmında yer alan boşaltım yapısı veya drenaj menfezi olabilecek yapı

Foto 6: Kemer ayağındaki kireçlenme.

Foto 7: İletim hattının sonundaki taksim yapısı.


3. Beçin Kalesi Suyolu (Güney Suyolu) Milas’ın güneyinde yer alan Beçin Kalesindeki pınarların suyunun da derlenerek Milas’a getirildiği belirtilmektedir (Akarca&Akarca 1954; Akarca A. 1971; Rumscheid 1996, 1998; Kızıl 2002). Beçin Kalesi’ndeki Ahmet Gazi Türbesi yakınında bulunan iki pınarın suları derlenerek türbenin kuzey-doğusunda yeralan 4,7x7,5x0,7 m boyutlarındaki havuza alınmış. Buradan suyun bir kısmı 50 cm uzunluğunda ve 12 cm çapındaki pişmiş toprak borularla kaledeki hamama iletilmiştir. Diğer bir hatla, 80,0 m kotunda yer alan, 15 m uzunluğunda ve 1,6 m yüksekliğindeki kent haznesine getirilmiştir (Foto 8). Bu hat üzerinde 145 m kotunda taşlaşmış iki boru kalıntısına rastlanmıştır (Foto 9 ). Haznenin içi ve çevresi toprakla dolu olduğu için genişliği belirlenememiştir. Hazne duvarı üzerinde tabandan 55 cm yukarıda 100 mm çapında bir boşaltım elemanı mevcuttur. Hazneden sonraki kesimde (Beçin ile Milas arasında) üç kalıntı dışında bir kalıntıya rastlanmamıştır Foto 10). Ancak Beçin Kalesinde uzun yıllar görev yapmış olan kişinin belirttiğine göre, 1950’li yıllarda, bugünkü Milas Lisesi’nin bulunduğu topraklarda tütün yetiştirildiği ve Beçin’deki bu kaynak sularının orada kullanıldığı belirtilmiştir.

4. Sonuç Kuzey-doğu suyolu sisteminde 2,3 km uzunluğundaki Milas su kemeri; uzunluğu 1670 m olan Aspendos, uzunluğu 970 m olan Bozdoğan (Valens), uzunluğu 710 m olan Uzun kemerler dikkate alındığında, Türkiye’nin en uzun su kemeri olmaktadır. 10-14 km gibi olağanüstü uzunluğa sahip olan Roma su kemerleri dikkate alındığında dahi, diğer ülkelerdeki örnekleri arasında dikkate değer bir uzunluktadır.

Teşekkür Tarihi su yapılarına olan ilgimin lisans öğrenimim sırasında başlamasına, giderek artmasına ve halen çalışmalarımda, emekli olmasına rağmen, teşviklerini ve katkılarını hiç esirgemeyen Hocam Em. Prof. Dr. Ünal Öziş’e, tarihi su yapıları ile ilgili çalışmalarımda teşvik ve desteğini hiç esirgemeyen Prof. Dr. N. Orhan Baykan’a, bu çalışmaya esas teşkil eden proje teklifinin yapılmasını destekleyen önceki Bölüm Başkanı Prof. Dr. Yıldırım Ertutar’a, çalışmalarımla ilgili katkılarını esirgemeyen Bölüm Başkanı Prof. Dr. Hikmet Hüseyin Çatal’a, Mühendislik Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Ercüment Yalçın’a, proje teklifinin desteklenmesini uygun gören Rektör Prof. Dr. Mehmet Füzün olmak üzere Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Biriminden sorumlu Rektör Yardımcısı ve Birim yönetimine şükranlarımı sunarım. Arazi çalışmalarımda katkıları bulunan başta Halil Bey, çoban İsmail Bey, Ertuğrul Öz, Şenol Ataeymirdemirkapı, Ali Yayla, Münir Akyar ve Süleyman Altan olmak üzere bölgedeki araştırmalarıma yardımcı olan ve isimlerini sayamadığım yörenin sıcak kanlı, yardımsever insanlarına, gazeteci Olcay Akdeniz’e, yüzey araştırmalarını yapmış olan Prof. Dr. Frank Rumscheid’e, teknik ressam Mustafa Periz’e teşekkürü bir borç bilirim.


Foto 8: Beçin’deki kent haznesi duvarı.

Foto 9: 145 m kotundaki taşlaşmış mecra kalıntıları.

Foto 10: Beçin’den gelen suyolundaki tek kemer ayak kalıntısı.


