İÇME SUYU VE KANALİZASYON BORU HATLARININ DEPREM PERFORMANSININ DEĞERLENDİRİLMESİ

Transkript

1 Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, October 2007, Istanbul, Turkey İÇME SUYU VE KANALİZASYON BORU HATLARININ DEPREM PERFORMANSININ DEĞERLENDİRİLMESİ EARTHQUAKE PERFORMANCE ASSESSMENT OF DRINKING AND WASTE WATER PIPELINE SYSTEMS Selçuk TOPRAK 1 ve A. Cem KOÇ 2 ÖZET Yerleşim bölgelerine hizmet veren içme suyu ve kanalizasyon boru hatlarının deprem sonrasında da işlevlerine devam etmeleri veya çok hızlı bir şekilde işler hale getirilmeleri toplum huzur ve sağlığı açısından çok önemlidir. Bunun sağlanabilmesi için ise deprem olmadan önce boru hatlarının deprem güvenliğinin değerlendirilmesi ve olası problemlerin tespiti gereklidir. Değerlendirmeler ışığında riskin azaltılması için çalışmalar, örneğin hatlarda deprem öncesi iyileştirmeler ve/veya deprem sonrası için yedek malzeme stoklama yapılabilmektedir. Bu çalışmada içme suyu ve kanalizasyon boru hatlarının deprem performansını etkileyen faktörler tartışılmış ve boru hatlarının deprem etkisi altındaki davranışının analizi için analitik ve sayısal yöntemler sunulmuştur. Geçmiş yıllarda gerçekleşen, yerleşim bölgelerine yakın büyük depremler gömülü boru hatları sistemlerinin performansını değerlendirme açısından çok önemli bilgiler sağlamışlardır. Alınan derslerden en önemlileri bu çalışmada gösterilmiş ve geleceğe yönelik altyapı planlamaları üzerindeki etkileri açıklanmıştır. Coğrafi bilgi sistemlerinin (CBS) gerek analiz, gerek geleceğe yönelik hasar tahminleri, gerekse performans değerlendirmelerinde kullanımı örneklerle verilmiştir. Denizli içme suyu ve kanalizasyon şebekesi için oluşturulan CBS veri tabanı açıklanmış ve bu şebekelerin deprem güvenlik değerlendirilmeleri sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: Borular, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), Deprem, İçme Suyu, Kanalizasyon ABSTRACT Continuous service of drinking water and sewage pipeline systems or getting their functionality quickly back right after an earthquake is very important and crucial for the urban societies. In order to achieve this objective, evaluations of pipeline systems and identifications of possible problems before any earthquake occurs are necessary. These evaluations may help and guide risk reduction studies and result in for example improvement of the pipeline systems and/or stockpiling of spare parts. In this study, factors that affect the earthquake performance of drinking water and sewage pipeline systems are discussed and selected analysis methods to determine the behaviour of pipelines under earthquake loading are presented. The lessons taken from the performance of pipelines in the past earthquakes and future application from these lessons are indicated. Use of geographical information systems (GIS) in the analysis of pipelines in various aspects such as damage assessment and damage and performance prediction are presented with some examples. The inventory data for Denizli city, Turkey drinking water and sewage pipeline systems are shown and assessment of the systems against future earthquakes is presented. Keywords: Drinking Water, Earthquakes, Geographical Information Systems (GIS), Pipelines, Sewage 1 Yard. Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi, Denizli, stoprak@pau.edu.tr 2 Yard. Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi, Denizli, a_c_koc@pau.edu.tr 687

