DATÇA YAT LİMANI YÜZER DALGAKIRANININ 3 BOYUTLU MODELLEME ÇALIŞMASI

Transkript

1 DATÇA YAT LİMANI YÜZER DALGAKIRANININ 3 BOYUTLU MODELLEME ÇALIŞMASI Bergüzar Özbahceci, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, berguzarozbahceci@iyte.edu.tr Alp Küçükosmanoğlu, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Burdur, alpkosmo@gmail.com Ali Rıza Günbak, ARG Kıyı ve Liman Mühendisliği Şti., İstanbul, alirizagster@gmail.com Halit Levent Akbaş, ATAK Mühendislik ve İnşaat A.Ş., Ankara, hlakbas@atakeng.com.tr ÖZET Muğla-Datça Yat Limanı inşaatı kapsamında yer alan Datça Yat Limanı dalgakıranında dik duvar (kazıklı veya keson) ile yüzer dalgakıranın birlikte kullanılması öngörülmüştür. Ön tasarımı yapılan dalgakıranların üç boyutlu fiziksel modelleme deneyleri Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğü Araştırma Dairesi Başkanlığı bünyesinde yer alan Hidrolik Laboratuvarı nda gerçekleştirilmiştir. Deneylerde dalgakıranın önce yalnızca dik duvar, daha sonra dik duvar+yüzer kombinasyonu ve tamamen yüzer olma senaryoları, çeşitli dalga koşullarında liman içinde oluşan çalkantı ölçülerek test edilmiştir. Dik duvar ve yüzer dalgakıran kombinasyonunda, tüm dalga yönleri dikkate alındığında liman içinde dalga yüksekliğinin Hs>0.3m olması olasılığı yılda %1.08 olup, tamamen yüzer dalgakıran olma durumunda bu olasılık yılda %2.1 dir. Anahtar kelimeler: Yüzer dalgakıran, dik duvar dalgakıran, 3 boyutlu fiziksel modelleme, liman içi çalkantı 3D HYDRAULIC MODEL EXPERIMENTS OF DATCA MARINA FLOATING BREAKWATER ABSTRACT For the breakwater of Datca Marina located at the South Western corner of Turkey at the Mediterranean Sea, both a floating breakwater of total 526m and a vertical wall breakwater of 362m are decided to use for protecting the Marina against waves. The performances of the only vertical wall, vertical wall and floating breakwaters combination and only floating breakwater are investigated through 3D hydraulic model experiments. Hydraulic model tests showed that the significant wave height may exceed 0.3m only 1,08% of the year in the combination of vertical wall and floating breakwater. In the case of only floating breakwater, this probability becomes 2.1% of the year. Key words: Floating Breakwater, vertical wall Breakwater, 3D hydraulic modeling, harbor tranquillity 645