Kaynaklar Akarca, A.; Akarca, T. (1954): Milas coğrafyası, tarihi ve arkeolojisi. İstanbul, 176 s. Akarca, A. (1971): Beçin altındaki Eski Çağ Mezarlığı. Belleten, C.35, s. 137. Alkan, A. (2014): Milas ve yakın çevresi tarihi su yapılarının araştırılması. Dokuz Eylül Üniversitesi (Bilimsel Araştırma Projeleri No: KB.FEN.2012.064), İzmir. Bildirici, M. (2010): Karia bölgesi tarihi kentler su yapıları dökümü. www.mehmetbildirici.com/post_attachment/download?id=357. Demir, Ö. & Güngör, M. K. (2013): Tarihi Milas soyulu. İzmir, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Bitirme Projesi, (Yön.: A. Alkan). Kızıl, A. (2002): Uygarlıkların Başkenti Mylasa ve Çevresi, Milas. Öziş, Ü. (1994): Su mühendisliği açısından Türkiye’deki eski su yapıları. Ankara, Devlet Su İşleri, DSİ'nin 40'ıncı Kuruluş Yılı Yayını, 203 s. Öziş, Ü. (1996): Historical water schemes in Turkey. International Journal of Water Resources Development 12/3, 347-383. Öziş, Ü. (1998): Wasserbauten im Laufe von 4000 Jahren in der Türkei, in A. Terzioğlu/M. Bayazıt (Eds.), In Memoriam - Prof.Dr. Kazım Çeçen - Anma Kitabı – Gedenkschrift, İstanbul, 137-150. Öziş, Ü. (2006): Wasserbauten im Laufe von vier Jahrtausenden in der Türkei, in G. Wiplinger (Ed.) Cura Aquarum in Ephesus 2004, BABesch Suppl.12, Leuven, 115-120. Öziş, Ü.; Arısoy Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. (2007): Brücken und Wasserbauten aus Seldschukischer und Osmanischer Zeit in der Türkei, Zürich, 75s. Öziş, Ü., Baykan, O.; Atalay, A.; Arısoy, Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. (2009): Water bridging civilizations through four millenia in Turkey, İstanbul. Öziş, Ü.; Baykan, O.; Atalay, A.; Arısoy, Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. (2012): Water works of four millenia in Turkey. in 3rd IWA Specialized conference on water and wastewater technologies in ancient civilizations, İstanbul, 164-171. Öziş, Ü.; Baykan, O.; Atalay, A.; Arısoy, Y.; Alkan, A.; Özdemir, Y. (2014): Historische Wasserbauten in der Türkei. Wasserwirtschaft 7/8, 83-86. Rumscheid, F. (1996): Milas 1994. XIII. Araştırma Sonuçları Toplantısı, Ankara, T.C. Kültür Bakanlığı Milli Kütüphane Basımevi, C.I, s.85-98. Rumscheid, F. (1997): Milas 1995. XIV. Araştırma Sonuçları Toplantısı. Ankara, T.C. Kültür Bakanlığı Milli Kütüphane Basımevi, C. I, s.123-140.


Rumscheid, F. (1998): Milas 1996. XV. Araştırma Sonuçları Toplantısı. Ankara, T.C. Kültür Bakanlığı Milli Kütüphane Basımevi, C.II, s.393-399. Tanrıöver, Y. E.; Baykan, N. O.; Baykan, N. (2006): The Water Supply Systems of Caria: An Inventory Study Cura Aquarum in Ephesus, Volume I, edited by Gilbert Wiplinger, Proceedings of the Twelfth International Congress on the History of Water Management and Hydraulic Engineering in the Mediterranean Region, Ephesus/Selçuk, Turkey, October 2-10, 2004, p. 127-132. Tanrıöver, Y. E. (2002): Karia Bölgesi (Güney-Batı Ege) tarihsel su yapıları. Denizli, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, (Yön.: N. O. Baykan).


Keban Barajı İle Neler Kaybettik?

Düzgün Çakırca Batman Üniversitesi, Mimarlık Bölümü-Batman

Tel:0506 3887544 E-Posta: [email protected]

Öz

Değişik amaçlarla yapılan su yapıları gibi büyük imar-inşa faaliyetleri her zaman kültürel mirası olumsuz yönde etkileyen önemli faktörler olmuştur. Baraj ve hidroelektrik santraller bu tür yapıların başında gelmektedir. Gerek yapım süreçlerinde gerek işletme aşamasında çevresel ve sosyo-kültürel etkilerinin bilinmesinin veya en azından sorgulanmasının sağlıklı bir sosyo-ekonomik ve kültürel kalkınma açısından ne denli önemli olduğu açıktır. Bu düşünceden hareketle bu çalışmada Keban Barajı’nın yapım ve işletim süreçlerinin çevre ve özellikle kültürel miras üzerindeki etkileri tartışılmıştır. Bu çalışmanın, daha sonra yapılacak olan bu tür büyük su yapılarının fizibilite çalışmalarında ışık tutması amaçlanmıştır. Anahtar sözcükler: Baraj, HES, Kültürel Miras, Keban Barajı

WHAT WE HAVE LOST WITH KEBAN DAM?

Abstract

Large zoning-building (i.e. water structures) activities performed for any goal have often impacts on the environment as well as on the cultural heritage. The large dams can be mentioned among such structures. It is clear that knowing or at least interrogating the impacts of both building and operating stages of such structures on the environment and cultural heritage is vitally important for a healthy socio-economic and cultural development. With such a consideration in this study, Keban Dam has been examined and the above mentioned impacts of the dam have been investigated. It is hoped that this study will be an easy guide for feasibility studies of further construction activities expected to be performed in the future. Keywords: Dam, HEPP, Cultural Heritage, Keban dam

Giriş Yaşamın başlangıcından beri su kaynakları tüm canlılar için önemli bir yaşam kaynağı olup, günümüzde de aynı şekilde geçerliliğini korumaktadır. Günümüzde nüfus artışı, kentsel yaşam, gıda ihtiyacı ve teknolojik gelişmeler gibi nedenlerin su talebini artırdığı bir gerçektir. Artan su talebini karşılamanın seçeneklerinden biri olarak görülen baraj uygulamaları, kısa vadede su talebini karşılamakla beraber, ancak uzun vadede yarattığı birçok sorun nedeniyle dünyanın değişik ülkelerinde günümüzde artık tercih edilebilir seçenek olmaktan çıkarılmış


ve bu doğrultuda prensipler oluşturularak, yapılanmalar sağlamıştır. (Burak; Duranyıldız; Yetiş, 1997).