2 688 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı GİRİŞ Depremlerde alt yapı sistemlerinde meydana gelen zararlar gerek ekonomik gerekse toplum yaşamı açısından olumsuz sonuçlar doğurmaktadır. Son yıllarda yerleşim bölgelerine yakın gerçekleşen her deprem bu gerçeği bir kez daha göstermiştir. Örneğin, Batı Japonya nın endüstri ve kültür merkezi olan toplam 15 milyon nüfuslu Hanshin bölgesi, Kobe ve Osaka, 1995 Kobe depreminin yoğun tesirinde kaldı. Bu bölgedeki su, atık su, gaz, elektrik ve telekomünikasyon sistemleri gibi candamarı sistemlerinin gördüğü zarardan en az 3 milyon kişi ciddi şekilde etkilendi. Kobe de su kesintisi 60 günü bulurken, diğer şehirlerde 30 günü buldu (Schiff, 1998). Gaz ve su sistemlerinin tekrar eski işlerliğine dönmesi iki-üç ay kadar bir süre aldı Kocaeli ve Düzce depremlerinde benzer bir durum Türkiye de yaşanmıştır. Adapazarı ve pek çok ilçe su dağıtım sistemlerinin neredeyse tamamını kaybetmişlerdir. Oluşan hasarların büyüklüğü ve kentlerde bu sebeple meydana gelen sorunlar boru hattı sistemlerinin yapılırken deprem güvenli tasarlanmasını ve mevcut sistemlerinde deprem performanslarının önceden değerlendirilmesi gerekliliğini gündeme getirmiştir. Gömülü boru sistemlerinin deprem etkisi altında davranışları geçmiş depremlerdeki gözlemler, teorik ve teknolojik ilerlemeler ve analizler ile daha anlaşılır hale gelmiştir. Bu çalışmada boru hatlarının deprem performansının belirlenebilmesi için kullanılabilecek yöntem ve araçlardan örnekler verilmiş ve uygulamaları gösterilmiştir. Özellikle coğrafi bilgi sistemlerinin (CBS) gerek analiz, gerek geleceğe yönelik hasar tahminleri, gerekse performans değerlendirmelerinde kullanımı vurgulanmıştır. Denizli şehri için gerçekleştirilen uygulama anlatılarak analiz sonuçları verilmiştir. DEPREM SONUCU OLUŞAN KALICI YER DEFORMASYONLARININ (KYD) GÖMÜLÜ BORULAR ÜZERİNDE ETKİSİ Depremin gömülü boru hatları üzerine olan zararı, geçici yer deformasyonlarıyla (GYD) ya da kalıcı yer deformasyonlarıyla (KYD) olmaktadır. GYD, deprem dalgalarının geçişi esnasında oluşan, zeminin dinamik tepkisi iken KYD deprem sonrasında zeminde oluşan ve geri dönmeyen son yer değiştirmelerdir. GYD bazen küçük miktarda kalıcı deformasyonlar oluşturabilir fakat bunlar genelde yüzeysel etkilerdir. KYD genellikle büyük olmakta, örneğin fay hatlarının hareketlerini, şev kaymalarını, sıvılaşma sonucu oluşan yer değiştirmeleri ve kohezyonsuz topraklarda oluşan farklı oturmaları içine almaktadır (Toprak ve Yoshizaki, 2003). Deprem dalgalarının yüzeyde ilerlemesi esnasında borular üzerine etkisi eksenel ve eğilme deformasyonları oluşturması şeklinde gerçekleşir. Bu etkiler normalde özellikle borunun korozyon vs. faktörlerle zayıfladığı noktalarda kırılmalara ve çatlaklara sebep olurken, eğer oluşan deformasyonlar yüksekse lokal burkulma, buruşma ve dolayısıyla borunun yırtılması şeklinde hasarlara sebep olabilir. KYD etkisiyle borularda meydana gelen hasarlar kalıcı yer hareketinin büyüklüğüne, kalıcı yer hareketinin gerçekleştiği bölgenin büyüklüğüne ve yer hareketinin boru güzergahında dağılım şekline bağlıdır. Boruların etkilendiği kalıcı yer deformasyonları boru eksenine dik veya paralel doğrultuda olabilir. KYD nin boru eksenine paralel olduğu hal için borular üzerinde KYD etkisi, O Rourke ve Nordberg (1992) tarafından önerilen modellerle değerlendirilebilir. O Rourke ve Nordberg (1992), 1964 Niigata, Japonya depreminde meydana gelen yer hareketleri (Hamada vd., 1986; Hamada, 1992) dağılımlarını değerlendirmiş ve genel olarak dört grupta incelenebileceği sonucuna varmıştır. Şekil 1a Niigata şehrinde yer hareketlerinin hava fotoğrafları yardımıyla belirlendiği bir bölgeyi göstermektedir. Ok işaretlerinin başlangıçları hareketin ölçüldüğü noktayı, okların doğrultusu ve yönü ise yer hareketinin doğrultu ve yönünü göstermektedir. Oklar ölçekli olarak çizilmişlerdir. Şekil 1b bu bölgede alınan A-A kesiti boyunca ölçülen noktalardaki yer hareketi miktarını vermektedir. İçi dolu olan semboller A-A kesiti boyunca sola, içi boş olan semboller ise sağa doğru hareketi göstermektedir. Değişik şehirlerde ve bölgelerde benzer ölçümleri değerlendiren O Rourke ve Nordberg (1992) tarafından önerilen dört model Şekil 2 de görülmektedir. Şekil 2a, b, c ve d sırasıyla rampa, katı-blok, rampa-adım ve sırt modellerini göstermektedir.