2 1. GİRİŞ Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğünce Yap İşlet Devret modeliyle ihalesi yapılan Muğla-Datça Yat Limanı inşaatı kapsamında yer alan Datça Yat Limanı dalgakıranın ön tasarımı ARG Şti. tarafından yapılmıştır. Şekil 1 de Datça yat limanının konumu gösterilmiştir. Buna göre liman Güney- Batı yönünden gelen dalgalara kapalıdır. En uzun feç mesafesi SSE yönünde ve 49 km.dir. Yapılan batimetri ölçümlerinde liman alanında su derinliğinin 4m-37m arasında değiştiği; taban eğiminin oldukça dik olduğu (1/3-1/5) ortaya çıkmıştır. Su derinliği, dik taban eğimi, yapılan dalga iklimi çalışmasından sonra, dalganın etkin ve nispeten uzun dönemli olduğu GGD-D aralığı ve dalganın açılı ve küçük periyotlu geldiği DKD- KD aralığı düşünülerek, dik duvar (kazıklı veya keson) ile yüzer dalgakıranın birlikte kullanılması öngörülmüştür (Günbak A. R. (2011)). Şekil 2 de verilen vaziyet planına göre, Datça yat limanının dalgakıranının 362 m si kıyı koruma ve dik duvar, 543 m si yüzer dalgakıran olarak planlanmıştır. N N Şekil 1. Datça Yat Limanı konumu ve Yat Limanı Temsili Vaziyet Planı Ön tasarımı yapılan dalgakıranın üç boyutlu fiziksel modelleme deneyleri adı geçen Genel Müdürlük Araştırma Dairesi Başkanlığı bünyesinde yer alan Hidrolik Laboratuvarı nda gerçekleştirilmiştir. Bir limanın vaziyet planının, dalgakıran uzunlukları ve konumunun belirlenebilmesi veya belirlenen bir limanın test edilebilmesi için liman içi çalkantısı yani liman içindeki dalga yüksekliğinin ölçülmesi çok önemlidir. Bu nedenle deneylerde çeşitli dalga koşullarında liman içinde oluşan çalkantı ölçülmüş, istenen seviyede olup olmadığı araştırılmıştır. 2. DENEYLERE HAZIRLIK VE MODEL KURULUM ÇALIŞMALARI 2.1. Model Ölçeği Hidrolik model deneylerinde en önemli aşamalardan birisi model ölçeğini belirlemektir. Modellemede temel kural, modelin ve dalganın mümkün olduğunca gerçektekine yakın olmasıdır. Dolayısıyla ölçek ne kadar büyük olursa o kadar iyidir. Ancak havuzun boyutları, dalga üreticisinin dalga oluşturmadaki limitleri, su derinliği vs model ölçeğini küçülten faktörlerdir. 646

3 Modelin kurulduğu dalga havuzu 40mx30mx1.2m boyutlarında olup, dalgakıranın önündeki su derinliği, havuzun derinliği ve dalga karakteristikleri dikkate alınarak model ölçeğinin 1/30 olmasına karar verilmiştir. 2.2 Topoğrafya ve Modelin Havuza Yerleştirilmesi Modellenecek vaziyet planı ve deniz taban topoğrafyası Şekil 1 de gösterilmiştir. Günbak (2011,1) e göre yörede etkili dalga yönleri SSE-NE aralığındadır. Dalga havuzundaki dalga üreticisi 45 derece dalga üretebildiğinden, vaziyet planının E yönü dalga üreticisi aksına dik olacak şekilde yerleştirilmesinin uygun olacağı düşünülmüştür. Şekil 2 de vaziyet planının dalga havuzuna yerleştirilmesi gösterilmektedir. Şekil 2. Datça Yat Limanı Vaziyet Planının Dalga Havuzuna Yerleşimi Model havuza yerleştirilmeden önce havuzda deniz taban topoğrafyası oluşturulmuştur. Taban topoğrafyası oluşturulurken 1x1 m grid aralıkları ile su derinliği değerleri model ölçeği göz önüne alınarak hazırlanmıştır. Dalgakıranın önündeki su derinliği vaziyet planına göre 3m ile 41m arasında değişmektedir. 41m su derinliği modelde ölçek 1/30 a göre 41/30= 1.37m.ye denk gelmektedir. Oysa dalga havuzunda derinlik 1.2m dir. Dalga yüksekliği ve derin deniz durumu da dikkate alınarak su derinliği olarak en fazla 25m nin modellenmesinin uygun olduğu öngörülmüştür. 25m su derinliği, periyodu yaklaşık 6 sn den küçük dalgalar için derin deniz koşulunu sağlamaktadır. Böylece deneyler sırasında dalga transformasyonunun etkisi de görülebilmiştir. Su derinliğinin sığlaştığı bölgelerde taban yükseltilerek topoğrafya oluşturulmuştur. Topoğrafyanın oluşturulmasında kum (3-7mm) ve kumun üzerine karo kullanılmıştır. Karo, istenen taban sürtünmesini temsil etmesi, üzerinde yürümeye izin verecek kadar sert bir malzeme olması ve çalışma bitiminde basenden kaldırılması kolay ve çabuk olması nedenleriyle 647