Dünyada bu gelişmeler olur iken, Türkiye’de ise bu yönde henüz bir politik, idari ve hukuki yapılanma oluşturulamadığından; yapımı biten, devam eden ve yapılacak çok sayıda baraj projesi nedeniyle bu alanlarda ciddi tahribatların yaşanması gerçekliğiyle karşı karşıya olduğunu belirtmek gerekir. (TMMOB Şehir Plancıları Odası 2006; Veli, 2001). Yaşanan bu tahribatlarda, baraj yapımında sorumlu kurum ve kuruluşların payı olduğu kadar, ne yazık ki korumadan sorumlu kurum ve kuruluşların da payı olduğu bir gerçektir. (Cano,2003). Bu durumun 54 uygarlığın yaşadığı ve ayni zamanda da ilk yerleşim alanları olan Anadolu ve Mezopotamya coğrafyalarında yaşanmakta olması, konuyu ayrıca daha da önemli kılmaktadır. Bu anlamda böylesine zengin bir potansiyele sahip bu alanlarda, su havzalarının da uygarlık yerleşimleri bakımında önemli bir potansiyele sahip olduğu düşünülerek, baraj yapımlarının büyük bir hassasiyetle yürütülmesi gerekir. Bu noktada önemli bir alan olan Fırat-Dicle havzasında bu uygulamaların 1960 lı yıllardan itibaren günümüze kadar yoğun bir şekilde yürütülmekte olması, bu alanlardaki somut ve soyut miras için kaygı verici bir durum yaratmaktadır. Ayrıca uygulamaların büyük ölçüde uluslararası kabul ve şartnamelere uyulmadan yapılmış olması, olayın ciddiyetini daha da artırmaktadır. Bu süreçte uygulanan politikalar ile kalkınma ve koruma uzlaşmaz iki farklı unsur haline getirilirken, öte yandan kültürel mirasta da büyük tahribatlara neden olunmuştur. (Tekin, 2003; Özdoğan; Özemsi, 2004; Özdoğan, 2001, 2002, 2004). Oysaki çağdaş düşünce ve uygar dünya, koruyarak kalkınmayı esas alır. Bu kapsamda Türkiye’de de “Koruyarak Kalkınma” anlayışıyla hareket edilmesinin, geleceğimiz için ivedi bir gereklilik olduğu açıktır. Bu noktada gerek ulusal, gerekse uluslararası düzeyde imzalanmış ve yürürlüğe konulmuş kabullere ülke iktidarlarının ve ilgili diğer kesimlerin itina ile uyması, hukuki bir zorunluluk olduğu kadar, ayni zamanda da önemli bir sorumluluktur. (Avcı, 2000).

2. Fırat–Dicle Havzasında Baraj Uygulamalarının Gelişimi

Fırat – Dicle Havzasında barajlar süreci, ilk olarak Atatürk'ün emri ile elektrik enerjisi elde edilmesi için 1936 yılında kurulan Elektrik İşleri Etüt İdaresinin ve aynı yıl "Keban Projesi" kapsamında etütlerin yapılmasıyla başlamıştır. (DSİ, 1999; Öziş, 2000). Bu kapsamda ilk olarak Yukarı Fırat Havzası’nda 1965 yılında yapımına başlanan Keban Barajı 1975 yılında bitirilmiştir. Orta ve Aşağı Fırat Havzası ile Dicle Havzası'ndan ne şekilde faydalanılacağına ilişkin planlanmanın 1975 yılında tamamlanmasıyla, 1980 yılında bu iki havza projesinin "Güneydoğu Anadolu Projesi" şeklinde adlandırılması benimsenmiştir. (Elbir, 1990).

3. Keban Barajı

3.1. Fiziki Durum ve Uygulama Süreci Keban Barajı, Elazığ ili Keban ilçesinde, Fırat Nehri üzerinde (Harita: 6.1) yukarıda da belirtildiği üzere 1965–1975 yılları arasında inşa edilmiştir. Baraj mevkii, Elazığ İl’inin 45 km kuzeybatısında, Malatya İl’inin 65 km Kuzeydoğusunda, Karasu ve Murat Nehri’nin birleştiği yerden Güney’e doğru 10 km daha aşağıdadır. Barajın akarsu yatağından yüksekliği 210,00 m, göl hacmi 31.000.000 m³, gölalanı 680,00 km² ve uzunluğu 125 km. olan bu barajın genişliği ise değişkendir. Keban Baraj Gölü bu kapasite ile Atatürk Baraj Gölü’nden sonra Türkiye’nin en büyük yapay gölüdür. (WWW.dsi.gov.tr; Silier,1976; Özdoğan, 2004)


3.2.Alanda Yapılan Çalışmalar Alanda arkeolojik/kültürel mirasa ilişkin ilk önemli çalışma, 1945 yılında “Türk Tarih Kurumu” adına Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih Fakültesi Prehistorya Kürsüsünden Prof. Dr. İ. Kılıç Kökten tarafından yapılmıştır. (Harita 1). Daha sonra (24 yıl sonra) Orta Doğu Teknik Üniversitesi (Restorasyon ve Tarihi Eserleri Koruma Bölümü), İstanbul Üniversitesi (Edebiyat Fakültesi Prehistorya Kürsüsü) ve Michigan Üniversitesi (Antropoloji Müzesi) tarafından bölgede 1966 dan 1975 yılına kadar devam eden çalışmalar, yürütülmüştür. (Çakırca, 2010; Kökten, 1971, 1972, 1973, 1974, 1976). ODTÜ öncülüğündeki çalışmalar; arkeolojik kazı, restorasyon çalışmaları, köy mimarisi, etnografya, folklor ve müzik araştırmaları kapsamında yapılmıştır. Bu anlamda alandaki arkeolojik/kültürel mirasa ilişkin tespitler; yapılan bu çalışmalara ve DSİ nin verilerine dayandırılarak hazırlanmıştır. 3.3.Barajdan Etkilenen Yerleşim Birimleri Yukarıda belirtilen çalışmalar ve DSİ nin verilerine dayanılarak yapılan tespitlere göre bu barajdan 5 il, 9 ilçe, 258 belde/köy/mezra etkilenmiştir. Bunlardan, 94 belde/köy tamamen su altında kalmış, 1 il, 3 ilçe 115 belde/köy ise kısmen etkilenmiştir. 23 yerleşim biriminin ise etkilenme derecesi tespit edilememiştir. (Tablo 1; Harita 2, 3)