3 S. Toprak ve A. C. Koç 689 a) Shinano nehri civarında oluşan yer hareketleri b) A-A kesiti boyunca yer hareketleri Şekil Niigata, Japonya depreminde Niigata şehrinde hava fotoğrafları kullanılarak ölçülen yer hareketleri (Hamada, 1992)

4 690 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı Ug Eksenel Yönde Zemin Deplasmanı α 1 O Boru Aksı Boyunca Konum L αl X a) Rampa Modeli Ug Eksenel Yönde Zemin Deplasmanı δ O Boru Aksı Boyunca Konum L X b) Katı-Blok Modeli Ug Eksenel Yönde Zemin Deplasmanı 1 α αl O Boru Aksı Boyunca Konum L c) Rampa-Adım Modeli X Ug Eksenel Yönde Zemin Deplasmanı O 1 L/2 α α L/2 1 L X Boru Aksı Boyunca Konum d) Sırt Modeli Şekil 2. Kalıcı yer hareketlerinin bölge içerisinde dağılım modelleri (O Rourke ve Nordberg, 1992) Yer değiştirmeler sonucunda zemin içerisinde yer alan boruyla zemin arasında sürtünme sonucunda etkileşme meydana gelmektedir. Örnek olması açısından Şekil 2b deki kayan blok modeli için yer hareketi sonrasında zemin ve borunun yer değiştirmeleri Şekil 3 te gösterilmiştir. Ayrıca bu esnada boruda gelişen eksenel kuvvet ve şekil değiştirmeler Şekil 3a ve b de sırasıyla gösterilmektedir. Bu modelde iki farklı durum gözönüne alınmaktadır. Durum I de KYD bölgesinin uzunluğu (L), boru ile KYD bölgesi içinde borunun etrafındaki zemin arasında sıfır-kayma geliştirebilecek yeterlikte büyüklüğe sahiptir. Durum II de KYD bölgesinin uzunluğu (L), sıfır-kayma oluşturacak değerden büyüktür. Bu nedenle borudaki şekil değiştirme Durum I de KYD bölgesinin uzunluğu, Durum II de ise KYD miktarı (δ) tarafından kontrol edilmektedir. Borudaki eksenel şekil değiştirme dağılımı, Şekil 3 te yer değiştirme ve kuvvet diyagramlarının altında Durum I ve II için gösterilmiştir. Şekilde f m, zemin-boru arayüzünde birim sürtünme kuvvetini ve L e, sürtünmenin etkidiği etkin uzunluğu göstermektedir. Birim sürtünme kuvveti şöyle ifade edilebilir: f m = (c + μγh)πd (1)

5 S. Toprak ve A. C. Koç 691 burada c zemin kohezyonu, μ zemin-boru arayüzünde sürtünme kuvveti katsayısını, ϒ efektif birim ağırlığı, H yüzeyden boru ortasına olan derinliği ve D borunun dış çapını göstermektedir. Her iki durum için de, AB kısmı arasında borudaki kuvvet A dan ölçülen mesafe ile doğrusal ilişkiye sahiptir. Boru malzemesi için Ramberg-Osgood modeli kullanarak, Durum II için maksimum uzama oranı, ε maks şöyle yazılabilir. ε maks = β p E L e n β p L r σ y e r (2) burada n ve r Ramberg-Osgood parametreleri, E boru için elastisite modülü, σ y akma gerilmesi, β p is boru gömme parametresi, ve L e Şekil 3b de A noktasından B noktasına olan mesafedir. Şekil 3 te görüldüğü gibi benzer bir eşitlik Durum I için de yazılabilir. Kayan blok modeli için bir örnek, 1994 Northridge depremi esnasında Balboa Bulvarı ve McLennon caddesi civarındaki Holosen Alüvyal zeminlerde meydana gelen kalıcı yer deformasyonlarıdır. Zemin hareketi dört gaz boru hattını, 2 ana su hattını ve bir petrol hattını etkilemiştir. Bu hatlardan 3 tanesi ciddi sonuçlar doğuracak şekilde hasar görmüş, dört tanesi ise zarar görmemiştir. Zarar gören borular 2 çelik ana su borusu (1245 mm ve 1727 mm çaplarında) ve eski çelik doğal gaz hattı 120 (559 mm çaplı) dır. Aynı bölgede hasar gören ve görmeyen bu boruların vakasının değerlendirilmesi gömülü boruların deprem performasını etkileyen faktörlerin anlaşılması, analitik metodların kalibre edilmesi ve performansın arttırılması amacıyla önlemlerin alınması açısından çok önemlidir. Balboa Bulvarında oluşan kalıcı yer deformasyonu, zemin kütlesinin hemen hemen bir bütün olarak boruların doğrultusuna paralel olarak hareket etmesi şeklinde gerçekleşmiştir. Değişik araştırmacıların hareketin büyüklüğünü belirlemek için yaptıkları çalışmaları değerlendiren Toprak (1998) yer hareketinin yaklaşık 50 cm alınabileceğini belirtmiştir. Toprak (1998), O Rourke ve Palmer (1994) tarafından sunulan verilerin üzerine ek çalışmalar yaparak bu lokasyondaki boruların analizini gerçekleştirmiştir. Analizde kullanılan a) Durum I Şartları b) Durum II Şartları Şekil 3. Boru eksenine paralel yönde KYD durumunda, KYD etkileri için kayan blok modeli (O Rourke ve Nordberg, 1992; Toprak, 1998)

