H. Ersoy *, M. Karahan, A. Akgün, K. Tezel. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 61080, Trabzon

Transkript

1 Artvin Baraj Gölü Heyelanının Oluşturacağı Olası Dalga Etkisinin Ampirik Yaklaşımlarla İrdelenmesi Investigation of the Possible Wave Effect of the Artvin Dam Reservoir Landslide with Empirical Approaches H. Ersoy *, M. Karahan, A. Akgün, K. Tezel Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 61080, Trabzon ÖZ: Bu çalışmada, Artvin Barajının 8 km mansabında bulunan paleo-heyelan malzemesinin yeniden aktif hale gelmesi durumunda rezervuarda oluşacak dalgaların etkisi ampirik yaklaşımlar kullanılarak belirlenmiştir. Çalışmada, toplamda 1602 metre olmak üzere 21 adet sondaj, 20 farklı profilde yapılan öz direnç ölçümleri ve arazi gözlemleri sonucunda heyelan malzemesinin morfolojik özellikleri ortaya koyulmuş, sondajlardan temin edilen örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan laboratuar deneyleri ve presiyometre deneyleri ile heyelan malzemesinin jeomekanik özellikleri ortaya koyulmuştur. İki boyutlu sonlu elemanlar tekniğiyle yapılan yaklaşık 3.5 milyon metreküp malzemenin hareket edeceği hesaplanmıştır. Heyelan malzemesinin %60 ının rezervuar alanına kayacağı kabulü yapılarak iki ve üç boyutlu ampirik yaklaşımlar uygulanmış, modelde heyelan kütlesinin uzunluğu, genişliği, kalınlığı, eğimi, ortalama hareket miktarı, karşı yamacın eğimi ve rezervuar derinliği girdi parametresi olarak kullanılmıştır. Yapılan analizlerde, heyelanın oluşacağı bölgenin karşı yamacını 28 metrelik dalgaların etkileyeceği, rezervuar boyunca ortalama 30 ms hızla ilerleyen dalganın boyunun Artvin baraj gövdesine ve Yusufeli baraj inşaat alanına gelinceye kadar sönümleneceği hesaplanmıştır. Artvin barajında, dalga payının 15 metre olarak bırakıldığı düşünüldüğünde gelişecek dalgaların barajın üzerinden aşmayacağı sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Heyelan, baraj, rezervuar, dalga ABSTRACT: In this study, effect of the possible wave originated from the reviewing of the paleolandslide located on the 8 km upstream of the Artvin dam was investigated using empirical approaches. The morphological properties of the landslide materials were defined using the data obtained from 21 boreholes a totally of 1602 m, electric resistivity surveys in 20 different profiles and field observations. In addition, geo-mechanical properties of the materials were determined with in situ pressuremeter test results and laboratory test results on undisturbed samples from the boreholes. Two-dimensional finite element method shows that about 3.5-million-cubic meters material could be unstable. With acceptance of the flowing materials is about 60 percent of the all materials, the two dimensional empirical approaches were used, the length of the landslide mass, width, thickness, unit weight of the slide mass, average landslide travel distance, slope gradient, slope gradient of the opposite shore, depth of the reservoir were used as input parameters in the model. The analysis show the 28-meter wave could affect the opposite shore of the landslide area, the wave with the speed of 30 ms could be damped up to the Artvin dam Yusufeli dam construction site. Because the freeboard of the dam was designed as 15 m, the wave formed by landslide does not overflow the dam. Keywords: Landslide, dam, reservoir, wave 1. GİRİŞ Barajlar genel olarak çok güvenli yapılar olmalarına karşın dünyada 300 den fazla büyük baraj yenilmiştir. Bunların %10 unda rezervuar alanlarında meydana gelen heyelanların sonucunda oluşan dalgalar etkili olmuştur (Ertunç, 2003; Ersoy vd. 2015). Bu heyelanların %85 i ise baraj gölünün dolmasından itibaren iki yıl içerisinde gerçekleşmiştir (Riemer, 1995). Artvin Barajı ve HES Projesi, Doğu Karadeniz Bölgesi Orta Çoruh Havzasında ve Çoruh Nehri üzerinde planlanmış olup, barajın inşası 2015 yılında tamamlanmıştır. Yüksekliği talvegten 135 metre, 82

