TAŞKINLAR HİDROLOJİSİ TASARIM REHBERİ

Transkript

1 T.C. ORMAN VE SU İŞLERİ BAKANLIĞI DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ TASARIM REHBERİ REHBER NO: 008 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 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 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. 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. iv

6 İÇİNDEKİLER 1 KAPSAM GİRİŞ TAŞKINLAR Genel Tarihsel Taşkınların Analizleri ve Miktarlarının Bilinmesi Pik Debi Frekans Analizleri Gözlenmiş Anlık Maksimum Debilerden Yararlanılarak Tesis Yerleri Çeşitli Süre ve Yinelemeli Pik Debilerinin Tahmini Yağış-Akış Yöntemleri ile Tesis Yerlerinin Çeşitli Süre ve Yinelemeli Pik Debilerinin Hesaplanması ve Hidrograflarının Elde Edilmesi Yağış Analizleri Noktasal Yağış Analizleri Etkili Yağış Baraj veya Diğer Tesis Yeri Birim Hidrografı Hesaplanması Hidrometri İstasyonlarında Gözlenen Taşkın Debi Hidrografları Analizlerinden Tesis Yeri Birim Hidrografı Elde Edilmesi Sentetik Yöntemlerle Birim Hidrograf Hesaplanması Taşkın Hidrografları ve Hacimleri Bölgesel Taşkın Frekans Analiz Metodu ve Uygulanması Baraj Yeri Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografı / Olası En Büyük Taşkın (OET) Tahmini Giriş Tarihi Fırtınalar Fiziksel Yöntemle Olası En Büyük Yağmur Hesabı İstatistik Yöntemle (Hershfield) Olası En Büyük Yağmur Hesabı Baraj Yağış Alanının Olası En Büyük Yağmurunun Akış Hidrografı Kar Erime Akışı ve Hidrografı Baz Akım Debisi Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografları Çizimi KAYNAKLAR v

7 TABLO LİSTESİ Tablo 1.1 Murat Nehri Üzerinde Önerilen Barajlara Ait Bazı Karakteristik Bilgiler... Ek-12 Tablo 1.2 Murat Nehri Yağış Alanında Gözlenmiş Tarihi Fırtınalar ve Maksimizasyon Sonuçları... Ek-12 Tablo /05/1993 Tarihli Fırtınanın Maksimizasyon Hesapları... Ek-12 Tablo 1.4 Baraj Yerleri Çeşitli Yinelemeli Alanda Ortalama Yağış Miktarları ve Olası En Büyük Yağışları, mm (Hershifield Yöntemi)... Ek-13 Tablo 1.5 Proje Yağış Alanlarının Olası En Büyük Kar Etme Akımı Hesabı... Ek-13 vi

8 1 KAPSAM Komite üyelerinin çalışmaları sonucunda kaleme alınan bu rehber dokümanı ile su yapılarının projelendirilmesinde hidrolojik, hidrolik ve yapısal tasarım olmak üzere üç önemli adımın olduğu, yapının boyutları hidrolojik tahminlerle bulunan debi ve hacimlere göre belirlendiğinden hidrolojik tasarım adımının ayrıca ne denli önemli olduğu vurgulanmıştır. Hidrolojik tasarımda en önemli husus veridir. Hidrometeorolojik veri için çok iyi tasarlanmış bir gözlem istasyonları ağı gerekir. Nitelik ve nicelik bakımından yeterli hidrometeorolojik veri olmadan yapılan hidrolojik tasarımlar güvenilir olamaz. Kullanılan yöntemler ve modeller ne kadar kaliteli olursa olsun, veri süre açısından yeterli ve güvenilir değilse, tahmin sonuçları güvenilir düzeyde doğru olmaz. Bu açıdan bakıldığında Türkiye deki mevcut hidrometeorolojik ağın, nitelik ve nicelik bakımından yeterli olmadığı dikkatlere sunulmuştur. Çalışma konusu olarak seçilen Taşkınlar adı altında; Çeşitli Yinelemeli Pik Debilerin Hesaplanmasında Kullanılan Yöntemler ve Uygulamaları, Yağış Analizleri, Baraj Yerleri Birim Hidrograflarının Analitik ve Sentetik Yöntemlerle Elde Edilmesi, Bölgesel Taşkın Analiz Metodu ve Uygulaması, Dolusavak Proje Girişi Pik Debi ve Hidrografı, Olası En Büyük Taşkın Hesabı, Tarihi Fırtına Analizleri, Fiziksel Yöntemle Olası En Büyük Yağmur Hesabı, İstatistik (Hershfield) Yöntemi ile Olası En Büyük Yağış Hesabı, Olası En Büyük Kar Erime Akışı Hesabı ve Kullanılan Yöntemler, Baraj Yeri Proje Pik Debi ve Hidrografı Tahmini konularında uygulanması gereken yöntem ve kriterler hakkında bilgiler verilmiştir. Taşkınlar konusunda uygulanması gereken yöntemler Ek te verilen Beyhan ll, Beyhan l, Aşağı ve Yukarı Kaleköy Barajları Dolusavak Girişi Pik Debileri ve Hidrograflarının Tahmininde Kullanılan Yöntemler ve Uygulamaları uygulama örneği ile açıklanmıştır. 1