6 692 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı Şekil 4. Balboa Bulvarındaki KYD bölgesindeki borular (O Rourke ve Palmer, 1994) metod, KYD etkisi için O Rourke ve Nordberg (1992) tarafından önerilen kayan blok modelidir. Analizlerde gözönüne alınan parametreler şunlardır: borular ve zemin arasındaki sürtünme katsayısı, boru malzeme özellikleri ve boru ek özellikleridir. Analiz sonuçları göstermiştir ki: Mobil petrol hattı, gaz hattı 3000, gaz hattı 3003, ve yeni gaz hattı 120 yapıldıkları çeliğin yüksek gerilmelere dayanabilmesiyle ve aynı zamanda yüksek dayanımlı kaynak ekleriyle hasarsız bir şekilde deprem yüklemelerini karşılayabilmiştir. Bu özellikler olmasaydı gaz hatları 3000 ve 3003 ün oluşan büyük birim uzamalara direnebilmeleri mümkün olmazdı. Analizler özellikle Mobil petrol hattı ve yeni gaz hattı 120 nin boru kaplama cinsinden dolayı düşük birim uzamalara maruz kaldığını göstermiştir. Hasar gören su ve gaz hatlarında zararlar boru ek noktalarında meydana gelmiştir. CBS İLE ALT YAPI SİSTEMLERININ DEPREM PERFORMANSININ DEĞERLENDİRİLMESİ Coğrafi Bilgi Sistemleri kullanılarak değerlendirmelerin yapılabilmesi için öncelikle alt yapı sistemleri ile ilgili bilgilerin sayısallaştırılması gerekmektedir. Örneğin, Toprak (1998) Los Angeles şehri ve 1994 Northridge depremi için yaptığı çalışmada boru onarım yerleri, iletim ve dağıtım borularının cins ve boyut özellikleri ile ilgili bilgileri coğrafi bilgi sistemleri veri tabanı olarak ARC/INFO yazılımı ile hazırlamıştır. Yaklaşık olarak km dağıtım hattı ve km iletim hattı sayısallaştırılarak bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Şekil 5 su dağıtım hatlarındaki onarım noktalarını ve font borular için eş onarım oranı eğrilerini harita üzerinde göstermektedir. Dağıtım hatlarının %76 sı font borudan oluşmaktadır. Bu borular kırılgan özelliklere sahiptir ve ufak yer değiştirmelere karşı hassastır. O yüzden özellikle deprem dalgalarının etkisinin tespitinde kullanılmaya çok uygundur. Ayrıca dağıtım hatlarının çoğunluğunun bu boru cinsinden olması ve şehir içerisinde yaygın olarak dağılımı depremin etkilerinin incelenmesinde tercih edilmesini etkilemiştir. Eş onarım oranı eğrilerini belirleyebilmek için harita 2x2 km boyutunda alanlara bölünmüş ve her alan içerisindeki font boru onarım sayısı tespit edilmiş ve bu sayı yine aynı alan

7 S. Toprak ve A. C. Koç 693 K Santa Monica Körfezi Font Boru Onarım Oranı Dağıtm Hattı Onarımları Font Çelik Diğerleri Eyaletler Arası Oto Yollar Ana Caddeler Eş Onarım Oranı Eğri Aralığı = 0.1 Onarım/km Kilometre Şekil Northridge Depremi için Font Boru Hatları Eş Onarım Oranı Eğrileri (O Rourke ve Toprak, 1997) içindeki toplam font boru uzunluğuna bölünmüştür. Bu şekilde elde edilen onarım oranı, boru hasarlarını belirtmede kullanılan yaygın bir terimdir. Bu değerler her alanın merkezindeki değer olarak kabul edilmiş ve interpolasyon uygulanarak eş onarım oranı eğrileri çizilmiştir. Değişik alan ölçütleri denenmiş ve 2x2 km lik ölçü, bu çalışma bölgesi ve harita ölçeği için en uygunu olarak tespit edilmiştir (Toprak vd., 1999). Eş onarım oranı eğrilerinin en yoğun olduğu bölgeler dağıtım hatlarında oluşan hasarların en fazla olduğu yerleri göstermektedir. Boru hatlarında oluşan zararlar