BARAJ HİDROLİK YAPILAR TASARIM REHBERİ

Transkript

1 T.C. ORMAN VE SU İŞLERİ BAKANLIĞI DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ BARAJ HİDROLİK YAPILAR TASARIM REHBERİ REHBER NO: 002 EKİM 2012 ANKARA

2 ÖNSÖZ Birçok medeniyetin kesişme noktası olan Anadolu'da yaklaşık 4000 yıldır süren hidrolik mühendisliği çalışmaları, bilhassa Selçuklu ve Osmanlıların yaptıkları muhteşem eserler, Türkiye'yi tarihi su yapıları açısından en zengin ve en dikkat çekici açık hava müzelerinden birisi haline getirmiştir. Bugün ise ülkemiz, inşa halindeki barajların sayısı bakımından Dünya daki sıralamada üst sıralarda yer almaktadır. Ülkemizde her tipten barajlar inşa edilmiş ve edilmektedir. Ayrıca; bu barajlar dolgu hacmi, yükseklik, rezervuar kapasitesi, kret uzunluğu gibi teknik karakteristikleri ile de dünyadaki inşa edilmiş barajlar arasında ön sıralarda yer almaktadır. Atatürk Barajı 84 milyon m 3 dolgu hacmi ile dünya sıralamasında beşinci sırada yer almaktadır. Şubat ayında su tutma merasimine bizzat katılmış olduğum Deriner Barajı 249 m yüksekliği ile ülkemizin en yüksek barajı, kendi sınıfında Dünya nın 6. yüksek barajıdır. İnşaat ihalesi safhasında bulunan Yusufeli Barajı nın yüksekliği ise 270 metredir. Yusufeli Barajı tamamlandığında Türkiye nin en yüksek barajı olma özelliğine sahip olacaktır. Ülkemizin su yapıları sahasında ulaşmış olduğu bu güzel seviye, bu sektörde çalışanların fedakar çalışmaları ve mesleklerine olan saygının neticesinde oluşmuştur. Yıllardan beri ülkemizde ve yurt dışında barajlar ve su yapıları alanından sayısız eserler kazandıran mühendislerimizin ve müteahhitlerimizin çalışmalarını hepimizin malumlarıdır. Ülkemizdeki baraj ve diğer su yapılarının projelendirilmesi ve inşası sürecine olumlu katkısı olacağını düşündüğüm; Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu (ICOLD) kriterlerini esas alarak ülkemiz ihtiyaçları ve şartları dikkate alınarak uygulanması konusunda proje ve uygulama kriterleri ile ilgili olarak Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü nün (DSİ) Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu Türk Milli Komitesi (TRCOLD) ve Türk Müşavir Mühendisler ve Mimarlar Birliği (TMMMB) ile başlatmış olduğu çalışmanın neticesinde hazırlanan bu rehber dokümanların bu sektörde çalışanlara büyük fayda sağlayacağı aşikardır. Bu gayeye hizmet etmek için komitelerde görev alan, başta DSİ personeli olmak üzere bütün mühendislik ve müşavirlik firmaları temsilcilerine teşekkür ederim. Su gibi aziz olunuz. Prof. Dr. Veysel EROĞLU Orman ve Su İşleri Bakanı BARAJ HİDROLİK YAPILARI i

3 GİRİŞ Ülkemizin su kaynaklarının yönetiminden ve geliştirilmesinden sorumlu olan Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü geçmişinden günümüze kadar üstlenmiş olduğu görevleri başarı ile tamamlamış ve insanımızın hizmetine sunarak kalkınmamıza ve refah düzeyimizin artmasına büyük katkı sağlamış ve sağlamaya devam etmektedir. Bugün itibari ile, Genel Müdürlüğümüz merkezde 15 Daire Başkanlığı, taşrada 26 Bölge Müdürlüğü ve bünyesinde bulunan takriben personel ile çalışmalarına devam etmektedir. Muhtelif yüksekliklere ve değişik maksatlara hizmet eden 741 adet baraj bugün için işletmede olup, yenilerinin inşası da devam etmektedir. Genel Müdürlüğümüzün vizyonu: Su kaynaklarımızın geliştirilmesi, korunması ve yönetimi konularında dünya lideri olmaktadır. Bu konuma gelmek için yapacağımız çalışmaları; diğer ilgili kurum ve kuruluşlar, müteahhitlerimiz, mühendislik ve müşavirlik firmalarımız ve de akademisyenlerimizle koordineli bir şekilde gerçekleştirmekteyiz. 1. Barajlar Kongresi nin hazırlanması ve çıktıları buna çok güzel bir örnek oluşturmuştur. Bu kongremizin maksadı takriben 1 yıla yakın bir süredir yapılan çalışmalar neticesinde ülkemizdeki barajların/su yapılarının projelendirilmesi ve uygulanması sırasında kullanılacak kriterlerin, Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu (ICOLD) kriterlerini baz alarak ülkemizin ihtiyaçlarına göre uygulanmasında yol gösterecek rehber dokümanlar ile ilgili ilk çalışmaların neticelerinin sunulmasıdır. Bu rehber dokümanlar 8 ana başlık altında toplanmıştır. Baraj ve su yapıları ile ilgili çalışmalarda büyük fayda sağlayacağına inandığım bu rehber dokümanların hazırlanmasında emeği geçen tüm ilgililere içtenlikle teşekkür eder bu ve benzer çalışmaların devamını dilerim. Akif ÖZKALDI DSİ Genel Müdürü BARAJ HİDROLİK YAPILARI ii

