ÇAMLICA -2 HİDROELEKTRİK SANTRALİ (HES) BALIK GEÇİDİ PROJESİNİN YAPISAL YÖNDEN DEĞERLENDİRİLMESİ. Prof. Dr. Ahmet ALP Doç.Dr.

Transkript

1 ÇAMLICA -2 HİDROELEKTRİK SANTRALİ (HES) BALIK GEÇİDİ PROJESİNİN YAPISAL YÖNDEN DEĞERLENDİRİLMESİ Prof. Dr. Ahmet ALP Doç.Dr. Adil AKYÜZ

2 Bu çalışma ÇAMLICA 2 Hidroelektrik Santrali nde kurulacak olan Balık Geçidi Projesinin Yapısal yönden değerlendirilmesi amacıyla yapılmıştır. Çalışma kapsamında hazırlatılmış olan balık geçidi projesinin incelenerek yapısal yönden uygun olup olmadığının tespit edilmesi ve uygun balık geçidi yapısının önerilmesi amaçlanmıştır. Prof. Dr. Ahmet ALP KSÜ Ziraat Fakültesi Su Ürünleri Bölümü KAHRAMANMARAŞ aalp46@gmail.com aalp@ksu.edu.tr Doç.Dr. Adil AKYÜZ KSÜ Ziraat Fakültesi Biyosistem Mühendisliği Bölümü KAHRAMANMARAŞ adilakyuz@ksu.edu.tr 12 Ağustos 2012 i

3 İÇİNDEKİLER Sayfa No 1. BALIK GEÇİDİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ Balık geçidi çeşitleri Balık geçidinin görünüşü ve boyu Balık geçidinin giriş ve çıkış kısımları Balık geçidinin boy kesit özellikleri Balık geçidinin havuz boyutları Balık geçidinin perde duvar yapıları Balık geçidinin hidrolik tasarımı... 7 EK EK i

4 1. BALIK GEÇİDİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ 1.1. Balık geçidi çeşitleri Balık geçitleri Doğala Benzer Balık Geçitleri ve Teknik Balık Geçitleri olmak üzere iki tiptir. Doğal balık geçitleri taban rampaları ve meyilli tabanlar, yan geçit kanalları ve balık rampaları olarak 3 e ayrılır. Teknik balık geçitleri ise havuzlu geçitler, dikey yarıklı geçitler, denil geçitler (ters akışlı geçitler), yılan balığı merdivenleri, balık eklüzleri ve balık asansörleri olmak üzere 6 çeşittir. Bunların içerisinde en yaygın olarak havuzlu geçitler, dikey yarıklı geçitler ve denil tip geçitler kullanılmaktadır. Çamlıca 2 Hidroelektrik Santrali nin Balık Geçidi Projesi incelendiğinde (EK 1) önerilen balık geçidinin havuzlu tip balık geçidi olduğu görülmüştür. Bu tip geçitlerin prensibi membadan mansaba kadar bütün kanalın ardışık basamaklı havuzlar oluşturacak şekilde perde duvarları ile bölümlere ayrılmasıdır. Su genellikle perde duvarlardaki açıklıklardan (orifislerden) geçer ve sudaki potansiyel enerji havuzlarda kademeli olarak kırılır (Şekil 1). Şekil 1. Tipik bir havuzlu balık geçidi görünümü 1

5 Projede önerilen mevcut balık geçidi yaygın olarak kullanılan Havuzlu Balık Geçidi dir. Ancak önerilen proje incelendiğinde bazı yapısal özelliklerin standart havuzlu balık geçitlerindeki olması gereken özellikleri taşımadığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada söz konusu proje bu eksikliklere göre revize edilerek düzenlenmiştir (EK 2) Balık geçidinin görünüşü ve boyu Havuzlu geçitlerin tasarımı genellikle membadan mansaba kadar doğrusaldır. Ancak birkaç kez dönerek yapı uzunluğunu kısaltan eğri ve katlı geçitler de kullanılmaktadır (Şekil 2). Mümkün olduğunca ölü açı ve ölü nokta oluşmayacak şekilde su çıkışının, bent veya türbin çıkışının altında olması gerekir. Şekil 2. Faklı konumlu havuzlu balık geçitleri Çamlıca 2 HES balık geçidinin projedeki boyu m boyunda planlanmış ve bu kısımdaki eğim I = 1:13.23 olarak verilmiştir (EK 2) Balık geçidinin giriş ve çıkış kısımları Genellikle rezervuardaki memba su kotu sabit olduğunda, su giriş yapısının tasarımı sorun oluşturmamaktadır. Ancak, kot değişikliğinin görüldüğü reservuarlarda özel tedbirlerin alınması gerekmektedir. Böyle bir durumda, balık geçidinin, değişen su kotlarından çok az etkilenerek çalışmasını sürdürecek biçimde tasarımlanması ya da su giriş bölgesi için uygun yapısal düzenlemelerin projeye dâhil edilmesi gerekir. Kot değişiminin 1 m yi aştığı durumda, balık geçidinin işlevini sürdürmesi için farklı kotlarda birden fazla çıkışın inşa edilmesi gerekmektedir. Çamlıca 2 HES için yerinde yapılan incelemede ilgili firmanın teknik elemanlarının verdiği bilgilere göre rezervuarın su üst kotu m ve minimum işletme kotunun ise m olduğu belirlenmiştir. Rezervuardaki su değişimi 1 m den az (0.78m) 2