ile farklı deprem parametreleri arasında coğrafi etkileşimi tespit edebilmek için Los Angeles ve civarında kaydedilmiş 240 kuvvetli yer hareket ölçeri verileri kullanılmıştır. PGV zonları kuvvetli yer hareketi ölçerlerinden elde edilen maksimum yer hızı değerlerinden interpolasyonla elde edilmiştir. CBS kullanarak her PGV zonu içindeki boru onarım sayısı ve boru uzunluğu hesaplanarak zona karşılık gelen onarım oranı hesaplanmıştır. Her zon içerisindeki boru hattı uzunluğunun sistemdeki toplam font boru uzunluğunun yaklaşık % 2 inden az olmaması bir eleme kriteri olarak kullanılmıştır. Bu oran her PGV zonu içerisindeki boru hattı uzunluğunun populasyon istatistiğini uygun şekilde temsil edebilmesi için seçilmiştir. Bu kriter sonucunda elenen zonlar aynı zamanda özellikle kalıcı yer hareketleri gözlenen bölgelere karşılık geldiğinden son veriler deprem dalgalarının geçişi esnasında oluşan hasarları temsil etmektedir. Bu verilerden hesaplanan onarım oranları ile PGV arasında geliştirilen korelasyon kullanılan eleme kriterinin sonucu olarak korelasyon 75 cm/sn yer hızına kadar geçerlidir. Toprak (1998) benzer ilişkileri boru hattı onarım oranları ile en büyük yatay yer ivmesi (PGA), en büyük yatay yer değiştirme, geliştirilmiş Mercalli şiddeti (MMI), spectrum şiddeti (SI), Arias şiddeti (AI), ve spektral ivme ve hız gibi deprem parametreleri arasında geliştirmiştir. Bu parametreler arasında PGV, boru hattı onarım oranı ile en iyi korelasyon değerini vermiştir. Değişik boru cinsleri için boru hattı onarım oranları ve PGV arasındaki ilişkileri O Rourke vd. (1999) ve O Rourke ve Jeon (1999) kaynaklarında bulunabilir. Şekil 6 GYD etkisiyle oluşacak boru hasarları için değişik araştırmacılar tarafından önerilen ilişkileri grafik olarak göstermektedir (Toprak ve Taskin, 2007; Toprak, vd. 2006). Bu ilişkiler başka bir bölgede gelecekte olacak bir deprem için deprem zarar tahminlerinin yapılmasında, zararların önlenmesi için tedbirler alınmasında ve deprem sonrası için hazırlıkların yapılmasında önemlidir.

8 694 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı 1 Hasar Oranı (Onarım Sayısı / km) Repair Rate (Number of Repairs/km) 0.1 HAZUS 1999 Toprak 1998 O'Rourke & Jeon 2000, Geo. Ortalama Mean PGV O'Rourke & Jeon 1999, 2000, Max. PGV ALA 2001 Pineda & Ordaz 2002 M.O'Rourke & Deyoe 2004-S Wave Dalga M.O'Rourke & Deyoe 2004-R Wave Dalga Peak Pik Yatay Ground Hız Velocity (cm/sn)(cm/sec) 100 Şekil 6. Gömülü boru hattı sistemleri için hasar ilişkileri (Toprak ve Taskin, 2007) DENİZLİ SU DAĞITIM VE KANALİZASYON ŞEBEKESİ Denizli de su şebekesi 1953 yılında servise başlamış ve nüfusunun 1960 yıllarında ten 2000 yıllarında e ulaşmasına bağlı olarak büyümüştür. Uygun topoğrafyaya bağlı olarak birkaç yüksek bölge dışında şebeke cazibeden istifade etmektedir. Denizli şehrine su 5 farklı kaynaktan sağlanmaktadır. Bunlar; Derindere kaynağı (250 litre/sn), Gökpınar kaynağı (700 litre/sn), Kozlupınar kaynağı (70 litre/sn), Benlipınar kaynağı (20 litre/sn) ve bir çok su kuyularıdır (400 litre/sn). Yüksek kapasiteli kaynaklar servis alanının dışında yer almaktadır, ancak su kuyuları servis alanının hem içinde hem de dışında bulunmaktadır. Su, kaynaklardan su depolarına iletilmekte, orada depolanmakta ve su dağıtım sistemine bu depolardan iletilmektedir. Bazı belediyeler aynı kaynaktan getirilen suyu paylaşmaktadırlar. Denizli su şebekesi birbirinden bağımsız 7 ana basınç bölgesinden oluşmaktadır. Bu basınç bölgeleri 28 alt bölgeye bölünmüştür. Şebekede birbirinden bağımsız basınç bölgeleri olması, muhtemel hasarların basınç bölgeleri içinde sınırlanmasını sağlayacaktır. Denizli şehrinin su dağıtım sistemi projesinin paftalarının tamamı Denizli