4 BU REHBER DOKÜMAN ORMAN VE SU İŞLERİ BAKANLIĞI NIN KATKILARI İLE DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ (DSİ), ULUSLARARASI BÜYÜK BARAJLAR KOMİSYONU TÜRK MİLLİ KOMİTESİ (TRCOLD), TÜRK MÜŞAVİR MÜHENDİSLER VE MİMARLAR BİRLİĞİ NİN (TMMMB) ORTAK ÇALIŞMASI VE TÜRKİYE MÜTEAHHİTLER BİRLİĞİ (TMB) VE TÜRKİYE İNŞAAT SANAYİCİLERİ İŞVEREN SENDİKASI (İNTES) NIN DESTEKLERİ SONCUNDA HAZIRLANMIŞTIR. BARAJ HİDROLİK YAPILARI iii

5 AÇIKLAMA Bu rehber doküman, barajlar, hidroelektrik santrallar ve hidrolik yapıların planlama, tasarım, proje hizmetlerini ve inşaatını yapan firmaların, bu konuda görev ifa eden kamu kurum ve kuruluşlarının ve özel sektör yatırımcılarının çalışmalarına baz olması gayesi ile Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu Türk Milli Komitesi, Türk Müşavir Mühendisler ve Mimarlar Birliği ile akademisyenlerin bir yıla yakın süre ile çalışmaları sonucunda hazırlanmıştır. Bu doküman ülkemizde bu konuda yapılan ilk çalışmalardan biri olup, ilgili taraflardan gelecek görüş ve öneriler çerçevesinde revize edilecek ve güncelleştirilecektir. Bu doküman bu konuda çalışan, hizmet üreten ve imalat yapan kişi, firma, kurum ve kuruluşlara rehber olması amacı ile hazırlanmış olmakla birlikte, tasarım, imalat, montaj, inşaat, su tutma, işletme ve baraj emniyeti ile ilgili her türlü sorumluluk tasarım, imalat, montaj ve inşaat işlerini yapan yüklenicilere aittir. Telif Hakkı Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü nün önceden izni alınmadan bu yayının hiç bir bölümü mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt veya başka yollarla hiç bir surette çoğaltılamaz, muhafaza edilemez, basılamaz. BARAJ HİDROLİK YAPILARI iv

6 İÇİNDEKİLER 1 GİRİŞ HAVA PAYI HESABI Giriş Kabarma Mesafesi Rezervuar Alanı Etkin Feç Boyu Etkin Dalgaları Hesabı Etki Dalgalarının Oluşumu Etki Dalgalarının Tesiri Etki Dalgalarının Kret Üzerinden Aşması Rüzgar Hesabı Rasat Kayıtlarında Gruplandırma Eklenik Frekans Analizi Olasılık Dağılımları Gumbel Olasılık Dağılımı Weibull Olasılık Dağılımı Proje Rüzgar Hızları Tasarım Rüzgar Hızları Rüzgar Kaynaklı Dalga Hesabı Dalga Mekaniği Derin/Sığ Su Sınıflandırması Dalga Teorilerinin Geçerlilik Sınırları Lineer Dalga Teorisi Etkin Dalga Yüksekliği Tasarım Dalga Yüksekliği Dalga Tırmanması (R u ) Su Kabarması (H W ) Hava Payinin Belirlenmesi Normal Hava Payı Minimum Hava Payı Kret Kotunun Belirlenmesi NEHİR YATAĞI SU YÜZÜ Genel Bilgi, Tanımlar Ve Hidrolik Teori Tanımlamalar Hidrolik Teori BARAJ HİDROLİK YAPILARI v

7 Akarsuyun Rejiminin Belirlenmesi Enerji Denklemi Nehir Yatağı Kapasitesinin Belirlenmesi Nehir Yatağı Pürüzlülüğünün Belirlenmesi Manning Pürüzlülük Katsayısına Etki Eden Faktörler Yüzeyin Pürüzlülüğü Bitki Örtüsü Yatak Düzensizliği Yatak Eğriliği Birikim ve Aşınma Engeller Enkesitin Boyut ve Şekli Seviye ve Debi Mevsimsel Değişimler Pürüzlülük Katsayısının Belirlenmesi Nehir Yataği Suyüzü Hesabında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar DOLUSAVAK Hidrolik Teori Genel Dolusavak Debisi Genel Etkili Kret Genişliği Yaklaşan Akımının Etkisi Eğimler Hidrolik ve Enerji Çizgisi Eğimleri Ortalama Dolusavak Basınç Hesabı Dolusavak Enerji Kaybı Sürtünme Kayıpları Yersel Yük Kayıpları Kavitasyon Tasarım Debilerinin Belirlenmesi Dolusavak Tipleri Ve Hidroliği Dolusavak Tipleri Genel Karşıdan Alışlı Dolusavaklar Yandan Alışlı Dolusavaklar Kret Tasarımı BARAJ HİDROLİK YAPILARI vi