9 2 GİRİŞ Barajların derivasyon ve dolusavak proje girişi pik debi ve hidrograflarının (OET= Olası En Büyük Pik Debi Ve Hidrografları) belirli bir güvenirlilik aralığında tahmin edilmesi ve seçimi, barajın emniyeti ve maliyeti açısından son derece önemlidir. Büyük barajlarda gövde maliyetinin yüz milyonlarca dolara varabileceği göz önünde bulundurulursa ekonomik açıdan dolusavaklar genellikle pahalı yapılardır. Eğer dolusavak boyutları doğru saptanamazsa bazı durumlarda maliyetleri baraj gövdesini kat kat aşabilir ve ulusal ekonomi açısından büyük kayıplara neden olabilirler. Hidrolik yapıların tasarımlarında üç önemli adım vardır. Bunlar hidrolojik, hidrolik ve yapısal tasarım adımlarıdır. Bunların içinde en önemlisi de hidrolojik tasarımdır. Zira yapının boyutları bu tasarımda bulunan debi ve hacimlere göre belirlenecektir. Dolayısı ile çok önemli su yapılarından olan derivasyon ve dolusavak yapılarının boyutlarının ekonomik ve güvenilir olarak belirlenmesi de boyutlandırmaya esas olan derivasyon ve dolusavak girişi pik debi ve hidrograflarının yüksek bir güvenilirlik aralığı ile doğru tahminine bağlıdır. Bu bağlamda hidrolojik tasarımda en önemli husus ise hidrometeorolojik verilerdir. Hidrometeorolojik veriler için çok iyi tasarlanmış bir hidrometeorolojik gözlem istasyonları ağı gerekir. Nitelik ve nicelik bakımından yeterli hidrometeorolojik veri olmadan yapılan hidrolojik tasarımlar güvenilir olamaz. Kullanılan yöntemler ve modeller ne kadar kaliteli olursa olsun, veri süre açısından yeterli ve güvenilir değilse tahmin sonuçları güvenilir düzeyde doğru olmaz. Bu nedenle Hidrolojik tasarımda kullanılacak veriler, yeterli gözlem süreli ve alanı nitelik bakımından yansıtabilecek bir ölçüm ağından ve güvenilir doğrulukta olmalıdır. Bu açıdan bakıldığında, Türkiye deki mevcut Hidrometeorolojik ağ nitelik ve nicelik bakımından yeterli sayılamaz. Ülkemizde su ve toprak kaynaklarının geliştirilmesi için tasarlanan projelerin Ön İnceleme, Master Plan ve Planlama aşamalarındaki Mühendislik Hidrolojisi çalışmalarının yapılabilmesi için, tesis yeri / yerleri ve yağış alanlarını doğru olarak yansıtabilecek meteoroloji ve hidrometri istasyonları olması gerekmektedir. Bu istasyonlar sayısal açıdan yeterli, rasat süreleri ise istatistik tekniği açısından güvenilir tahminlerin yapılabilmesi için yeterli olmalıdır. Bu bağlamda bir baraj 2