Harita 1- Keban Barajı Alanı- Tarih Öncesine Ait Tespitler ve Baraj Havzası İlişkisi. (Kökten, 1945). 3.4.Arkeolojik/Kültürel Mirasa İlişkin Çalışmalar ve Sonuçları Barajdan etkilenen alan ve yerleşim birimlerinde arkeolojik/kültürel mirasa ilişkin çalışmaları; yüzey araştırma, kazı, rölöve-restorasyon, çevre (köy-kent) ölçekli belgeleme, Etnoğrafik ve jeofizik çalışmalar olarak belirtmek mümkündür.


3.4.1.Yüzey Araştırmaları Alandaki yüzey araştırmalarını; 1945 yılında ve 1969–1972 yılarında İ. Kılıç Kökten tarafından yapılan dip tarih (tarih öncesi) araştırmaları ve 1975–1979 yılları arasında ODTÜ idaresinde (değişik yerli ve yabancı ekiplerce) yapılan çalışmalar olarak belirtmek mümkündür. Alanın yaklaşık % 30 unda yüzeysel, % 09 unda da detaylı olarak yapılan bu çalışmalar, toplam 112 birimde yürütülmüştür. Yapılan bu çalışmaların ve Kültür Bakanlığı verilerinin derlenmesi sonucunda; toplamda 158 birim taşınmaz arkeolojik/kültürel mirasın tespit edildiği görülmüştür. 31 tür taşınmaz birim esasında incelenen bu çalışmalarda; alanda 21 mağara, 7 mezarlık/mezar, 15 düzyerleşme, 78 höyük, 7 kilise, 2 cami, 2 türbe, 4 han, 2 hamam, 1 medrese, 1 geleneksel ev, 1 değirmen, 4 kale, 6 köprü, 1 antik yol, 3 mimari kalıntı ve 3 değişik yapı olmak üzere, toplam 158 birim taşımaz kültürel miras tespit edilmiştir. (Tablo 1; Şekil 1)

Şekil 1-Ağın’da Baraj Altında Kalan 5000 yıllık Antik Yol ve Diğer kültürel Miras. (Serdaroğlu, 1970). 3.4.2.Kazı Çalışmaları Kazı çalışmaları kapsamında barajda kurtarma kazı çalışmaları yürütülmüş olup, bu yönlü çalışma sayısı 19 olarak tespit edilmiştir. 1968-1975 yılları arasında yapılan bu çalışmalardan sadece 1 kazı yerinde çalışmalar tamamlanmış, diğer kazı yerlerinde ise kazılar tamamlanmadan sonlandırılmıştır. (Tablo 1). Tespit çalışmalarının yapıldığı yerlere göre değerlendirildiğinde; alanda kazı niteliğinde 15 düzyerleşme, 78 höyük olmak üzere, toplamda 93 kazılması gereken alan olduğu, bu nedenle oransal olarak bu çalışmanın % 20,4 olduğu görülmektedir. Alanda “Bilimsel Kazı” çalışmasına ise rastlanılmamıştır. (Harita 4)


Harita 2- Keban Barajı Alanı ve Baraj Gölü Altında Kalan Yerleşim Birimleri. (Silier, 1976).


Harita 3 - Keban Baraj Gölü Altında Kalan Altın Ova- Kültürel Miras Bakımından En Kapsamlı Çalışma Yapılan Alan. (TAÇDAM-ODTÜ).


(A) Harita 4-(A,B) Keban Barajı Alanında Kazı Çalışması Yapılan Yerler (ODTÜ-TAÇDAM).

(B) 3.4.3.Rölöve / Restorasyon Çalışmaları Bu kapsamda barajda sadece belgeleme ve taşıyarak koruma/kurtarma çalışmaları yapılmıştır. Alanda tespiti yapılan 158 taşınmazdan 40 ında belgeleme amaçlı çalışmanın yapıldığı, 3 ünde ise belgeleme dışında ayrıca taşıma işleminin yapıldığı tespit edilmiştir. (Tablo 1). 158 bütününe göre değerlendirildiğinde; taşıma işleminin % 1.89, belgeleme çalışmasının ise % 23.4 oranında olduğu görülmektedir. Alanda “Yerinde Koruma” ve “Arkeolojik/kültürel Rezerv ile Koruma” çalışmasına ise rastlanılmamıştır. 3.4.4.Etnoğrafik (Halkbilim) Araştırmaları Alanda, Etnoğrafik (Halkbilim) Araştırmaları kapsamında 1968, 1969 ve 1974 yıllarında, su altında kalan 94 yerleşim biriminin 50 sinde bu yönlü bir çalışma yürütülmüştür. (Tablo 1). Bu çalışmaları su altında kalan yerleşim birimi sayısına göre değerlendirdiğimizde, % 53 oranında olduğu görülmektedir. 3.4.5.Çevre Ölçeğinde (Köy / Kent) Yapılan Araştırma Çalışmaları Su altıda kalan toplam 94 yerleşim biriminden sadece 34 ünde 1968, 1969 ve 1970 yıllarında bu kapsamda bir çalışma yürütülmüştür. (Tablo 1). Su altında kalan yerleşim birimine göre % 36 oranında bu yönlü çalışmanın yapıldığı anlaşılmaktadır.