Belediyesi tarafından sağlanmıştır. Bunlar arasında 1993 de yapılan projenin paftaları ve daha eski paftalar bulunmaktadır yılında yapılan paftalar tüm Denizli şehrinin su temini sisteminin bir bölümü olarak hazırlanmıştır. Daha eski tarihlere ait paftalar font boruları gösterir. Ayrıca 2005 yılına kadar Denizli Belediyesi Su İşleri Müdürlüğü tarafından yapılan boru döşemelerini ve yenilemelerini gösteren çok sayıda çizim ve belge de Denizli Belediyesi nden temin edilmiştir. İlaveten diğer pek çok belediyeden de su şebekelerini gösteren harita ve sayısal veriler toplanmıştır. Tüm bu veriler Denizli şehri su dağıtım sisteminin sayısal haritalarının ve veri tabanının hazırlanmasında kullanılmıştır. Veri giriş ve analiz safhalarında ESRI tarafından üretilen ArcGIS

9 S. Toprak ve A. C. Koç 695 Anayollar Font Boru Hatları Su Şebekesi İletim ve Bağlantı Hatları Ana Hatlar Tali Hatlar Su Depoları Belediye Sınırları AKKALE ALLACLAR UCLER BEREKETLI GUMUSLER DENIZLI GÖKPINAR BARAJI K N SERVERGAZI KAYHAN Kilometers Kilometre KINIKLI BAGBASI GOKPINAR Şekil 7. Denizli su şebekesi CBS veri tabanı (Toprak vd. 2006) ve ArcView CBS programları kullanılmıştır. Denizli su iletim ve dağıtım şebekesi ve oluşturulan CBS veri tabanı ayrıntılarıyla Toprak, vd. (2005), Toprak vd. (2004), ve Toprak (2004) te anlatılmıştır. Burada yalnızca ana özelliklerine değinilecektir. Şekil 7 Denizli şehri su şebekesini ve şebekeye ait ana hatlar, iletim ve bağlantı hatları ile su depolarını göstermektedir. Denizli şehir merkezinin kanalizasyon şebekesi tatbikat projesi 1986 yılında yapılmıştır. Şebeke, ayrık sistem olarak ve beton boru kabulü ile İller Bankası Yönetmeliğine uygun projelendirilmiştir. Denizli de kanalizasyon sistemi ile ilgili iki ayrı harita seti bulunmaktadır. Bunlar kanalizasyon tatbikat projesi ve kanalizasyon şebekesi işletme planı dır. Kanalizasyon tatbikat projesinde, projesi yapılan tüm kanalizasyon sistemi gösterilmektedir. Proje toplam 47 paftadan oluşmaktadır. İşletme planında ise döşenmiş olan kısım görülmektedir. Kanalizasyon sistemi kanalizasyon tatbikat projesi esas alınarak gelişimini sürdürmektedir. Tatbikat projesine genellikle sadık kalınmakla birlikte uygulamada bazı boruların yerleri değiştirilmiş ve bunlar işletme planında gösterilmiştir. Dolayısıyla bu iki projenin ayrı ayrı envanterinin çıkarılmasının ve sonrasında birleştirilmesinin yararlı olacağı düşünülmüştür. Şebekenin coğrafi bilgi sistemlerine giriş işlemi ayrıntılarıyla Toprak vd. (2005) tarafından anlatılmıştır. Veri giriş amacıyla ArcGIS ve ArcView CBS (ESRI, 1996; 2004) programları kullanılmıştır. Kanalizasyon şebekesinin CBS veri tabanına aktarma işleminde deprem performans değerlendirmesinde gerekli olan boru çaplarına ek olarak sistemin hidrolik çözümü için gerekli olan veriler girilmiştir. Örneğin, borular akış yönüne doğru çizilmiş ve her boru için, başlangıç ve bitiş düğüm numaraları, başlangıç ve bitiş arazi kotları, başlangıç ve bitiş taban kotları ve üstten gelen debi olup olmadığına ait bilgi girilmiştir. Bu bilgiler tatbikat projesinde ve işletme planında bulunmaktadır. Tüm borular beton boru olduğu için bu bilgi ayrıca belirtilmemiştir ve boru uzunlukları çizim sırasında program tarafından hesaplandığı için projelerde bulunmasına rağmen girilmemiştir. İstendiğinde boru uzunlukları programdan alınabilmektedir. Boru eğimleri başlangıç ve bitiş taban kotları arasındaki farkın boru uzunluğuna bölünmesiyle programa hesaplatılacaktır. Şekil 8, Denizli kanalizasyon şebekesinin CBS veri tabanına aktarma işleminin tamamlanan kısmını göstermektedir. Kanalizasyon sisteminin veri girişi devam ettiği için deprem performans değerlendirilmesi burada sunulmamıştır.