4 seçilmiştir. Şekil 3 deki fotoğraflarda topoğrafyanın oluşturulması gösterilmektedir. Şekil 3. Topoğrafyanın oluşturulması Topoğrafyanın yerleştirilmesinin ardından dik duvar dalgakıranın modellenmesine geçilmiştir. Dik duvar tuğla duvar örülerek modellenmiştir. Rıhtım duvarlarının modeli yine tuğla duvar ile oluşturulmuştur. Duvarın önüne taş ile 2/3 eğimde tahkimat yapılmıştır. Şekil 4 de tuğla duvarın örülmesi ile rıhtım ve önündeki taş tahkimat görülmektedir. Şekil 4. Dik duvar dalgakıranı temsilen yapılan tuğla duvar ve tahkimatlı rıhtım Yüzer dalgakıran 20 m boyunda ünitelerden oluşmaktadır. Her bir ünite dört zincirle tonozlara ve üstündeki dört bağlantı noktasıyla yanındaki ünitelere bağlanmaktadır. Prototipte betondan yapılacak olan yüzer ünitelerin deneyde kullanılacak modelleri alüminyumdan yapılmıştır. Alüminyum, birim ağırlığının betona yakın olması ( =2.7t/m 3 ) ve model yapımı için daha uygun olması nedeniyle seçilmiştir. Model ölçeğine göre küçültülen yüzer ünitenin kesiti ve yandan görünüşü Şekil 5 de verilmiştir. Bağlantı elemanı olarak modelde ağırlığı ~23 gr/m olan her biri 1.5m uzunlukta zincir ile ~3.75 kg lık demir tonoz kullanılmıştır. Uç noktalardaki tonozlar hariç her bir tonoza iki 648

5 zincir bağlanmıştır. Ağırlıklar proje danışmanı Prof. Dr. Ali Rıza GÜNBAK tarafından verilmiştir. Ünitelerin birbirine bağlanmasında cıvata ve somun kullanılmıştır. Üniteler arasındaki boşluk modelde 13.3 mm (prototipte 40 cm) olacak şekilde cıvata ve somunlar ayarlanmıştır. İki ünite arasına iki yay konulmuştur. Yayın rijitlik katsayısı, (k) 39,26gr/mm olup, 13.3 mm e sıkıştığında oluşturulan germe kuvveti iki yay için toplam gr a karşılık gelmektedir. Zincir, tonoz ve bağlı ünitelerin üstten görünüşü Şekil 6 daki fotoğraflarda gösterilmektedir. Şekil 5. Model ölçeğine göre küçültülen yüzer ünitenin kesiti ve yandan görünüşü Şekil 6. Yüzer dalgakıran modeli, zincir ve tonozun havuzdaki görünüşü 2.3 Dalga Karakteristikleri Deneylerde kullanılacak Datça yat limanı yöresi açık deniz dalga karakteristikleri Günbak (2011,1) ve Günbak (2011,2) ye göre Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1 e göre yat limanını etkileyen dalga yönü aralığı NE-SSE olup, en kritik yönün SSE olduğu görülmektedir. 2.4 Deney Programı Tablo 1 kullanılarak deney programı oluşturulmuş ve Tablo 2 de sunulmuştur. Tablo 1 de yılda %0.1 aşılma olasılığına (senede ortalama 9 saat) sahip dalgalar yineleme periyodu 1 yıl olan dalga olarak kabul edilmiştir. Çizelge 2 de de görüleceği gibi NE, ENE, E,ESE ve SSE olmak üzere beş farklı yönde deney yapılmıştır. SSE yönü normalde açık denizde E ile 67.5 derece yaparak 649