3.4.6.Jeofizik Araştırmaları Bu kapsamda 1968–1970 yılları arasında, İstanbul Üniversitesi, Jeofizik Kürsüsünden Doç. Dr. Ali Yaramancı başkanlığında, 7 birimde çalışma yapılmıştır. (Tablo 1) Bu çalışmayı, barajdan etkilenen toplam 213 yerleşim birimi ve 93 arkeolojik birime (78 höyük ve 15 düzyerleşme) göre oranladığımızda % 3,3 ve % 7,5 olduğu görülmektedir.

YÜ

KSE

KLİ

K

210

mt.

BARAJ KAPASİTESİ Büyük Baraj X Küçük Baraj -

ETKİLENEN İL SAYISI 5 ETKİLENEN İLÇE SAYISI 9 ETKİLENEN BELDE / KÖY SAYISI 258

SU ALTINDA ALAN YERLEŞİM SAYISI

İl Sayısı - İlçe Sayısı - Belde /Köy Sayı 94

KISMEN ETKİLENEN YERLEŞİM SAYISI

İl Sayısı 1 İlçe Sayısı 3

AL

AN

I

680

km2

Belde /Köy Sayı 115 ARAŞTIRILAN ALAN (a) 200km2 % 30 DETAYLI ARAŞTIRILAN ALAN (a,b,c,d,e,f) 60km2 % 9 YÜZEY ARAŞTIRMASI YAPILAN BİRİM SAYISI (a) 112 ÇEVRE ÖLÇEĞİNDE YAPILAN ÇALIŞMA SAYISI (b) 34

HA

CIM

31 m

ilyon

m3 ETNOĞRAFİK ÇALIŞMA YAPILAN BİRİM SAYISI © 50

JEOFİZİK ARAŞTIRMA YAPILAN BİRİM SAYISI (d) 7

YA

PILA

N Y

ÜZE

Y A

RA

ŞTIR

MA

SO

NU

ÇLA

RI

Mağara 21 Mezar/Mezarlık 7 Düzyerleşme * 15 Höyük 78

YA

PIM

YIL

I

1965

-197

5

Kilise 7 Cami 2 Mescit - Türbe 2 Han 4 Hamam 2

HA

VZ

ASI

Yuk

. Fıra

t

Kervan Saray - Medrese 1 Manastır - Geleneksel Ev 1 Kabaltı - Değirmen 1

AK

AR

SUY

U

Fıra

t

Kale 4 Kale Kapısı - Yazıt - Kaya Kabartma - Sur - Köprü 6

İLİ

Elaz

ığ

Antik Yol 1 Sarnıç - Suyolu - Su Kemeri - Lejyon Kampı -

Antik Mlz Ocağı -

BA

RA

J A

DI

Keb

an

Kum Ocağı - Mimari Kalıntı 3 Değişik Yapılar 3 TOPLAM 158

YAPILAN KAZI SAYISI (e) Bilimsel Kaz ı** - Kurtarma Kazısı *** 19

YAPILAN RESTORASYON ÇALIŞMASI (f)

Belgeleme (Rölöve-Fotoğraf) 37 Belgeleme + Taşıma /Kurtarma 3

Tablo 1. Keban Barajının Etkileri ve Yapılan Çalışmalar *Düzyerleşme: Tarihçesi uzun yıllar öncesine veya tarih öncesine dayanan ve günümüzde de bazıları halen yerleşim alanı olarak kullanılan ve çoğu zaman yüzeyden tespitlerinde fark edilmediğinden, ancak uzaydan algılama çalışmalarıyla tespit edilebilen yükseltisiz, arkeolojik verileri barındıran alanlardır. **Bilimsel Kazı: Belli bir kültür ve tarihi sorununu aydınlatmaya ve çözmeye çalışan, belli bir amaca yönelik kazıdır ***Kurtarma Kazı Çalışması: Her ne olursa olsun onu belgeleyerek gelecek kuşaklara aktarılması işidir.