6 olduğundan memba tarafından balık girişine tek bir girişin yeterli olduğu düşünülmektedir. Balık geçidinin aktif olarak çalışabilmesi için minimum işletme kotunun m nin üzerinde olması gerekmektedir. Ancak su seviyesinin yüksek olduğu durumlarda balık geçidine giren su miktarının havuzlarda maksimum cm su yüksekliği oluşturacak şekilde bir kapak yardımıyla kontrol edilmesi gerekmektedir. Memba tarafında balık geçidi girişinin balıkların geçide kolaylıkla ulaşacak şekilde yapılması gerekmektedir (Şekil 3). Şekil 3. Çamlıca 3 HES Balık geçidi memba giriş kısmı Balık geçidinin mansap tarafından girişi, balıkların memba ya giderken toplandıkları yere konumlandırılmalıdır. Mansap akıntılarının karakteristikleri ile hidroelektrik santralin yapısı toplanma yerini belirler. Çoğu durumda bu yer, barajın ayağında veya türbin çıkışlarında hemen bendin veya seddenin alt tarafıdır. Bu sebeple balıkları çağıracak akıntıların, balık geçidi girişinden toplanma alanına doğru yönlendirilmesi gerekir; bu sayede akıntıyı takip eden balıklar, geçidin girişine yönelerek geçide girer. Eğer mümkünse, balık geçidi girişi ana akış yönüne paralel olacak şekilde kıyıda olmalıdır; böylece balıklar yön değiştirmeden geçide girebilir. Balık geçidi girişi, engelin mansabında uzakta bir yere konumlandırılmışsa, balıklar girişi bulmakta zorlanır. Giriş yapısının, balıkların su kotu düşük olduğunda bile balık geçidine girebilecek şekilde inşa edilmesi önemlidir. Azami eğimi 1:2 olan bir rampa (Şekil 4) ile bu giriş sağlanabilir. 3

7 Şekil 4. Balık geçidinin mansap tarafında balık giriş bölgesi. Çamlıca 2 HES teki balık geçidinin mansaptan balık girişi Şekil 5 deki gibi planlanmıştır. Bu yapı balıkların memba tarafına kolaylıkla gidebilmelerini sağlayacaktır Balık geçidinin boy kesit özellikleri Havuzlu balık geçitlerinde havuzlar arasındaki su kotu farkı azami akış hızlarını etkiler. Akış hızları balıkların geçidi kolayca aşabilmelerini engelleyen en önemli sınırlayıcı faktörlerden biridir. En kötü durumda su kotu farkının (Δh) 0.2 m i aşmaması gerekir. En uygun su kotu farkı ise 0.15 m civarındadır. Havuzlu geçit için en uygun eğim (I) su kotu farkı ve havuzun boyu kullanılarak hesaplanır; I h lb Bu denklemde; I eğimi, Δh havuzlar arasındaki su kotu farkını ve l b ise havuz boyunu ifade etmektedir. Çamlıca 2 HES teki havuzlu tip balık geçidinde Δh=0.17 m havuz boyu ise 2.25 m planlanmıştır. Buna göre yukarıdaki eşitliğe göre balık geçidi eğimi I = 1 : olmuştur. 4

8 Havuzlu tip balık geçitlerinde yapılması gereken havuz sayısı (n) aşağıdaki formülle bulunur; n htop 1 h Burada h top balık geçidindeki toplam yüksekliği (Memba kotu mansap kotu farkı), Δh ise havuzlar arasındaki su kotu farkını göstermektedir. Çamlıca -2 HES e ait balık geçidinde toplam havuz sayısı yukarıdaki eşitliğe göre; h top = = 3.30 m ve Δh=0.17 m n a det Buda yaklaşık olarak 19 adet havuza denk gelmektedir Balık geçidinin havuz boyutları Havuz boyutları, geçitten yukarı çıkan balıklara yeterince hareket alanı sağlayacak ve sudaki enerji, düşük türbülansla kırılacak şekilde seçilmelidir. Diğer taraftan, akış hızının havuzlarda birikimin oluşacağı seviyeye kadar düşmemesi gerekir. Havuzlardaki akışın türbülanslı olmaması için 150 W/m 3 lük hacimsel enerji kırma değeri aşılmamalıdır. Alabalık kuşağında 200 W/m 3 lük hacimsel enerji kırma değerine izin verilmektedir. Havuz büyüklüğünün, potansiyel doğal balık faunasının davranış özelliklerine uygun olarak seçilmesi ve göç eden balıkların tahmini büyüklük ve sayısıyla uyumlu olması gerekir. Tabana yakın kesimde akış hızını azaltmak ve dip faunası ile küçük balıkların yukarı çıkışını kolaylaştırmak için havuz tabanının pürüzlü olması gerekir (Şekil 6). Çamlıca 2 HES balık geçidinde havuz büyüklükleri 120x225 cm boyutlarında planlanmıştır ve bu değerler literatürler de belirtilen ölçülerle uyumludur (EK 2). 5