8 Kanal Tasarımı Labirent Dolusavaklar Giriş Labirent Savakların Sağladığı Avantajlar Savak Eşitliği Labirent Dolusavağın Deşarj Katsayısını Etkileyen Değişkenler Projelendirme Yöntemi Örnek Bir Baraja ait Labirent Dolusavağı Model Çalışmaları Sonuçları Şaft Dolusavaklar Çalışma Prensipleri Akım Tipleri Kret Profilinin, Kretle Şaft Arası Geçiş Bölgesinin, Şaft İle Galeri Bağlantı Dirseğinin Ve Galerinin (Tünelin) Tasarımı Hava girişi ve taşınması Tünel ve Menfez Dolusavaklar Sifonlu Dolusavaklar Hidrolik Çalışma Prensipleri Akım Koşulları (Açık Savak, Geçiş Ve Sifon Akımı) Savak debi katsayısının belirlenmesi Basamaklı Dolusavaklar Eşik Genişliğinini Seçimi Akım Koşullarının İncelenmesi Enerji Kırılması Nap Akımında Enerjinin Kırılması Geçiş Akımında Enerjinin Kırılması Kayan Akımda Enerjinin Kırılması Serbest Jet Savaklar Devrilebilen Taşkın Savakları (Fusegates) Kontrolsüz Dolusavakların Hidroliği Kontrolsüz Dolusavak Profili USBR Ogee Kret Profili WES Ogee Kret Profili Dolusavak Tepe Basınçları Kontrollü ve Kontrolsüz Kretler Dolusavak Nap Üst Profili Debi Karakteristikleri Dolusavak Ayakları ve Yaklaşım BARAJ HİDROLİK YAPILARI vii

9 Kontrolsüz Ogee Kreti İçin Debi Katsayıları Yaklaşım Derinliği Etkisi Tasarım Yükünden Farklı Yüklerin Etkisi Memba Yüzü Eğiminin Etkisi Mansap Etkisi Mansap Eğimi Dolusavak Topuğu Kontrollu Dolusavakların Hidroliği Dolusavak Optimizasyonu Yaklaşım Kanalı Tasarımı Baraj Gölünden Kanala Giriş Yaklaşım kanalının güzergâhı Yaklaşım kanalındaki akımın maksimum hızı Taşkın Öteleme Deşarj Kanalı Tasarımı Genel Prizmatik kanallar Daralma ve Genişleme Tahkiki Suyüzü Hesabı Hava Payı Hesabı Düşey Kurp Uygulaması Dolusavak Boşaltım Kanallarında Kavitasyon Olayı ve Havalandırıcılarının Hidrolik Tasarımı Boşaltım Kanallarında Kavitasyon Dolusavak Havalandırıcılarının Hidrolik Tasarımı Basamaklı Kanallar Kondüvi veya Tüneller Enerji Kırıcılar Temel hususlar Enerji Kırıcı Havuzlar Düşü havuzu (Tip I) Tip II havuz Tip III havuz Tip IV havuz Hava Payı Yuvarlak Uçlu Kırıcılar Yuvarlatılmış etek tipinde kırıcı (Solid bucket) BARAJ HİDROLİK YAPILARI viii

10 Dişli yuvarlatılmış etek (Slotted bucket) Fırlatma uçlu enerji kırıcı (Flip buckets) Sıçratma Uçlarının Yararları Sıçratma Uçlarının Dezavantajları Sıçratma Uçlarının Hidrolik Hesapları Sıçratma Uçlarının Teskin Havuzu Hesapları Özel kırıcılar Çarpma kirişi tipinde kırıcılar Dişli (bloklu) kırıcılar (şütlü dolusavak ya da kanal) DERİVASYON - DİPSAVAK HİDROLİK TEORİ Genel Derivasyon Tipleri Genel Tünel Kondüvi Açık Kanal Derivasyon Tesislerinde Kullanılacak Tasarım Debisinin Seçimi Derivasyon İletim Yapısı Sayı Ve Çapının Belirlenmesi Taşkın Öteleme (Flood Routıng) Derivasyon Yapısı Ve Memba Batardosu Optimizasyonu Genel Memba Batardosunun Gövde İçerisinde Kaldığı Durum ; Mansap Batardosu Derivasyon Hidroliği Serbest Yüzlü Akım Basınçlı akım Su Alma Yapısı Ve Dipsavak Hidroliği Dipsavak Su Alma Yapıları Hidrolik Teori Hidrolik Koşulları Sağlayan Geometrik Boyutlandırma Kapak Boyutlarının Belirlenmesi Su Alma Giriş Kotunun Belirlenmesi Rusubat Hesabı (Ölü Hacim Üst Kotunun Belirlenmesi) Vorteks Koşullarının Belirlenmesi Giriş Ağzı ve Izgara Geometrisinin Belirlenmesi BARAJ HİDROLİK YAPILARI ix