2 temelden 180 metre ve kret uzunluğu 277,90 m olan baraj, beton kemer tipindedir. Barajın su tutması sonucu baraj gölü işletme kotu 500 metreye ulaşmış ve baraj rezervuar alanı içerisinde bulunan Havuzlu paleo-heyelan alanı (Yusufeli-Artvin) topuğuna kadar erişmiştir (Şekil 1). Şekil 1. Çalışma alanı ve çevresinin yer bulduru haritası yılında başlayıp 2015 yılında son bulan çalışmalar ile Artvin barajının su tutmasıyla birlikte topuk kısmı göl alanı içerisinde kalacak olan paleo-heyelan malzemenin yanal ve düşey devamlılığı, jeolojik (toplamda 1602 metre olmak üzere 21 adet sondaj) ve jeofizik çalışmalar (20 farklı profilde yapılan özdirenç ölçümleri) ile belirlenmiş, farklı koşullar için paleo-heyelan malzemesinin stabilitesi araştırılmıştır (Ersoy vd. 2015; Gelişli and Ersoy, 2017). Bu çalışma kapsamında ise heyelanın gelişmesi durumunda baraj gölünde oluşacak dalgaların fiziksel özellikleri iki boyutlu ampirik yaklaşımlar uygulanarak tahmin edilmiş, bu dalgaların Artvin Baraj gövdesine ve yapımı devam eden Yusufeli Baraj elemanlarına etkisi araştırılmıştır. 2. HAVUZLU PALEO HEYELANI 2.1. Genel Jeoloji ve Depremsellik Çalışma alanı ve çevresinde Paleozoyik ile Paleosen yaş aralığında oluşmuş kayaçlar yüzeylenme vermektedir (Şekil 2). Tabanda bulunan Paleozoyik yaşlı metamorfik temel kayaçlar genel olarak gnays ve mikaşistlerden oluşmaktadır. Bölgede tonalit, fillat, mikro gabro ve gabrolardan oluşmuş Paleozoyik-Trias yaşlı magmatik kompleks kuzey-güney yönlü tektonik faaliyetlerin kontrolü altında yüzeylenmiştir. Bu kayaçlar, Jura yaşlı granitik kayaçlar tarafından kesilmiştir. Tüm bu kayaçların üzerinde ise metakumtaşı, fillat, bazalt ve andezitlerden oluşan Liyas-Dogger yaşlı birimler bulunmaktadır. En genç birimler ise bütün bu birimleri keserek yerleşen Üst Kretase-Paleosen yaşlı granitlerdir. Havuzlu paleo-heyelanı ise Jura yaşlı birimler üzerinde uyumsuz olarak bulunmaktadır (Gelişli vd., 2015; Ersoy vd. 2015; Gelişli and Ersoy, 2017). Artvin ili ve çevresinde deprem oluşma potansiyeli irdelendiğinde, inceleme alanının bulunduğu bölgede yıkıcı özellikte deprem yapabilecek herhangi bir aktif fayın bulunmadığı anlaşılmaktadır. Erdik vd (2006) tarafından Türkiye deki diri faylar dikkate alınarak, uygun azalım ilişkileri kullanılarak aşılma olasılığı dağılımlarına göre belirlenmiş dönüş periyotlarına tekabül eden eş-ivme eğrileri haritası hazırlanmıştır. Bu haritaya göre çalışma alanı ve çevresinde beklenen en büyük ivme değerlerinin 0.20 olduğu görülmektedir. 83

3 Şekil 2. Çalışma alanı ve çevresinin jeoloji haritası (Ersoy vd., 2015; Gelişli and Ersoy, 2017) Heyelan Malzemesinin Jeoteknik Özellikleri ve Stabilite Analizleri Olası bir heyelanın baraj gölünde oluşturacağı dalga yüksekliği büyük oranda heyelan malzemesinin geometrisi ile ilişkilidir. Bununla birlikte topografya ve heyelan malzemesinin jeoteknik özelliklerinin de bilinmesi gerekmektedir ile 2015 arasında yapılan çalışmalarda paleo-heyelan malzemesini yatay ve düşey devamlılığının belirlenmesi amacıyla 21 farklı lokasyonda toplam 1602 metre sondaj yapılmış ve 20 farklı profilde multi-elektrot ve 2 profilde sismik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Ortamın jeoteknik özelliklerini belirlemek için 4 kuyuda presiyometre ölçümleri yapılmış, sondaj ve araştırma çukurlarından temin edilen örnekler üzerinde laboratuar deneyleri uygulanmıştır. Çalışmalardan elde edilen sonuçlar Çizelge 1 ve Çizelge 2 de özetlenmiştir. Çizelge 1. Jeofizik çalışmalardan elde edilen veriler (Gelişli vd. 2015). Derinlik (m) Boyuna Dalga Hızı (ms) Enine Dalga Hızı (ms) γ (knm 3 ) Çizelge 2. Arazi deneylerinden elde edilen veriler (Gelişli vd. 2015). Derinlik (m) Presiyometre modülü (kpa) Limit basınç (kpa) Pik c (kpa) Pik ϕ (derece) Bu veriler kullanılarak, iki boyutlu sonlu elemanlar tekniğiyle yapılan stabilite analizlerinde baraj su seviyesinin işletme seviyesinde (500 metre) olması durumunda depremli durum için (0.20 g) gerilme azaltma faktörü 0,81 olarak bulunmuş (Şekil 3), bu durumda ise yaklaşık 3.5 milyon metreküp malzemenin duraysız hale geleceği hesaplanmıştır. 84