6 gelmekte iken, bu açı dalga transformasyonuyla liman önünde 40 dereceye inmekte olup (Günbak, 2011,2) aynı zamanda en kritik yön olduğu için SE yerine SSE dalgası deney programına alınmıştır. %0.1 uzun dönem 10 yıl ekstrem 100 yıl ekstrem Tablo 1. Datça Yat Limanı Açık Deniz Dalga Karakteristikleri NE ENE E ESE SE SSE Hs(m) Ts(s) Hs(m) Ts(s) Hs(m) Ts(s) Tablo 2. Deney Programı Prototip Model Deney Açı Yineleme Adı Yön (derece) Periyodu Hs(m) Ts(sn) Hs(cm) Ts(sn) Ölçümler NE-1 NE 45 1 yıl Ç, B NE-10 NE yıl Ç, B NE-100 NE yıl AŞ, B ENE-1 ENE yıl Ç, B ENE-10 ENE yıl Ç, B ENE-100 ENE yıl AŞ, B E-1 E 0 1 yıl Ç, B E-10 E 0 10 yıl Ç, B E-100 E yıl AŞ, B E-200 E yıl AŞ, B ESE-1 ESE yıl Ç, B ESE-10 ESE yıl Ç, B ESE-100 ESE yıl AŞ, B ESE-200 ESE yıl AŞ, B SSE-1 SSE yıl Ç, B SSE-10 SSE yıl Ç, B SSE-100 SSE yıl AŞ, B SSE-200 SSE yıl AŞ, B Açıklama: Ç:Çalkantı, AŞ:Aşma, B:Dalga Basıncı, Deney programında verilen 18 deney önce yalnızca dik duvar dalgakıran için yapılmış ve liman içi çalkantı, dalga aşması ve duvardaki dalga basıncı ölçülmüştür. Daha sonra dik duvar dalgakırana yüzer dalgakıran da eklenerek deneyler tekrar edilmiş ancak yalnızca liman içi çalkantı ölçülmüştür. 650

7 Tüm deneyler doğadaki gibi düzensiz dalgalarla yapılmış olup, spektrum olarak BM kullanılmıştır. Çalkantı ve basınç deneylerinde Ts/15 veri aralığıyla 2048 veri alınmıştır. Bu süre yaklaşık düzensiz dalgaya karşılık gelmektedir. Veriler alındıktan sonra istatistiki ve spektral analizler yapılarak dalga karakteristikleri (Hs, Ts, Tort,T01, Hmaks vs). Aşma deneyleri ise 1000 düzensiz dalgalık bir fırtına süresince yapılmıştır. 3. HİDROLİK MODEL DENEYLERİ VE SONUÇLARI Bir limanın vaziyet planının, dalgakıran uzunlukları ve konumunun belirlenebilmesi veya belirlenen bir limanın test edilebilmesi için liman içi çalkantısı yani liman içindeki dalga yüksekliğinin ölçülmesi çok önemlidir. Deneylerde liman içindeki dalga yüksekliğinin ölçülmesi için 8 ayrı noktaya dalga ölçer yerleştirilmiş ve t1 - t8 dalga ölçerleri ile dalga yüksekliği ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Dalga ölçerlerin yeri Şekil 7 de gösterilmektedir. D ve S noktaları sırayla liman önüne (su derinliği 25m) ve limanın giriş ağzına (su derinliği 12.6m) konulan; dalga yüksekliği ve periyodunun yanında üretilen dalganın yönünü de saptayabilen dalga ölçer grubunu temsil etmektedir. Şekil 7. Çalkantı Deneyleri Sırasında Dalga Ölçerlerin Yerleşimi 651

8 3.1. Dik Duvar Dalgakıran Yüzer dalgakıranın etkisinin anlaşılabilmesi için, çalkantı deneyleri önce yalnızca dik duvar dalgakıranın olduğu, yüzer dalgakıranın yerleştirilmediği durum için yapılmıştır. Deney sonuçları yineleme periyodu 1 yıl ve 10 yıllık dalgalar için sırasıyla Şekil 8 ve 9 da verilmiştir. 2 Rt=1 yıl için Dalga yüksekliği (m) E1 ENE-1 ESE-1 NE-1 SSE-1 0 D S t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 Şekil 8. Dik duvar dalgakıran için çalkantı deneyi sonuçları (yineleme periyodu, Rt=1 yıl) 2.8 Rt=10 yıl için Dalga yüksekliği (m) E10 ENE-10 ESE-10 NE-10 SSE-10 0 D S t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 Şekil 9. Dik duvar dalgakıran için çalkantı deneyi sonuçları (yineleme periyodu, Rt=10 yıl) 652