11 Su Alma Ağzı Izgara Su Alma Yapısı Tip Seçimi Kule Tipi Su Alma Yapısı Şaftlı Su Alma Yapısı Yamaca Dayalı, Düşey veya Eğik Kapaklı Su Alma Yapısı Beton Baraj İçine Yapılan Su Alma Yapısı Dipten Alışlı Düşey Şaft Tipi Su Alma Yapısı Kademeli Su Alma Yapılarının Hidroliği Dipsavak Yapılarının Boyutlandırılması, Baraj Gölünün Boşaltılması ve Su Tutmaya İlişkin Kriterler Ve Kurallar Dipsavak Projelendirme Gerekleri Genel Kriterler Genel Kriterlerden Sapma Baraj Göllerinin Boşaltılmasına İlişkin Kriterler ve Kurallar Genel Kriterler Proje Koşullarına Dayalı Boşaltma Debileri Boşaltma Çalışmaları için Ortalama Giriş Akımlarının Hesaplanması Baraj Gövdesi Su Tutma Kriterleri Ve Kuralları Kontrol ve İzleme Su Tutma Hızı Enerji Kırıcı Yapılar Çarpma kirişi tipinde kırıcılar Konik Vanalı Enerji Kırıcı Sakinleştirme (Dinlendirme) Kuyuları Enerji Kırıcı Havuzlar YARARLANILAN YAYINLAR REFERANSLAR BARAJ HİDROLİK YAPILARI x

12 TABLO LİSTESİ Tablo 1 - Feç Uzunluklarına Göre Önerilen Rüzgar Hızı Artırım Katsayıları Tablo 2 - Lineer dalga teorisinde karakteristik dalga parametreleri (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) Tablo 3 - Kret Kotu Tablosu Tablo 4 Manning Pürüzlülük Katsayısı Tablo 5 Düzenlenmiş Kanallar için Mannig Pürüzlülük Katsayısı Tablo 6 Doğal Nehir Yataklarında Manning Pürüzlülük Katsayısı Tablo 7 Tasarım Debisi Seçimi ile İlgili DSİ Genelgesi Tablo 8 - Labirent Dolusavakların Projelendirme Çizelgesi [1] Tablo 9 - Labirent Yan Duvar Açısının () Dolusavak Genişliğine (W) Etkisi [1] Tablo 10 - Önerilen Projelendirme Yöntemi ile Elde Edilen Sonuçların Çeşitli Projelerle Karşılaştırılması, Tablo 11 - Mansap Tehlike Sınıflandırma Sistemi Tablo 12 - Acil Boşaltma Süresinin Belirlenmesine İlişkin Genel Kılavuz (Gün) Tablo 14 Giriş Akımları Tablo 15 - Baraj Tiplerine Göre Su Tutma Hızlar BARAJ HİDROLİK YAPILARI xi

13 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 1 - Baraj Rezervuar Alanı Haritası (Örnek) 5 Şekil 2- Efektif Feç Mesafesi Taraması (Örnek) 7 Şekil 3 - Şematik Dalga Yayılması (Dam Hydraulics, 1998) 8 Şekil 4 - Etki Dalgaları Mekanizması (Dam Hydraulics, 1998) 9 Şekil 5 - Etki Dalgaları oluşumu ve yayılımı (Dam Hydraulics, 1998) 9 Şekil 6 - Kenar Kayması (Dam Hydraulics, 1998) 10 Şekil 7 - Kenar kayması ile oluşan dalgalar için ölçek parametreleri (Dam Hydraulics, 1998) 10 Şekil 9 - Rezervuarda Dalga Oluşumu (Plan ve Kesit) (Dam Hydraulics, 1998) 11 Şekil 8 - Maksimum dalga boyu ve buna ilişkin dalga uzunluğu (Dam Hydraulics, 1998) 12 Şekil 10 - DalgaYayılması ve Tırmanması (Dam Hydraulics, 1998) 12 Şekil 11 - Tepeden Aşma (Dam Hydraulics, 1998) 13 Şekil 12 - Eklenik Frekans Dağılımı (Örnek) 15 Şekil 13 - Gumbel dağılımına bir örnek 16 Şekil 14 - Weibull dağılımına bir örnek 17 Şekil Yıl Tekerrürlü Rüzgar Hızları Kullanılarak Oluşturulan Rüzgar Gülü 19 Şekil 16 - Sinüsoidal Lineer Dalga Teorisinde Dalga Parametreleri, (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 20 Şekil 17 - Çeşitli Dalga Profilleri, (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 21 Şekil 18 - Dalga Dikliğine Göre Lineer Dalga Için Sığlaşma (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 22 Şekil 19 - Dalga Teorilerindeki Uygulanabilir Aralık Bantları (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 24 Şekil 20 - Derin Ve Derin Olmayan Suda Dalga Hareketi (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 25 Şekil 21 - Dalga Hareketi Ve Taban Etkileşimi (USACE Coastal Engineering Manual, Part II) 25 Şekil 22 Parametrelerin Şematik Görünüşü 37 Şekil 23 Örnek Anahtar Eğrisi 38 Şekil 24 - Dolusavak Yapısının Ana Bölümlerinin Şematik Görünüşü 49 Şekil 25 Dolusavak Akım Koşulları 50 Şekil 26 - Yandan Alışlı Dolusavak Akım Karakteristikleri 60 Şekil 27 - Kanal Hendeği Kesitleri 61 Şekil 28 - Labirent Dolusavağın Genel Yerleşimi ve Detayları 64 Şekil 29 - Bir Labirent Dolusavak ve Kontrolsuz Dolusavağın Şematik Görünüşü 66 Şekil 30 - Sarıoğlan Barajı Hacim-Satıh Grafiği 67 BARAJ HİDROLİK YAPILARI xii