4. Değerlendirme

1-Kurtarma çalışmaları tamamlanmadan sonlandırılmıştır. Barajda arkeolojik kültürel mirasa ilişkin çalışmalar, barajın inşa süreciyle başlamış ve inşa sürecinin tamamlanmasıyla da tamamlanmadan sona erdirilmiştir. 2-Etkilenen kesimler süreçten soyutlanmıştır. Gerek baraj yerinin belirlenmesinde gerekse kültürel mirasın korumasında, yerel otoriteler sürece katılmayarak alınan kararlardan soyutlanmıştır. 3-Etkilenen yerleşim birimlerinin niteliğinin belirlenmemiştir. Su altında kalan yerleşim birimleri büyük oranda tarihçeleri eski olmakla birlikte, ancak hiçbir yerleşim biriminde yerleşimin türü (höyük, höyük üstü yerleşim, düzyerleşme, yeni yerleşme… gib.) hakkında tespit yapılmadan (alanda bu yönden ne kadar ve ne tür mirasın olduğu bilinmeden) baraj bitirilmiştir. 4-Kalkınma ve koruma karşı karşıya getirilmiştir Keban Barajı özgülünde de görüldüğü üzere; baraj uygulamalarında devletlerin su politikaları ile koruma ve kalkınmanın karşı karşıya gelmesi kaçınılmaz olmuştur. Özelikle tarihi alanlarda bu tip barajların uygulanması koruma sorununu daha da önemli kılmıştır. Oysa bu iki alan, konuyla ilgili tüm uluslararası platform ve sözleşmelerde birbirini tamamlayıcı öğeler olarak görülmüş ve vurgulanmıştır. Malta Sözleşmesi, Avrupa Konseyi kararları gibi bizim de altına imza atmış olduğumuz sözleşmelerde, koruyarak kalkınmanın şartlarını belirlenmiş olup, neyin korunarak ileri kuşaklar için saklanacağı ve neyin korunamayacağını esaslara bağlanmıştır. 5-Uygulama ÇED sürecine tabi tutulmadan yapılmıştır. Gelişmeler ışığında günümüzde birçok ülkede artık baraj yapılacak alanlar, önceden ÇED sürecine tabi tutularak, yapılan alan tarama çalışmalarının değerlendirilmesinden sonra uygulama yerine karar verilmektedir. Böylelikle tespit edilen arkeolojik-kültürel miras potansiyeline göre, gerekirse projede ve yer seçiminde değişiklik yapılması sağlanarak, bu alanlardaki arkeolojik kültürel mirasın tahrip edilmesi önlenmektedir. Keban Barajı’nda bu sürecin uygulanmadığı gibi günümüzde de Türkiye’de halen yaygın şekilde ya hiç ya da formalite gereği yapıldığı görülmektedir. 6-Uygulamalar Koruma hassasiyetinden yoksun ve yoğun şekilde yürütülmektedir. Türkiye’de bu uygulamaların halen yoğun bir şekilde sürdüğü bir gerçektir. Bu süreçte korumaya ilişkin müdahale şeklinin ise genellikle uygulamaya geçişten sonra kurtarma çalışılması şeklinde olduğundan, bu plansızlık ve eşgüdümsüzlük daha sonra içinden çıkılması güç bir ortama dönüşmektedir. 7-Baraj yapımında yeni konsept: Acele kamulaştırma ve yap-işlet-devret modeli. Günümüzde, baraj uygulamalarında karşılaşılan tepkiler karşısında, iktidarların sıkıntıları aşmak için, konsorsiyumlar aracılığıyla “Yap-İşlet-Devret” modeli ve “Acele Kamulaştırma” yoluna başvurdukları görülmektedir. Burada uluslararası konsorsiyum ile bu uygulamalarda uluslararası tahkim yasalarının işlenmesi yolu açılırken, ayni zamanda da 1960’lı yıllardan itibaren öne çıkan sosyal devlet ve çevre koruma esaslı yasalar yerine, uluslararası sermayeye hizmet eden ticari rant esaslı tahkim yasalarının etkinliğini pekiştiren anlayışların öne çıkarıldığı açıktır. Öte yandan ağırlıklı olarak başvurulan acele kamulaştırma ve yap-işlet-devret modeliyle, su kaynakları ve havzalarının birilerinin özel mülkiyeti haline getirildiğini belirtmek gerekir. 8-Baraj alanlarında Koruma yerine ekonomik ve siyasal çıkarlar öne çıkmıştır. Devletin yetkili kesimleri tarafından baraj uygulamalarında arkeolojik/kültürel mirasın değeri, kültürel anlamda tanımlamak yerine, siyasal ve ekonomik alanlarda aranmıştır. Durum böyle olunca bu alanlarda rant kaygısının ağır bastığı ve kültürel mirasın topyekûn ortadan kaldırıldığı bir yağma süreci yaşanmaktadır.


9-Korumada sorumlu kesimler süreçte sorumluluklarını yerine getirmemiştir. Korumada sorumlulukları olanların sorumluluklarını yerine getirdiği söylenemez. Koruma yasalarının uygulanmasında, baraj yerlerinin tespiti ve karar süreçlerinde edilgen konumda kalarak, siyasi otoritelerce verilen kararların tamamlayıcıları olmuşlardır. Bu durumda korunmayı yönlendirenler de baraj yapımcıları olmuştur. 10-Uluslararası taahhütlere uyulmamıştır. Günümüzde arkeolojik kültürel miras ve tarihi yerler; tüm insanlığın ortak mirası olarak kabul edilmiş ve bu değerlerin korunması için pek çok uluslararası sözleşme imzalanmıştır. Türkiye de bu sözleşmeleri imzalamış ve taahhütlerde bulunmuştur. Ancak koruma bilincinde halen önemli derecede eksikliğin olması bu yöndeki gelişmenin yalnızca uluslararası katılıma bağlı olmadığını ortaya koymuştur. Bu nedenle yönetim erkinin mevzuatlara denk bilinç ve kültürü almaya açık olamama durumu, mevzuatların uygulamada pozitif bir değere dönüşmesini engellemiştir. İlgili mevzuat ve taahhütler uygulanmamıştır.

Bu durumda zorunlu baraj yapımlarında, projeler hazırlanmadan önce genel anlamda şu hususların yerine getirilmesi önemli bir gerekliliktir.