9 Şekil 8 ve 9 da en solda gösterilmiş olan D okumaları liman dışındaki derin deniz okumalarıdır ve limana açık denizden gelen belirgin dalga yüksekliğini göstermektedir. Şekil 8 e göre 1 yıllık dalgada liman içinde en yüksek dalga yüksekliği Hs=0.5m olmaktadır. Şekil 9 da verilen 10 yıllık dalga sonuçlarına göre ise özellikle E ve ENE dalgaları olduğu gibi içeri girmektedir. ESE ve SSE dalgaları ise açıkta yüksek olmalarına rağmen kazıklı dalgakıran tarafından önemli ölçüde engellenmekte ve içeriye küçülerek girmektedirler. Çünkü NE dalgaları 45 derece açıyla geldiklerinden havuz büyüklüğünden dolayı bu dalgaların etkili olabileceği kısıtlı bir alan vardır Buna göre NE için yalnızca bu alan içinde kalan t1, t2, t7 ve t8 in dikkate alınması gereklidir Dik duvar ve Yüzer Dalgakıran Kombinasyonu Dik duvar dalgakıranla çalkantı deneyleri yapıldıktan sonra, yüzer dalgakıran modelleri tonoz, zincir ve ara bağlantı elemanları kullanılarak yerleştirilmiş ve çalkantı deneyleri tekrarlanmıştır. Sonuçlar Şekil 10 da E, ENE,NE yönleri için, Şekil 11 de ESE ve SSE yönleri için karşılaştırma yapabilmek amacıyla dik duvar dalgakıran sonuçlarıyla birlikte verilmiştir. Şekil 10. Dik duvar ve yüzer dalgakıran kombinasyonu (yüzer olarak belirtilmiştir) için çalkantı deneyi sonuçları (E, ENE, NE yönleri) 653

10 Şekil 11. Dik duvar ve yüzer dalgakıran kombinasyonu (yüzer olarak belirtilmiştir) için çalkantı deneyi sonuçları (ESE VE SSE yönleri) Şekil 10 ve 11 e göre, yüzer dalgakıranlar sayesinde 1 yıllık dalgada, yani bir yılda oluşma olasılığı %0.1 i geçmeyen dalgada, liman içindeki dalga yüksekliği Hs=0.3m mertebesinde ve altında kalmaktadır. Özellikle E, ENE yönlü dalgalarda yüzer dalgakıran çalışarak dalga yüksekliğini önemli ölçüde azaltmaktadır. Güneyli dalgalar ESE ve SSE de ise, etkili olan dik duvar dalgakıran olup, yüzer dalgakıranla birlikte dalga yüksekliğindeki azalma kuzeyli yönlere göre daha az olmuştur. Şekil 12 de, yüzer dalgakıranın performansı, E yönünde 10 yıllık dalgada azalırken, ENE yönünde, 1 yıllık ve 10 yıllık dalga için performans benzerdir. Bunun dalga periyodundan kaynaklandığı düşünülmektedir. E yönündeki 10 yıllık dalganın periyodu Ts=5sn iken, ENE yönündeki 10 yıllık dalganın periyodu Ts=4 sn dir. Dolayısıyla yüzer dalgakıranın çalışması, periyodu Ts=4sn olan dalgada, periyodu Ts=5sn olan dalgaya göre daha iyidir. Yüzer dalgakıranın performansı dalga periyoduyla oldukça ilgili görünmektedir. Dalga yüksekliğinden bağımsız olarak dalga periyodunun etkisini görebilmek amacıyla, liman içinde ölçülen belirgin dalga yükseklikleri, D noktasıyla gösterilen, liman önünde ve açık denizde ölçülen belirgin dalga yüksekliğine bölünerek birimsiz difraksiyon katsayısı, K diff elde edilmiştir. Her bir ölçüm 654