10 projesinin teknik ve ekonomik yapılabilirliğinin belirlenerek kesinleştirildiği planlama aşamasındaki Mühendislik Hidrolojisi çalışmalarının yapılabilmesi için, tesis yeri veya hemen yakınında en az 30 yıl akım ölçümü olan hidrometri istasyonu bulunmalıdır. Bu nedenle Türkiye deki meteorolojik ve hidrometrik gözlem ağı Dünya Meteoroloji Organizasyonu (WMO) standartlarına göre incelenerek geliştirilmelidir. Uzun bir rasat süresinden sonra da bu gözlem ağının optimizasyonu yapılmalıdır. ABD de, U.S. Army Corps of Engineers, U.S. Bureau of Reclamation ve Tennessee Valley Authority gibi resmi kuruluşlar ve özel sektör, barajların tasarımında Olası En Büyük Taşkın (OET) ve Uluslararası kısaltılmış ismi ile bilinen PMF (Probable Maximum Flood) kullanmaktadırlar. Türkiye de, DSİ ve şu anda kapatılmış bulunan EİEİ Genel Müdürlüklerinin kuruluşundan beri, barajların derivasyon ve dolusavak tasarımlarına esas olan pik debiler ve dolusavak girişi pik debi ve hidrograflarının tahmini ve seçiminde, yukarıda verilen ABD kuruluşlarının kriterleri, Türkiye nin hidrometeorolojik, topografik ve morfolojik koşullarını da dikkate alarak bir dereceye kadar uygulanmaktadır ve bu konuda ülkemizde yeterli deneyim ve bilgi birikimi mevcuttur. Önerimiz; Türkiye de resmi ve özel kuruluşların; baraj ve diğer su yapılarında derivasyon ve dolusavak yapılarının boyutlandırılmasına esas olan taşkın pik debi ve hidrograflarının tahmininde, bugüne kadar kullandıkları ve deneyim kazandıkları U.S. Bureau of Reclamation yöntem ve kriterlerinin güncelleştirilmiş şekliyle kullanılmasına devam edilmesi ve bu durumun Türkiye de resmi bir genelge ile yayımlanmasıdır. Barajların derivasyon ve dolusavak proje giriş pik debi ve hidrograflarının doğru tahmini (olası en büyük taşkın debi hidrografları) baraj güvenliği ve ekonomisi açısından çok önemlidir. Bu pik debi ve hidrografların belirli bir güvenilirlik aralığı ile tahmini için, Türkiye de resmi ve özel kuruluşların kullanması gerekli yöntem veya yöntemlerin uygulamaları TAŞKINLAR başlığı adı altında aşağıdaki alt bölümlerde verilmektedir. 3