14 Şekil 31 - Doğrusal Savaklarda Debi Deşarj Katsayısı [1] 70 Şekil 32 - Labirent Dolusavaklarda Deşarj Katsayıları [1] 72 Şekil 33 - Örnek Barajın Labirent Dolusavağının Genel Yerleşim Planı 79 Şekil 34 - Örnek Barajın Labirent Dolusavağı Detayları. 81 Şekil 35 - Örnek Barajın Yandan Alışlı Ve Labirent Dolusavaklarının Modelden Elde Edilen Debi-Göl Su Seviyesi Eğrileri. 82 Şekil 36 - Şaft Dolusavak Enkesitleri 84 Şekil 37 - Şaft Dolusavak Dairesel Giriş Ağzı Üzerinde Kritik Akım Koşullarının Oluşması 86 Şekil 38 - Şaft Savaklarda Debi-Gidiş Eğrileri 87 Şekil 39 - Huni Şekilli Dairesel Giriş Ağzı Üzerinde Kritik Şartların Oluşması 88 Şekil 40 - i) Sifonlu Savak ii) Sifonlu Savak Kreti 90 Şekil 41 - Basamaklı Bir Boşaltım Kanalındaki Akım Rejimleri 94 Şekil 42 - Basamaklı Dolusavaklarda Akıma Hava Karışımı 95 Şekil 43 Dolusavak Profili 101 Şekil 44 - Kret Mansap Profilinin Belirlenmesi 112 Şekil 45 - Kret Memba Şeklinin Belirlenmesi 113 Şekil 46 - için kret profilinin belirlenmesi 114 Şekil 47 - Tipik WES Memba ve Mansap Profilleri 115 Şekil 48 - Memba Eliptik Profilinin Belirlenmesi (Değiştirilmiş WES) 116 Şekil 49 - Memba Yüzü Dik Ogee Savaklarda Deşarj Katsayısı 117 Şekil 50 - Tasarım Yükünden Farklı Su Yükleri İçin Deşarj Katsayısı 117 Şekil 51 - Memba Yüzü Eğimli Ogee Savaklar İçin Deşarj Katsayısı 118 Şekil 52 - Savak Kretlerindeki Akımlarda Mansap Etkisi 118 Şekil 53 - Mansap Apronunun Deşarj Katsayısına Etkisi 119 Şekil 54 - Mansap Batıklığının Deşarj Katsayısına Etkisi 119 Şekil 55 - Kapak Açıklığına Göre Deşarj Katsayısı 120 Şekil 56 Havalandırıcılı Dolusavaklarda Su Derinliği 128 Şekil 57 - Basamak-Saptırıcı Tipli Bir Dolusavak Havalandırıcı Yapısının Profilden Görünüşü 131 Şekil 58 - Simetrik ve Asimetrik Havalandırıcılar 132 Şekil 59 - Dolusavak havalandırıcı yapılarının uygulamada kullanılan bazı tipleri 134 Şekil 60 - Atatürk Barajı Dolusavak Boşaltım Kanalındaki Havalandırıcı Yapıları 134 Şekil 61 - Ön Tasarımda Kullanılacak Basamak-Saptırıcı Tipli Bir Havalandırıcı 136 Şekil 62 - Froude Sayısına Bağlı Olarak Sıçrama Çeşitleri 153 Şekil 63 - Froude Sayısına Göre Hidrolik Sıçrama Özellikleri (Şüt Blokları, Enerji Kırıcı Bloklar Ve Eşik Ucu Olmayan Havuzlar Için) 154 BARAJ HİDROLİK YAPILARI xiii