10 696 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı Denizli su şebekesinin GYD ve KYD etkisiyle meydana gelebilecek hasarlardan nasıl etkilendiğinin belirlenmesi, şebekenin deprem sonrası performansının anlaşılması açısından çok önemlidir. Bu nedenle bu çalışma kapsamında; HAZUS 99 da (FEMA, 1999) verilen performans indeksi metodu kullanılarak, Denizli su şebekesinde M6, M6.3, M6.5, M7 senaryo depremleri sonrası meydana gelebilecek kırık ve sızıntılar elde edilerek şebekenin çalışma performans indeksi elde edilmiştir. Yapılan bu performans analizi sonucunda, Pamukkale fayı etkisiyle oluşabilecek M6 senaryo depremi için tahmin edilen performans % arasında, M6.3 senaryo depremi için tahmin edilen performans %45-85 arasında, M6.5 senaryo depremi için tahmin edilen performans %6-34 arasında ve M7 senaryo depremi için tahmin edilen performans %2-4 arasında değişmektedir. Karakova-Akhan fayı etkisiyle oluşabilecek M6 senaryo depremi için tahmin edilen performans %26-75 arasında, M6.3 senaryo depremi için tahmin edilen performans %5-24 arasında, M6.5 senaryo depremi için tahmin edilen performans %3-6 arasında değişmekte ve M7 senaryo depremi için tahmin edilen performans %0-4 olmaktadır. Şekil 8. Denizli kanalizasyon şebekesi CBS veri tabanı

11 S. Toprak ve A. C. Koç 697 SONUÇ Yerleşim bölgelerine hizmet veren boru hatlarının deprem sonrasında da işlevini sürdürmesi çok önemlidir. Bunu sağlayabilmek için ise deprem hatlarının depreme karşı taşıdığı risklerin belirlenmesi ve bu riskleri azaltma adına ön hazırlıkların yapılması gerekmektedir. Geçmiş depremler bu konuda yapılan ihmalkarlığın ağır sonuçlarını göstermiştir. Bu çalışmada boru hatlarının deprem performansının belirlenebilmesi için kullanılabilecek yöntem ve araçlardan örnekler verilmiş ve uygulamaları gösterilmiştir. Özellikle coğrafi bilgi sistemlerinin (CBS) gerek analiz, gerek geleceğe yönelik hasar tahminleri, gerekse performans değerlendirmelerinde kullanımı vurgulanmıştır. Denizli şehri için gerçekleştirilen uygulama anlatılarak analiz sonuçları verilmiştir. Denizli civarında Pamukkale ve Karakova-Akhan fayları kaynaklı M6.5 ve M7 arasındaki olası bir depremde su şebekesinin çalışamaz duruma geleceği tahmin edilmektedir. Bununla birlikte performans analizi sonuçları göstermiştir ki; kalıcı yer deformasyonları, su şebekesinin çalışma performansını geçici yer deformasyonlarına göre daha çok düşürmektedir. Şebeke de iyileştirmelerin ve depreme karşı alınacak tedbirlerin öncelikle kalıcı yer deformasyonlarının yoğunlaştığı bölgelerden başlaması kaynakların etkili kullanımı açısından daha faydalı olacaktır. Teşekkür Buradaki çalışmaların bir kısmı TÜBİTAK Proje No.106M252, bir kısmı da Pamukkale Üniversitesi BAP No.2003MHF006 ile desteklenmektedir. Çalışmaların gerçekleştirilmesinde katkı ve yardımları için Denizli deki belediyelere ve Su İşleri Müdürlüğü çalışanlarına, özellikle de Denizli Belediyesi Su İşlerinden Orhan Kaygın (eski Su İşleri Müdürü), Şule Vardar (Müdür), Sibel Çukurluoğlu ve Yusuf Örnek e teşekkürlerimizi sunarız. KAYNAKLAR Environmental Systems Research Institute ESRI (1996), Using ArcView GIS. Redlands, Environmental Systems Research Institute Inc. Environmental Systems Research Institute ESRI (2004), Getting Started with ArcGIS, Redlands: Environmental Systems Research Institute Inc. Federal Emergency Management