11 3 TAŞKINLAR 3.1 Genel Türkiye deki akarsu havzaları hidrometeorolojik koşullar dikkate alınarak, 25 Hidrolojik Havzaya ayrılmıştır. Bu havzaların iklimleri ve topoğrafik yapıları, jeolojik ve jeomorfolojik koşulları bitki örtüleri ve arazi kullanımları farklılıklar göstermektedir. 25 Hidrolojik Havza nın su ve toprak kaynaklarının geliştirilmesi için, resmi ve özel kuruluşlar tarafından havza master plan çalışmaları yapılmış ve bu çalışmaların raporları resmi olarak yayınlanmıştır (örneğin Çoruh Havzası Master Planı, Aşağı ve Yukarı Seyhan Havzaları Master Planı, Ceyhan Havzası Master Planı, Fırat ve Dicle Havzaları Master Planları, Doğu Karadeniz Havzası Master Planı, Büyük Menderes ve Küçük Menderes Havzaları Master Planları vs. gibi). Bu havzalarda önerilen formülasyonlardaki baraj ve diğer tesisleri için yapılmış olan taşkın hidrolojisi çalışmalarında sözü edilen havzalarda vuku bulmuş tarihi taşkınların analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucunda Türkiye deki taşkınlar hakkında aşağıdaki tespitlere varılmıştır. Türkiye de genellikle, kış mevsiminde 1000 m kotu ve üzerindeki alanlara düşen yağışlar, bu alanlar üzerinde kar şeklinde birikir. Kış mevsimi sonlarında veya ilkbahar mevsimi başlangıcında havanın ısınmasına bağlı olarak, biriken kar erimeye başlar m kotları arasındaki alanlarda birikmiş kar erken ve hızlı bir şekilde erir. Bu erime sonucu akışa geçen su hacmi küçük olduğundan, büyük taşkınlara katkısı azdır. Alt sınır kotu 1500 m civarında olan daha yükseklerdeki kar örtüsünün ise kar-su eşdeğeri (yoğunluğu) büyük olduğundan, kar erime akışı büyük olur ve bu örtü üzerine yağmur şeklinde düşen yağışın akımıyla birleşiminden büyük taşkınlar oluşur. Aynı çalışmalardan söz konusu havzalarda vuku bulmuş tarihi taşkınların analizlerinden; yağış alanlarının büyüklüğüne de bağlı olarak, Türkiye de vuku bulmuş tarihi taşkınları meydana getiren fırtına yağış sürelerinin; genellikle 6-72 saat arasında değiştiği belirlenmiştir. Büyük zararlara ve insan kayıplarına çoğunlukla pik debisi büyük olan taşkınlar değil, hacmi büyük olan taşkınlar neden olmuştur. 4

12 Bu analizler sonucunda Türkiye de; Doğu ve Güneydoğu Anadolu, İç Anadolu, Doğu ve Batı Karadeniz bölgeleri ile Seyhan, Ceyhan Nehirleri ve diğer havzalardaki büyük taşkınların genellikle yağmur ve kar erime akımlarının birleşiminden oluştuğunu söylemek mümkündür. Ege, Marmara ve diğer bölgelerde ise, tarihi taşkınlar çoğunlukla yağmurdan oluşmaktadır. 3.2 Tarihsel Taşkınların Analizleri ve Miktarlarının Bilinmesi Tarihi taşkınlardan hareketle, olası taşkınların ve büyüklüklerinin tahmininde en önemli veri, rastgele olan bu olayların ölçümleridir. Olası taşkınların tahminlerinde kullanılacak istasyonlar sayısal açıdan ana nehir ve kollarını temsil edebilecek şekilde uygun yerlerde yeterli, ölçüm süreleri uzun ve verileri güvenilir olmalıdır. Türkiye deki Hidrometeorolojik Ağ incelendiğinde; Türkiye; iklim koşullarıyla, topoğrafyası (0 m 3500 m) ve bitki örtüsü ile çok farklılıklar gösteren bir ülkedir. Bu nedenle, meteorolojik koşullar kısa mesafelerde çok değişkenlik göstermektedir. Dolayısıyla ülkemizin gerekli Hidrometeorolojik İstasyon Ağı bu koşulları temsil eder sayı, ölçüm süresi, mekansal dağılımı ve düzgünlüğü içermelidir. Buradan hemen şunu söylemek mümkündür. Eğer tarihi taşkınların analizlerinde kullanılan hidro-meteorolojik ölçüm ağındaki dağılımı da göz önünde tutulmak üzere istasyon sayısı ve gözlem süreleri yeterli değilse, vuku bulan taşkının oluş mekanizması ve de miktarı hakkında doğru karar verilemeyebilir. Ayrıca bu verilerden hareketle tahmin edilecek olası taşkınların güvenilirlikleri de düşük olur. Taşkınlar adlı bu bölümde barajların ve diğer tesislerin dolusavak ve derivasyon yapılarının boyutlandırılmasına esas olan çeşitli yinelemeli (2, 5, 10, 25, 50, 100, 500, 1000 ve yıl) pik debi ve hidrografları ile dolusavak girişi pik debi ve hidrograflarının tahmini için, ilgili resmi ve özel kuruluşlar tarafından uygulanması istenen yöntem ve bu yöntemlerin uygulamasında takip edilecek temel prensipler hakkında özet bilgiler aşağıdaki alt başlıklarda verilmektedir. 5