15 Şekil 64 - Froude Sayısına Göre Hidrolik Sıçrama Özellikleri (Şüt Blokları, Enerji Kırıcı Bloklar Ve Eşik Ucu Olmayan Havuzlar Için) 155 Şekil 65 - Tip II Havuz Özellikleri (Froude Sayısı Fr > 4.5 ve V1 > 18.3 m/s) 156 Şekil 66 - Tip III Havuz Özellikleri (Froude Sayısı Fr > 4.5 ve V1 < 18.3 m/s) 157 Şekil 67 - Tip Iv Havuz Özellikleri ( Froude Sayısı 2.5 < Fr < 4.5 ) 159 Şekil 68 - Tek Parçalı Tip Enerji Kırıcı (Solid Bucket) (Yekpare Yuvarlatılmış Etek) 160 Şekil 69 - Tek Parçalı Tip Enerji Kırıcıda Hidrolik Hareket 160 Şekil 70 - Dişli Yuvarlatılmış Etek Tipinde Enerji Kırıcı 161 Şekil 71 - Dişli Yuvarlatılmış Etek Tipinde Kırıcıda Hidrolik Hareket 161 Şekil 72 - Yuvarlak Uçlu Kırıcılarda Boyutlandırmaya Esas Tanımlar 162 Şekil 73 - Yuvarlak Uçlu Kırıcılar İçin Limit Kriterler 164 Şekil 74 - Yuvarlak Uçlu Kırıcı Tipleri 165 Şekil 75 - Sıçratmalı Enerji Kırıcıda Akış Koşulları 166 Şekil 76 - Teskin Havuzu Özellikleri 167 Şekil 77 - Çarpma Kirişli Enerji Kırıcı 168 Şekil 78 - Bloklu Kırıcı Birim Debi ile Hız ve Blok Yüksekliği Tayini Abağı 169 Şekil 79 - Bloklu Kırıcı Genel Özellikleri 169 Şekil 80 - Bloklu Kırıcılara Ait Değişik Tip Blok Düzenlemeleri 170 Şekil 81 Şematik Derivasyon Yapısı 171 Şekil 82 - Senelere Göre Grafik Olarak Gösterilmiş Taşkın Tekerrür Hidrografları (Giren Su Miktarı) 175 Şekil 83 - Barajın Hacim Ve Satıh Eğrisi 176 Şekil 84 - Derivasyon Yapısı Deşarj Eğrileri (Basınçlı ve Basınçsız) 176 Şekil 85 Birleşik Deşarj Eğrisi 177 Şekil 86 - Örnek Taşkın Öteleme Tablosu 177 Şekil 87 Optimizasyon için Oluşturulan Ters Çan Eğrisi 178 Şekil 88 Gövde İçinde Memba Batardosu 179 Şekil 89 - Kritik Akımın Yeri ve Yüzdesi (Daire ve Atnalı Tüneller İçin) 180 Şekil 90 - Kurb Kayıp Katsayıları 184 Şekil 91 - Dairesel Kesitli Borularda Ani Geçiş Durumunda Tranzisyon Kaybı İçin 186 Şekil 92 - Dairesel Olmayan Borularda Ani Geçiş Durumunda Tranzisyon Kaybı İçin 187 Şekil 93 - Tedrici Daralmalarda Kayıp Katsayıları 190 Şekil 94 - Tedrici genişlemelerde kayıp katsayıları 190 Şekil 95 - Ana Borudaki Branşman Kayıp Katsayısı (Kb) 191 Şekil 96 - Branşman Kayıp Katsayısı (K 1 Ve K 2 ) 192 Şekil 97 Sualma Ağzı Giriş Bölgesindeki Etkili Büyüklüklerin Şematik Görünüşü 195 Şekil 98 Hava Emmeyen Vorteks Değerlerinin, Sualma Yapısındaki Akımın Froude Sayısının S/D Oranına Değişimini Gösteren Eğriler 197 BARAJ HİDROLİK YAPILARI xiv

16 Şekil 99 Değişik Alış Geometrileri 199 Şekil 100 Batık Akımlarda Giriş Ağzı Formları 200 Şekil 101 Kule Tipi Sualma Yapısı 203 Şekil 102 Şaftlı Sualma Yapısı 204 Şekil 103 Yamaca Dayalı Düşey Sualma Yapısı 206 Şekil Tipik Yaz Tabakalaşması 208 Şekil Kademeli Sualma Yapısı 210 Şekil Tabakalaşmış Depolamada Tercihli Çekim Paterni Şeması 210 Şekil 107 Tipik Su Tutma Aşamaları 226 Şekil Çarpma Kirişli Enerji Kırıcı 230 Şekil Atmosfere Deşarj Olan Konik Vana 231 Şekil Çelik Kaplamalı Oda İçerisine Deşarj Olan Konik Vana 231 Şekil 111a - Konik Vananın Batık Şekil 111b. Konik Vananın Enerji Kırıcı Çalışma Hali Havuza Deşarjı 232 Şekil Standart Konik Vana Görünüş ve Ebatları 233 Şekil Sakinleştirme Kuyu Tipi - İvriz Barajı 234 BARAJ HİDROLİK YAPILARI xv

17 1 GİRİŞ Bu rehber, baraj tesislerinin hidrolik tasarımında kullanılacak yöntemleri sunmaktadır. Rehberde konular dört kategoriye ayrılmış olup bunlar hava payı hesabı, su yüzü hesabı, dolusavak hidroliği ve derivasyon-dipsavak hidroliğidir. BARAJ HİDROLİK YAPILARI 1