9 Şekil 6. Çamlıca 2 HES balık geçidindeki havuzların taban yapısı 1.6. Balık geçidinin perde duvar yapıları Havuzlu geçitler, havuz eksenine dik açılı olacak şekilde dayanıklı malzeme (beton veya taşlardan) ya da ahşaptan imal edilen dikey perde duvarları ile karakterize edilir. Ahşap perde duvarları daha sonraki düzenlemelere imkân tanır; ancak ömürleri daha kısadır. Perde duvarların tabanında, içerisinden balıkların yüzerek bir sonraki havuza çıkabildiği, şaşırtmalı biçimde düzenlenmiş orifis denilen batık açıklıklar bulunmalıdır. Bu açıklıklar havuzun tabanına kadar ulaşır ve substrat ile kesintisiz pürüzlü taban oluşmasına imkân tanır. Perde duvarların üst tarafında ise çentik denilen açıklıklar bulunabilir. Çamlıca 2 HES te havuzlardaki perde duvarların yüksekliği (hw) 110 cm, çentik yüksekliği (ha) 25 cm, çentik genişliği (ba) 25 cm, orifis yüksekliği (hs) 30 cm, orifis genişliği (bs) 30 cm olarak ölçülmüştür. Havuzlar arasındaki su kotu farkı ( h) 17 cm, havuzdaki su yüksekliği (h) 70 cm ve savak yükü (hü) ise 15 cm olarak belirlenmiştir. Önerilen projede ki orifis ve çentiklerin konumu ile yan duvarların yüksekliği değiştirilerek havuzlu geçitlerde olması gereken hale getirilmiştir (Şekil 7). 6

10 Şekil 7. Çamlıca 2 HES perde duvar yapıları 1.7. Balık geçidinin hidrolik tasarımı Havuzlu balık geçitlerinin gerektiği gibi çalışması için orifislerdeki akış hızının (v mak ) 0.2 m/s nin altında olması gerekir. Havuzlarda düşük türbülanslı akım elde etmek için havuzlardaki hacimsel enerji kırılma değeri genellikle E=150 W/m 3 civarında alabalık bölgesinde ise maksimum E=200 W/m 3 ü geçmemelidir. Çamlıca 2 HES te yapılan ölçümler sonucunda aşağıdaki hidrolik değerler elde edilmiştir; Orifislerdeki azami akış hızı: = = Orifislerdeki azami debi: ( ) = m 3 /sn Burada As = hs * bs ye eşittir. Debi katsayısı ( ), orifis tasarımı ve taban substratından etkilenir ve = 0.65 ila 0.85 olarak tahmin edilebilir. Üst çentiklerdeki debi ise aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir: Burada; hü μ σ : Memba ve mansap su kotları arasındaki fark, : Debi katsayısı (μ 0,6) ve : Batık akış azalma faktörüdür. 7

11 Mansaptaki havuzun kuyruk suyunun etkisini gösteren batık akış azalma faktörü aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir: = 0.03 m 3 /sn Buna göre toplam debi (Q) aşağıdaki gibi hesaplanır. Q = Qa + Qs = = m 3 /sn Havuzlardaki akışın düşük türbülanslı olmasını ve yeterli enerji dönüşümünü sağlamak için, hacimsel enerji kırılma değeri, enerji yoğunluğu aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir: ( ) = ( ) ( ) = W/m3 Çamlıca 2 HES balık geçidinde tespit edilen bu söz konusu hidrolik değerler Çizelge 1 de verilen standart değerlerle karşılaştırıldığında mevcut balık geçidinin hidrolik tasarımının standart değerlere uyduğu görülmektedir. Çizelge 1. Havuzlu geçitlere ilişkin tavsiye edilen ölçüler Balık Türü Boy Havuz ölçüleri (m) Genişlik Derinlik Batık orifislerin ölçüleri (m) Genişlik Yükseklik Çentiklerin ölçüleri (m) Genişlik Yükseklik Balık geçidind en gecen debi Azami su kotu farkı Gölge balığı, tatlı su kefali, çapak balığı vd. Üst alabalık kuşağı l b b h b s h s b a h a m 3 /s Δh (m) >1.0 >0.8 >

12 EK 1 Çamlıca 2 HES tarafında önerilen Balık Geçidi Projesi 9

13 EK 2 Bu çalışmada Çamlıca 2 HES için önerilen Balık Geçidi Projesi 10