13 3.2.1 Pik Debi Frekans Analizleri Baraj, regülatör, nehir santralı ve benzeri gibi diğer tesislerin derivasyon yapılarının boyutlandırılması için bilinmesi gerekli çeşitli süre ve yinelemeli (2, 5, 10, 25, 50, 100, 500, 1000, yıl) pik debilerinin tahmini aşağıdaki alt bölümlerde ayrıntıları verilen üç yöntemle hesaplanmalıdır Gözlenmiş Anlık Maksimum Debilerden Yararlanılarak Tesis Yerleri Çeşitli Süre ve Yinelemeli Pik Debilerinin Tahmini Bu yöntemde, tesis yerinde veya yakınındaki hidrometri istasyonlarının anlık maksimum debilerinden yararlanılarak tesis yerinin çeşitli yinelemeli pik debi ve hidrografları, istatistiksel yöntemlerle tahmin edilmelidir. İstatistiksel analizlerde ekstrem dağılım fonksiyonları olarak; Log-Normal 2, Log-Normal 3, Gama 2, Gama 3 Parametre, Log-Pearson 3 ve Gumbel, Frecht, Weibull ve benzerleri kullanılmalıdır. Bu yöntem, Türkiye de resmi ve özel kuruluşlar tarafından hazır paket programlar kullanılarak uygulanmaktadır. Yöntemin kullanılmasındaki önemli sakınca, Türkiye deki mevcut hidro-meteorolojik ağın nitelik ve nicelik bakımından yeterli olmamasıdır. Bilindiği üzere istatistik tekniği açısından belirli bir güvenilirlik aralığı ile tahmin yapabilmek için, ölçüm süresi en az 30 yıl veya çok daha fazla olmalıdır. Bu yöntemde Q , T periyodu için beklenen ekstremler denklemi Q T =Q 10 +Z T (Q 100 -Q 10 ) şeklinde olup, Z T değeri, T= için 2,98 dir (Ref. Ven Te Chow) Yağış-Akış Yöntemleri ile Tesis Yerlerinin Çeşitli Süre ve Yinelemeli Pik Debilerinin Hesaplanması ve Hidrograflarının Elde Edilmesi Nehir ve yan dereler üzerlerinde tasarlanan baraj ve diğer tesis yerlerinin çeşitli süre ve yinelemeli pik debi ve hidrografları, tesis yerleri yağış alanlarının çeşitli yinelemeli yağış miktarlarından ve tesis yerleri yağış alanlarının ortalama birim hidrograflarından yararlanılarak hesaplanmalıdır. Bu yöntemde; baraj tesis yeri yağış alanı bir sistem gibi düşünülmüştür ve sistemin girdisi yağış alanına düşen yağıştır. Bu durumda sistemin çıktısı akım olacaktır. Sistem doğrusal varsayılarak yağış girdisi birim hidrografla akışa dönüştürülmektedir. 6