4 MÜHJEO 2017: Ulusal Mühendislik Jeolojisi ve Jeoteknik Sempozyumu, Ekim 2017, ÇÜ, Adana Şekil 3. İki boyutlu sonlu elemanlar tekniğiyle yapılan stabilite analizi. 3. REVERVUAR ALANINDAA OLUŞACAK DALGA ETKİSİ Çalışmada, muhtemel bir kütle hareketi sonucu oluşabilecek dalganın, gerek heyelanın mansabında bulunan Artvin Barajına, gerekse heyelan membasında yapımı devam eden Yusufeli Barajı inşaat alanına olan etkileri araştırılmış, gelişebilecek heyelan malzemesinin %60 ı rezervuar alanına kayacağı kabulü yapılarak iki ve üç boyutlu ampirik yaklaşımlar uygulanmıştır. Kayan malzemenin darbe hızı, heyelan kaynaklı dalga oluşumlarının modellenmesinde kullanılan en önemli parametrelerden biridir. Bu nedenle çalışma kapsamında, heyelan hızı Vought (1979) tarafından önerilen eşitlik kullanılarak hesaplanmıştır. = + 2 ( ) (1) Burada; v s : heyelan hızı,v 0 : ilk hız, g: yer çekimi ivmesi (9.81 ms -2 ), s: heyelan hareket miktarı (topuktan su yüzeyine), α: yamaç eğimi, ϕ: heyelan malzemesinin içsel sürtünme açısıdır. Bir heyelanın baraj gölünde oluşturacağı dalganın karşı yamaca etkisi 2 boyutluu deneysel modellerle araştırılmış, oluşacak dalga boyutları için Eşitlik 2 tanımlanmıştır (Huber, 1980; Huber and Hager, 1997; Vischer and Hager, 1998). Ancak çoğu zaman baraj gövdesi, oluşacak heyelanın karşısında olmaz. Bu durumda oluşan heyelan istikameti ile farklı açılar yapan yönlerde gelişen dalga boyu daha küçük olur. Bu nedenle, dalgaların farklı yönlerdeki yükseklikleri 3 boyutlu modellerle araştırılmış ve Eşitlik 3 tanımlanmıştır (Huber,, 1980). Bu çalışma kapsamında da karşı yamacı etkileyecek dalga yüksekliği Eşitlik 2, baraj gövdesini etkileyecek dalga yüksekliği Eşitlik 3 yardımıyla hesaplanmıştır. = 0.88 sin h (2) h = sin cos 2 3 h h (3) Burada; H: dalga yüksekliği, α: yamaç eğimi, ρs ve ρw: malzemenin ve suyun yoğunluğu, V s : malzeme hacmi, b: malzeme genişliği, h: su derinliği, x: karşı kıyıya olan uzaklık, Hh: göreceli dalga yüksekliği, γ: dalga yönü, r: radyal seyahat mesafesidir. 85