18 2 HAVA PAYI HESABI 2.1 Giriş Proje kapsamında rezervuar alanının ve bölgesinin kısa bir özeti ve projenin amacından bahsedilebilir. Bununla birlikte hesaplarda kullanılan temel rezervuar karakteristikleri ve simgeler aşağıda özetlenir. D d : En büyük kabarma mesafesi boyunca ortalama su derinliği (m) F ef : Efektif etkin kabarma mesafesi (m) F d : Baraj gövdesine dik etkin kabarma mesafesi (m) g : Yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) (g = 9,81 m/s 2 ) h hava : Hava payı H s : Belirgin dalga yüksekliği (m) H d : Tasarım dalga yüksekliği (m) H w : Su kabarma yüksekliği H d / L : Dalga dikliği k w : Rüzgar hızı katsayısı L m : Dalga boyu (m) : Şev eğimi (D/Y) R u : Dalga tırmanma yüksekliği (m) R u T : cos ile düzeltilmiş dalga tırmanma yüksekliği (m) : Dalga periyodu (sn) u r : Rüzgar hızı (m/s) u v : Proje rüzgar hızı (m/s) : Proje rüzgar hızı (km/sa) BARAJ HİDROLİK YAPILARI 2

19 z nss : Normal su seviyesi kotu (m) z mss : Taşkın su seviyesi kotu (m) z kret : Baraj kret kotu (m) z parapet : Baraj parapet kotu (m) x i : Efektif feç hesabında, i inci kabarma mesafesi : Dalga geliş yönü ile kabarma mesafesi arasındaki açı : Dalga geliş yönü ile baraj aksı normali arasındaki açı : Memba şevinin yatay ile yaptığı açı 1- Normal hava payı: Normal rezervuar su seviyesi ile baraj kreti arasındaki kamber payı dışında bırakılan dik mesafedir. Hesapta aşağıdaki etkenler dikkate alınır yıl tekerrürlü rüzgar hızı (u) Tasarım Dalga yüksekliği (H d ) Baraj eksenine doğru esen rüzgar dolayısıyla hareket eden su dalgasının, rezervuar alanı taban yüzeyinden etkilenerek kabarması (H w ) Dalganın memba şevi boyunca yükselmesi (tırmanması) (R u ) Normal hava payı, hesapları ayrı ayrı yapılan su kabarma yüksekliği ve dalga tırmanma yüksekliklerinin toplamından ibarettir. 2- Minimum hava payı: Baraj tipine göre esas alınacak taşkın ötelemesi sonucunda tespit edilen maksimum su seviyesi ile baraj kreti arasındaki kamber payı dışında kalan düşey mesafedir. Ancak burada, dalga yüksekliği hesabı için 10 yıl tekerrürlü rüzgar hızı değeri kullanılır. Büyük barajlarda gövde kret kotu iki şekilde hesaplanır ve büyük olan değer dikkate alınır. BARAJ HİDROLİK YAPILARI 3

20 1- Dalga hesabı ile kret kotu hesabı: Normal su seviyesi (maksimum işletme seviyesi) ile normal hava payının toplamından ibarettir. Bu toplam, 0.5 in katları olacak şekilde yuvarlatılır. Normal Su Seviyesi : NSS Normal Hava Payı : H normal hava = H w + R u Kret Kotu : z kret = NSS + H normal hava + (0 0.5 m) 2- Taşkın ötelemesi ile kret kotu hesabı: Buradaki hesapta, feyezanın ötelenmesi sırasında rezervuarın erişeceği maksimum seviyesi ile minimum hava payının toplamından ibarettir. Bu toplam, 0.5 in katları olacak şekilde yuvarlatılır. Maksimum su Seviyesi : MSS Minimum Hava Payı : H min hava = H w + R u Kret Kotu : z kret = MSS + H min hava + ( m) BARAJ HİDROLİK YAPILARI 4

21 2.2 Kabarma Mesafesi Rezervuar Alanı Şekil 1 - Baraj Rezervuar Alanı Haritası (Örnek) BARAJ HİDROLİK YAPILARI 5

22 2.2.2 Etkin Feç Boyu Baraj gövdesine doğru esen rüzgarın, kıyıdan baraj gövdesine kadar katettiği mesafe olarak ifade edilen feç boyu, kabarma mesafesi olarak da bilinir. Muhtemel en uzun feç boyu, aynı zamanda en büyük dalga yüksekliğini verir. Ancak, normal su seviyesinde baraj gölünün, kıyı şeridi tarafından dar ve uzun bir hat boyunca çevrelendiği bilinmektedir. Bu durumda su yüzeyindeki dalga hareketinin kıyıdan etkilenmesi göz ardı edilemeyeceğinden; yapılacak hesaplarda feç boyu yerine efektif feç boyu esas alınmaktadır. Etkin feç boyunu hesaplamak için ilk olarak maksimum feç boyu tespit edilir. Daha sonra maksimum feç boyunun her iki tarafına 6º lik açı ile baraj gövdesi üzerindeki aynı noktadan kıyıya yeni feç boyları çizilir. Bu işlem ardışık olarak tekrarlanarak 90º lik dar alan taranacak şekilde oluşturulur. Çizilen feç boylarının herbirinin en büyük (maksimum) feç boyu üzerinde izdüşümleri alınır ve bu izdüşümlerin boylarının toplamının, feç boylarının maksimum feç boyu ile yaptığı açıların cosinüslerinin toplamına oranı, efektif feç boyu olarak ifade edilir. Bu değer aşağıdaki eşitlik ile belirlenmektedir. (1) BARAJ HİDROLİK YAPILARI 6