Agency (FEMA) Earthquake Loss Estimation Methodology, HAZUS 99: technical manual. Prepared by the National Institute of Building Sciences. Hamada, M., Yasuda, S., Isoyama, R., and Emoto, K. (1986), Study on Liquefaction-Induced Ground Displacement, A Report by Research Committee, Association for the Development of Earthquake Prediction, Tokyo, Japan, Nov. 1986, pp Hamada, M. (1992), Large Ground Deformations and Their Effects on Lifelines: 1964 Niigata Earthquake, in Case Studies of Liquefaction and Lifeline Performance During Past Earthquakes, Volume 1, Japanese Case Studies, Edts. M. Hamada and T. D. O Rourke, Technical Report NCEER O Rourke T.D., Toprak, S., Jeon, S. S. (1999). GIS Characterization of the Los Angeles Water Supply, Earthquake Effects, and Pipeline Damage, Research Progress and Accomplishments, , MCEER, Buffalo, NY. O Rourke, M. J. and C. Nordberg (1992), Longitudinal Permanent Ground Deformation Effects on Buried Continuous Pipelines, NCEER , Buffalo, NY, June. O Rourke, T. D. and M. C. Palmer (1994), The Northridge, California Earthquake of January 17, 1994: Performance of Gas Transmission Pipelines, NCEER ,NCEER, Buffalo, NY, May. O'Rourke, T. D. and Jeon, S. S Factors Affecting the Earthquake Damage of Water Distribution Systems, Optimizing Post-earthquake Lifeline System Reliability, Proceedings Fifth US Conference on Lifeline Earthquake Engineering. Elliott, W. M. & McDonough, P. (Eds.), Seattle, WA, ASCE. s O'Rourke, T. D. and Toprak, S. (1997), GIS Assessment of Water Supply Damage from the Northridge Earthquake, Geotechnical Special Publication No.67, Frost, J. D. (Ed.) ASCE, New York, s

12 698 İçme Suyu ve Kanalizasyon Boru Hatlarının Deprem Performansı Schiff, A. J. (1998), Hyogoken-Nanbu (Kobe) Earthquake of January 17, 1995: Lifeline Performance, Technical Council on Lifeline Earthquake Engineering, Monograph No. 14, ASCE. Edt. Anshel J. Schiff. Toprak, S. (1998), Earthquake Effects on Buried Lifeline Systems, Ph.D. Thesis, Cornell University, Ithaca, NY. Toprak, S Gömülü Boru Sistemlerinde Deprem Zararlarının Tahmini, Altıncı Uluslararası İnşaat Mühendisliğinde Gelişmeler Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, s Toprak, S. and Taşkın, F. (2007), Estimation of Earthquake Damage to Buried Pipelines Caused by Groung Shaking. Natural Hazards, Springer. The Netherlands, 40:1-24. Toprak, S. ve Yoshizaki, K. (2003), Boru Hatlarına Deprem Yüklerinin Etkisi, 5. Ulusal Deprem Mühendisliği Kongresi, İstanbul, No:025. CDROM. Toprak, S., Koc, A.C., Taşkın, F. (2006), Alt Yapı Sistemlerinin Deprem Güvenliğinin Değerlendirilmesi, Yapısal Onarım ve Güçlendirme Sempozyumu, Denizli, Toprak, S., Koç, A. C. Taşkın, F. (2004), Seismic Vulnerability Assessment of Denizli City, Turkey Water Supply System, 13th World conference on earthquake engineering, Vancouver, B. C. Canada, Paper No: 812. Toprak, S., O Rourke, T. D., Tutuncu, I. (1999). GIS Characterization of Spatially Distributed Lifeline Damage, Optimizing Post-Earthquake Lifeline System Reliability, Proceedings, Fifth U.S. Conference on Lifeline Earthquake Engineering, W. M. Elliott and P. McDonough, Eds., Seattle, WA, August, ASCE, pp Toprak, S., Taşkın, F., Koç, A. C., Vardar, Ş. (2005), Altyapı Sistemlerinin Deprem Performansının Coğrafi Bilgi Sistemleri ile Değerlendirilmesi, Deprem Sempozyumu, Kocaeli. s