11 noktasında elde edilen katsayılar farklı periyotlar ve yönler için Şekil 12 de verilmiştir. Şekil 12. Yüzer dalgakıran için çalkantı deneyinden elde edilen difraksiyon katsayıları sonuçları Şekil 12 de özellikle E ve ENE yönlerinde dalga periyodu etkisi açıkça görülmektedir. Periyot küçüldükçe difraksiyon katsayısı da düşmekte yani liman içindeki dalga küçülmektedir. Periyot Ts=5sn nin üstüne çıktığında, deneylerde modellenen yüzer dalgakıranın performansında düşüşler oluşmaktadır. Varılan diğer bir sonuç da dalga açılı geldiğinde Difraksiyon katsayısı Kt nin azalması ve açı arttıkça Kt nin düşmesidir. Detaylı bilgi Günbak vd (2013) de bulunabilir Tamamen Yüzer Dalgakıran Dik duvar ve yüzer dalgakıran kombinasyonu deneylerinden sonra, topoğrafyanın oldukça dik ve su derinliğinin yüksek olduğu liman alanında, dalgakıranı kazık veya keson olarak yapmanın hem maliyet hem de inşaatın yapılabilirliği açısından sorun yaratacağı düşünülerek dalgakıranın tamamen yüzer olması durumu da modellenmiştir. Böylece ülkemizde ilk kez bu kadar derin bir bölgede, bu kadar uzun bir yüzer dalgakıran yapılması alternatifinin deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bunun için öncelikle dik duvar modeli yıkılmış ve yerine 10m genişliği olan yeni yüzer dalgakıran modelleri yerleştirilerek deneyler tekrar edilmiştir. Dalgakıran tamamen yüzer yapıldığında, çalkantı yüzer+kazık sistem sonuçlarına yakın çıkmaktadır. E, ESE ve ENE yönlerinde bir yıllık dalga liman içinde Hs=0.3mden küçüktür. SSE yönünde ise limanın açık kısmında yer alan t1-t2 bölgesinde dalga yüksekliği Hs=0.5mye yaklaşmaktadır. 655

12 4. SONUÇLAR Dik duvar dalgakıran yörede etken olan güneyli dalgaların sönümlenmesinde oldukça etkili olmaktadır. Yalnızca dik duvar dalgakıran varken olduğu gibi içeri giren E, ENE ve NE yönlü dalgalar, yüzer dalgakıran yerleştirilmesiyle Ts=5sn e kadar %40-50 oranında dalgayı azaltmaktadırlar. Dik duvar ve yüzer dalgakıran kombinasyonunda, tüm dalga yönleri dikkate alındığında liman içinde dalga yüksekliğinin Hs>0.3m olması olasılığı %1.08 olup, Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğünce aranan %2.5 kriteri sağlanmıştır (OCDI(2002)). Tamamen yüzer dalgakıranla oluşturulan son vaziyet planında ise deney sonuçlarına göre liman içindeki dalga yüksekliğinin Hs=0.3m den yüksek olma olasılığı yılda %2.1 olmaktadır. Yani Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğünce aranan kriter sağlanmaktadır. Teşekkür ATAK Mühendislik ve İnşaat A.Ş ve Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğü Araştırma Dairesi Başkanlığı çalışanlarına teşekkürlerimizi sunarız. Kaynaklar Günbak A.R. (2011,1) Datça Marina Dalga İklimi ve Limaniçi Çalkantı Analizi Raporu, rapor no: C , Nisan 2011 Günbak A.R. (2011,2) Datça Marina Yeni Yerleşim Planı ve Dalga Çalışmaları, Mayıs 2011 OCDI, (2002), Technical Standards For Port and Harbour Facilities in Japan, Ministry of Transport, Japan. Günbak A.R., Ozbahceci B., Kucukosmanoglu A., Akbas H.L. (2013) Performance of Vertical Wall and Floating Breakwaters Combination For Datca Marina Proc. Of the Conference on Coasts, Marine Structures and Breakwaters 2013, ICE, Edinburgh, UK 656