1-Baraj yeri olarak düşünülen alanda yer üstü ve altı tespitlerin yapılması. 2-Barajın ÇED sürecine tabi tutulması. 3-“Yerinde” ve “Bütüncül Koruma”nın esas alınması. 4-Kazı çalışmalarının yapılarak tamamlanması 5-Su altında kalacak birimlerde somut/soyut kültürel mirasa ait verilerin belgelenmesi 6-Baraj yapım karar süreçlerinde yerel otoritelerin ve halkın sürece dahil edilmesi 7-Sulama ve kanal alanlarında kültürel mirasa ilişkin çalışmaların yapılması Ayrıca zorunlu baraj yapımlarında su altında kalacak değişik anıtlar için tabloda (Tablo:2) belirtildiği üzere koruma/kurtarma çalışmalarının yapılması bir ölçüde etki azaltıcı olacaktır.

KÜLTÜREL MİRAS TÜRÜ YAPILABİLİR KORUMA/KURTARMA ÇALIŞMASI

KÖPRÜ Büyük ölçekli çizimlerin yapılması (fotogrametrik inceleme). Köprünün taşınması

MEZARLIK

Yerel halkla danışma toplantıları yapıldıktan sonra, çeşitli seçenekler arasından seçim yapılması: tüm mezarların baraj gölü yukarısına taşınması, su tutma ve işletme sırasında yüzeye çıkmamaları için mezarların üstünün kapatılması ya da herhangi bir işlem yapılmaması

DİNİ YAPILAR Büyük ölçekli çizimlerin yapılması. içindeki eserlerinin toplanması. TÜRBE Fotoğraflanarak, çevresiyle birlikte çizimlerinin yapılması ve taşınması. HAN Fotoğraflanarak, büyük ölçekli çizimler yapılması ve taşınması ANTİK YOL Yolun haritalandırılması ve fotoğraflanması KAYA SANATI Kayadan bir panelin çıkarılması. Hasar görmüş parçaların toplanması. GELENEKSEL KONUT Çizimlerin ve Fotoğraflar ile belgelenmesi, önemli olanların taşınması TAŞ DEVRİ YÜZEYLERİ Bulunan parçalar toplanmalı, yüzey çizim ve fotoğraflar ile belgelenmeli HÖYÜK Sondaj ve yatay kazılar yapılması, dönemlerin belgelendirilmesi. ARKEOLOJİK SİT YERLEŞİMLER

Kapsamlı kazılar yapılarak tüm dönemler belgelenmesi, buradaki anıtlar tespit edilen uygun yere taşınmalı

ÖNEMLİ ANITLAR Çizim ve fotoğraflarla belgelenerek tespit edilen yere, tekniğine uygun şekilde taşınması

ÇEVRE ÖLÇEĞİNDE ( KÖY / KENT )

Her türlü etnoğrafik araştırma ve tespitlerin yapılması, tüm alanın haritalandırılması ve kültürel değerlerin ve sanat eserlerinin kurtarılması.

Tablo 2-Baraj alanında zorunlu hallerde su altında kalacak çeşitli arkeolojik alan ve anıtlar için uygulanabilecek koruma/kurtarma önlemleri


5.Sonuç

Fırat –Dicle Havzası’nda baraj projelerinin 30–40 yıl öncesinde ÇED süreçlerine tabi tutulmadan hazırlanması ve yer seçimlerinin yapılmış olması; baraj alanında envanter çalışmalarının önceden tamamlanmamış olması; kurtarma çalışmalarının barajın başlamasıyla başlatılıp, alanda su dolumuyla bitirilmeden sona erdirilmesi gibi neden ve yaklaşımlar; bu alanda ne tür ve ne kadar değerin olduğu bilinmeden baraj sularına terk edildiği gerçeğini ortaya koymaktadır. Bu baraja ilişkin böyle bir gerçeklik tespit edilmiş olmakla birlikte, ancak bu yaklaşım ve anlayışın ne yazık ki günümüzde de yaygın şekilde devam ettiği görülmektedir. Günümüzde de bu durumun böyle sürmesi ve bu alanlarda kültürel miras adına daha çok şey kaybedecek olmamız; günümüz toplumu ve gelecek kuşakların hakları adına büyük bir trajedidir. Kuşkusuz bu trajedide yetkili kurum/kuruluşlar, devlet anlayışı ve STÖ rol sahibidir. Bu rol alanlarında kalkınma ve sosyal alanlara ilişkin politikalar, doğa ve gelecek kuşakların haklarına bakış ve demokratikleşmeye ilişkin yaklaşımlar önemli etkenlerdir. Kültürel ve doğal mirasın korunması hassasiyeti ile yürütülecek bir kalkınma anlayışı; hiç kuşkusuz günümüz toplumunun, gelecek kuşakların ve doğanın haklarının korunması anlamına geleceği gibi aynı zamanda da bilgi edinme hakkı ve bilgi kaynakları olan arkeolojik kültürel mirasın korunması anlamına da gelecektir. Aynı şekilde bu tür yatırımların karar süreçlerine, etkilenen kesimlerin ve yetkin STÖ nin ortaklaştırılması; bu alanlardaki tahribatların azaltılması ve demokratik-sosyal hukuk devletinin yetkinleşmesine bir katkıdır. Bu anlamda, 1945 ve 1960 sonrasında Avrupa’da olduğu gibi günümüzde de Türkiye ve benzeri ülkelerde STÖ’nin, kültürel ve doğal mirasın korunmasını önemseyen bir kalkınma ve sosyal devlet anlayışını etkin kılacak örgütlenme ve dayanışmayı sağlamaya yönelik çabaları önemlidir.