5 Dalga hızı erken uyarı sistemlerinin geliştirilmesi ve mevcut baraj gövdesinde oluşacak darbe etkisinin hesaplanması için kullanılan önemli bir parametredir. Bu çalışmada Huber and Hager (1997) tarafından önerilen eşitlikler kullanılarak dalga hızı hesaplanmıştır. = ( h). (4) Tüm bu eşitliklerde kullanılan ve heyelan malzemesine ait parametreler Çizelge 3 de, bu veriler yardımıyla hesaplanan dalga özellikleri de Çizelge 4 de özetlenmiştir. Çizelge 3. Paleo-heyelan malzemesinin fiziksel özellikleri (Ersoy vd., 2015; Gelişli and Ersoy, 2017). Özellikler Değer Artvin Barajına uzaklık 8000 m Yusufeli Barajına uzaklık m Heyelan bölgesinde rezervuar derinliği 70 m Artvin barajı su derinliği 120 m Yusufeli mansabında su derinliği 30 m Duraysız malzeme miktarı (V) 3.5 milyon m 3 Göle akacak malzeme miktarı (% 60 x V) 2.1 milyon m 3 Göle akacak malzeme uzunluğu (hareket miktarı) 300 m Göle akacak malzeme genişliği 500 m Göle akacak malzeme kalınlığı 69 m Hareket edecek malzeme eğimi 33 derece Çizelge 4. Heyelan oluşması durumunda meydana gelecek dalga özellikleri. Belirlenen Özellikler Heyelan hızı Karşı yamacı etkileyecek dalga yüksekliği Karşı yamacı etkileyecek dalga hızı Artvin barajını etkileyecek dalga yüksekliği Artvin barajını etkileyecek dalga hızı Yusufeli baraj yapılarını etkileyecek dalga yüksekliği Yusufeli baraj yapılarını etkileyecek dalga hızı Değer 35.2 ms 27.6 m 31 ms 2.5 m 34.3 ms 1.5 m 22.1 ms 4. SONUÇLAR Bu çalışma kapsamında Artvin Barajının su tutması ile birlikte, baraj mansabının 8 km güneybatısında bulunan paleo-heyelan malzemesinin yeniden aktif hale gelmesi durumunda olası heyelanın baraj gölünde oluşturacağı dalganın Artvin ve Yusufeli baraj yapılarına olan etkisi araştırılmıştır. Paleoheyelan malzemesi üzerinde yapılan 21 adet sondaj (1602 m) ve özdirenç (20 farklı profil) çalışmaları ile heyelan malzemesinin yatay ve düşey devamlılığı ortaya koyulmuş, laboratuar ve arazi deneyleri (presiyometre) sonucunda elde edilen verilerin değerlendirilmesi ileheyelan malzemesinin indeks ve dayanım özellikleri belirlenmiştir. Depremli durum gözetilerek rezervuarın işletme seviyesinde (500 m) olması durumunda iki boyutlu sonlu elemanlar tekniğiyle yapılan analizlerde gerilme azaltma faktörü 0.81 olarak bulunmuş, yaklaşık 3.5 milyon metreküp malzemenin hareket edeceği hesaplanmış ve 2.1 milyon metreküp malzemenin rezervuar alanına kayacağı öngörülmüştür. Bu durumda iki ve üç boyutlu ampirik yaklaşımlar uygulanarak yapılan analizlerde heyelan malzemesinin 35.2 ms hızla rezervuara akacağı ve karşı yamacın yaklaşık 30 metrelik bir dalgadan etkileneceği hesaplanmıştır. Ayrıca, Artvin barajını etkileyecek dalga yüksekliği 2.5 m ve dalga hızı 34.3 ms olarak, Yusufeli baraj yapılarını etkileyecek dalga yüksekliği 1.5 m ve dalga hızı 22.1 ms olarak belirlenmiştir. Bu durumda her iki mühendislik yapısı açısından ilk oluşacak dalganın risk oluşturmayacağı ancak oluşacak dalganın karayolunu ve güzergâh boyunca bulunan Demirkent Paleo-heyelanını olumsuz etkileyebileceği sonucuna varılmıştır. 86

6 5. KAYNAKLAR Erdik, M., Demircioğlu, M., Şeşetyan, K. ve Durukal, E., Ulaştırma Bakanlığı Demiryolları Limanlar ve Havameydanları İnşaatları Deprem Teknik Yönetmeliği için Deprem Tehlikesi Belirlenmesi, BÜ Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü. Ersoy, H, Gelişli, K, Bayraktar, A, Öztürk, H.H, Seçkin, A.C, Karaibrahimoğlu, G, Sağır, G, Özen, M, Tezel, B, Yüregir, B, Kul Yahşi, B, Havuzlu Paleo-Heyelanının (Yusufeli, Artvin) Mühendislik Jeolojisi Açısından İncelenmesi, MUHJEO 2015 Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, Trabzon, Ertunç, A., Mühendislik Jeolojisi. SDÜ Yayınları, Isparta. Gelişli, K, Ersoy, H, Landslide Investigation with the Use of Geophysical Methods: A Case Study In Northeastern Turkey, Advances in Biology and Earth Sciences, 2(1), Huber, A Schwallellen in seen als flogevonfelssturzen. Technical Report Mitteilung 47, VAW- Mitteilung, 180, Vischer D. (ed.), Zurich, Switzerland. Huber, A. and Hager, W.H, Forecasting impulse waves in reservoirs, in Dix-neuvieme Congres des Grands Barrages, Florence, Commission Internationale des Grands Barrages,