23 Şekil 2- Efektif Feç Mesafesi Taraması (Örnek) Error! Reference source not found. de verilen baraj gölünde etkin feç mesafesinin hesaplanmasında kullanılan fiktif parçaların sayısal değerleri şekile ekli tabloda verilmiştir. Ortalama baraj gölü derinliği : Ortalama baraj gölü derinliği de yine benzer biçimde aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir. (2) Burada, x i ; z i ; i. numaralı dilimin feç mesafesi, i. numaralı dilimde ortalama arazi kotu, d i ; i. numaralı dilimde ortalama su derinliğini ifade etmek üzere ; BARAJ HİDROLİK YAPILARI 7

24 2.3 Etkin Dalgaları Hesabı Etki dalgaları çesitli durumlardan dolayı meydana gelirler. Bu durumlardan bazıları aşağıda verilmiştir. Kaya düşmesi Toprak kayması Buz düşmesi Buzul erimesi Çığ Bu tip dalgaların oluşumu baraj ve rezervuar açısından tehlikelidir. Çünkü bu etki, baraj gövdesi üzerinde tırmanmaya ya da baraj gövdesi üzerinden suyun aşmasına neden olabilir. Ayrıca kıyıda da erozyon tehlikesi yaratabilir. Etki dalgalarının çözümü konusunda Froude benzerlik kuralları ve hidrolik modelleme yaklaşımları kullanılır. Su dalgaları konusunu incelerken, 3 önemli parametre karşımıza çıkmaktadır. Dalga Boyu (a M ) Dalga Uzunluğu (L W ) Su derinliği (h 0 ) Şekil 3 - Şematik Dalga Yayılması (Dam Hydraulics, 1998) Rezervuarda oluşan etki dalgalarının mekanizması aşağıda verilmiştir. BARAJ HİDROLİK YAPILARI 8

25 1- Rezervuarda meydana gelen kayma ya da herhangi bir kütle hareketinden dolayı dalga oluşur. 2- Dalga rezervuarda yayılır. 3- Yayılan dalganın kıyıda ya da baraj gövdesi üzerinde bir etkisi oluşur. Şekil 4 - Etki Dalgaları Mekanizması (Dam Hydraulics, 1998) Etki Dalgalarının Oluşumu Şekil 5 - Etki Dalgaları oluşumu ve yayılımı (Dam Hydraulics, 1998) Kenar Kayması ile oluşan dalgalar Sandler ve Hutter e göre (1992), Froude sayısı 0.1 < Fr w < 1.1 aralığında olan kayma durumlarında, dalgalar genellikle benzer özellikler taşır. En büyük dalga ilk önce oluşur ve arkasından oluşan dalgalar giderek sönümleneceğinden daha küçüktür yani ilk dalga kritik durumdur. BARAJ HİDROLİK YAPILARI 9

26 Şekil 6 - Kenar Kayması (Dam Hydraulics, 1998) Dalga parametrelerini hesaplamak için aşagıdaki grafikler kullanılır. Şekil 7 - Kenar kayması ile oluşan dalgalar için ölçek parametreleri (Dam Hydraulics, 1998) Düşen Kütlelerin oluşturduğu dalgalar Heyalan ya da şev kayması sonucu kütlelerin düşmesi, rezervuarda çeşitli dengesizliklerin oluşumuna yol açar. Fazladan bir kütlenin rezervuarda yaratacağı etkiyle bu tip dalgalar oluşur. BARAJ HİDROLİK YAPILARI 10

27 Şekil 8 - Rezervuarda Dalga Oluşumu (Plan ve Kesit) (Dam Hydraulics, 1998) Huber ve Hager (1997), direkt dalgalar için aşağıdaki formülü öngörmüştür. (=0) Sonuçlar %15 hata payı içerebilir. (a M / h 0 ) = 0.88*sin* ( s / w ) 1/4 * ((V s / (b* h 0 2 )) 1/2 * (h 0 / x) 1/4 (3) V s : kayan kütle hacmi : şevin yatayla yaptığı açı s : kayan kütle yoğunluğu w : su yoğunluğu x : dalga başlangıç noktasından gövdeye kadar olan mesafe r: açısal uzunluk (etki noktasından) Bölgesel Etki Dalgaları Bölgesel etki dalgaları, kayma yönündedir ve yayılması yarı dairesel biçimdedir. Huber and Hager göre (1997) sonuçlar %20 hata payı içerebilir. (a M /h 0 ) = 2* 0.88*sin*cos 2 * (2*/ 3)*( s / w ) 1/4 * ((V s /(b* h 0 2 )) 1/2 *(r/h 0 ) 2/3...(4) r: açısal uzunluk (etki noktasından) BARAJ HİDROLİK YAPILARI 11