Kaynaklar AVCI, İ., 2000, “Su Kaynaklarını Geliştirme Çalışmalarının Evreleri ve Mesleki Sorumluluklar”, Mimarlık Der., s:55,Sayı:294, Ankara. AVCI, İ., 2000, “Barajlar ve çevre”, Mimarlık Der., Sayı:294, Ankara, s:56 BURAK S.; DURANYILDIZ İ.; YETİŞ Ü., 1997, “UÇEP-Su Kaynakları Yönetimi”, T.C Başbakanlık DPT, s:15-17, Ankara. CANO, M., 2003, “Hukuka Karşı Baraj”, Atlas Der., Sayı:128, s:36, İstanbul. ÇAKIRCA, D.,2010, Su Politikaları Bağlamında Fırat-Dicle Havzasında Kültürel Mirası Korumanın Koşulları, Dok.Tezi, Trak. Üni.,Edirne. DSİ, 1999,GAP Tanıtım Kitapçığı, Ankara.(Tarihsiz) ELBİR, S., 1990, ”EİEİ Genel Müdürlüğü’nün GAP ile İlgili Çalışmaları” Bilim ve Teknik, Ankara, Cilt:23, Sayı: 270, s:29 GAP BKİB, 2004, GAP Son Durum Raporu, Ankara


www.dsi.gov.tr http://www.gap.gov.tr/site http://www.kulturvarliklari.gov.tr HAUPTMANN, H., 1995, “Sular Altındaki Tarih”, Atlas Der., Sayı:26, Mayıs 1995, İst., s:43 KÖKTEN, İ.K., 1952, “Anadolu’da Prehistorik Yerleşme Yerlerinin Dağılışı Üzerine Bir Araştırma”, A.Ü. Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi Der., Cilt: X, Sayı: 3-4, Ankara, s:34, 42 KÖKTEN, İ.K., 1973, “Keban Baraj Gölü Çevresinde Taş Devri Buluntuları-1972”, Atatürk Konferansları IV, 1970’den Ayrı Basım, TTK Yayını, s. 125-132, Ank. KÖKTEN, İ.K., 1976, “Keban Baraj Gölü Alanında Taş Devri Araştırmaları-1972”, TTK, Ank. KÖKTEN, İ.K., 1974, “Keban Baraj Gölü Alanında Dip tarih Araştırmaları-1971” TTK, s. 1-6, Ank. KÖKTEN, İ.K., 1972, “Keban Baraj Gölü Alanında Taş Devri Araştırmaları-1970” TTK Yayını, Ank. KÖKTEN, İ.K., 1971, “Keban Baraj Gölü Alanında Taş Devri Araştırmaları-1969” TTK Yayını, Ank. ÖZDOĞAN, M.,2001, “Türk Arkeolojisinin Sorunları ve Koruma Politikaları”, Ark. ve Sanat, s:30 İst., ÖZDOĞAN, M., 2004, “Kurtaran Rastlantı(Keban Barajı Çalışmaları)”, Atlas Der., Sayı:132, İst., s:43 ÖZDOĞAN, M., 2003, “Kökenin Kaşifi(Güneydoğu Anadolu)”, Atlas Der., Sayı:122, İstanbul, s:32 ÖZDOĞAN, M., 2002,“Geçmişin Sahibi Kim?”, Toplumsal Tarih Der., Sayı:101, İstanbul, s:19 ÖZDOĞAN, M., 2002,“Arkeolojide Yeni Yaklaşımlar”, Toplumsal Tarih Der., Sayı:101, İstanbul, s:20 ÖZDOĞAN, M., 2002, “Arkeolojik Dokunun Korunması”, Toplumsal Tarih Der., Sayı:101, İst., s:41 ÖZDOĞAN, M. 2004, “Fırat’a Gömülen Kültür”, Atlas Der., Sayı:132, İstanbul, s:12 ÖZDOĞAN, M., 2004, “Uygarlığı Yaratan ve Yok Eden Nehir: Fırat” Atlas Der., Sayı:132, İst., s:19 ÖZDOĞAN, - ÖZEMSİ, U., 2004, “Suyun Doğası” Yeşil Atlas Der., Sayı:7, s:27, İst. ÖZİŞ, Ü., 2000 “GAP ve Hidropolitik Yönleri”, Yapı Dünyası Der., Ankara, Sayı:50, S:17 ÖZİŞ, Ü., 2001, “Hidro-Politik açısından GAP”, Meteoroloji müh. Odası yayını, Ankara, sayı: 1, s:11-17 SİLİER, O.,1976 (TAÇDAM-ODTÜ) SERDAROĞLU, Ü., “AŞAĞI FIRAT PROJESİ 1975 YILI ÇALIŞMALARI”, ODTÜ, Aşağı Fırat Projesi Yayınları, seri I, No:1, Ank. TUNÇER, M., 2000,“Tarihsel çevre Koruma Politikaları”, Kültür Bakanlığı Yayını, Ankara TMMOB Şehir Plancıları Odası 2006 Su Komisyonu Raporu TANKUT G., 2005, “Doğal ve Tarihi Çevrenin Korunması: Sorunlar ve Olası Çözümler”, Planlama 2005/1, Sayı:31, TMMOB Şehir Plancıları Odası Yayını, s.9, Ankara VELİ, İ., 2001, “Türkiye’nin Su Potansiyeli Ve Su Politikası”, Yük. Lisans Tezi, Isparta, S:4-13


NOTLAR

http://suyapilari.imo.org.tr

ANA SPONSOR

DESTEKLEYEN KURULUŞLAR

ICC

OSMAN ALİ ÇELİK

İNŞAAT TAAHHÜT

sempozyum bildirileri

Documents