14 Bu yöntem uygulanırken, resmi veya özel kuruluşlar tarafından yapılması gerekli çalışmalar alt başlıklar altında aşağıda verilmektedir Yağış Analizleri Baraj veya diğer tesis yerleri yağış alanlarının yağış derinlik-alan-süre eğrilerini ve yağış şiddet-süre-tekerrür eğrilerini elde edebilmek için, yağış analizleri iki aşamada tamamlanmalıdır. Birinci aşamada tesis yağış alanında vuku bulmuş tarihi fırtınalar saptanarak ve analiz edilerek fırtına yağışlarının derinlik-alan-süre eğrileri elde edilir. İkinci aşamada ise, noktasal fırtına yağışları analiz edilerek, yağış şiddet-süretekerrür eğrileri elde edilmelidir. Bu iki grup eğriler yardımıyla baraj veya diğer tesis yerleri yağış alanları üzerindeki çeşitli süreli ve yinelemeli alansal ortalama yağış miktarları hesaplanır. Ayrıca bu eğrilerden yararlanılarak tesis yerleri yağış alanlarının noktasal yağışlarının alan ve zaman içindeki dağılım oranları hesaplanır. Baraj (tesis) yağış alanında vuku bulmuş tarihi fırtınaların yukarıda özetlenen şekilde analizleri sonucunda baraj yağış alanındaki düzgün dağılımlı fırtınaların gerçek yağış süreleri (kritik yağış süreleri) belirlenir. Bu sürelerin, taşkının süre ve hacmine etki edeceğinden tarihi taşkınlardan doğru tespit edilmesi gerekir. Çünkü baraj yağış alanında en büyük taşkına neden olan kritik yağış süresi (şiddeti sabit ve düzgün dağılımlı) baraj yağış alanından beklenen olası en büyük taşkının hacmini etkiler (bu durum barajların taşkın ötelemesinde önemlidir) Noktasal Yağış Analizleri Baraj ve regülatör gibi diğer tesislerin yağış alanları içinde veya çevresindeki meteoroloji İstasyonlarının varsa saatlik veya günlük en büyük yağışlarının noktasal frekans analizleri ekstrem dağılım fonksiyonları kullanılarak, X 2 (Chi-Square) ve Kolmogorov-Smirnov (veya başka) testler sonucunda dizilere en iyi uyan dağılım fonksiyonları ile belirlenir. Baraj veya diğer tesislerin yağış alanı içinde veya çevresindeki meteoroloji istasyonlarından, verileri sayısal açıdan yeterli ve güvenilir olan istasyonların aynı süre ve yinelemeli yağış miktarlarından yararlanılarak, Thiessen veya eş yağış eğrileri yöntemleriyle tesis yeri yağış alanının alansal ortalama çeşitli süreli yağış miktarları (5, 10, 25, 50, 100, 500, 1000 ve yıl) hesaplanır. 7

15 T= yıl periyodu için beklenen yağış miktarı X T = X 10 +2,98 (X 100 -X 10 ) denkleminden hesaplanılabilir (Chow, 1964). Bu yöntemle hesaplanan baraj veya diğer tesis yerleri yağış alanlarının bir gün süreli çeşitli yinelemeli alansal ortalama yağış miktarları; tesis yağış alanı için belirlenen derinlik-alan-süre eğrilerinden noktasal yağışın alan dağılım oranı, tarihi fırtınaların kütle eğrilerinden zaman dağılım oranı ve maksimize faktörü ile çarpılarak baraj (tesis) yağış alanının gerçek yağış süreli çeşitli yinelemeli alansal ortalama yağış miktarları hesaplanır. Bu yağış miktarlarının etkili yağış bölümleri hesaplandıktan sonra, baraj veya diğer tesis yeri birim hidrografı yardımıyla akış hidrografına dönüştürülür Yıllık Taşkın Pik Debi ve Hidrografının Hesaplanması: Türkiye de Q yıllık pik debinin tahmini ve hidrografının çizimi başlıca iki yöntemle elde edilmektedir. Bu yöntemler kısaca aşağıda özetlenmektedir. Gözlenmiş pik debilerin frekans analizleri sonucunda elde edilen Q 100 ve Q 10 dan yararlanılarak, Q = Q 10 +2,98 (Q 100 -Q 10 ) formülü ile, (Chow, 1964) Gözlenmiş Tarihsel Taşkınların Analizlerinden veya Sentetik Yöntemle Edilen Havza Ortalama Birim Hidrografından yararlanılarak Yağış-Akış Bağıntısından: Bu yöntemle tesis yeri yağış alanı ortalama Birim Hidrografı kullanılarak yıllık yağış miktarı akış hidrografına dönüştürülmektedir. Yöntemin uygulanmasında en önemli sorun doğru eğri numarası (CN) seçimidir. Eğri numarasının seçiminin önemli kriterlerinden biri, taşkının başlangıçtan önce havzaya düşen yağış miktarıdır. Türkiye deki 25 Hidrolojik Havza da vuku bulmuş tarihi taşkınların analizinden, büyük taşkınlarda zeminin çoğunlukla doygun olduğu görülmektedir. Türkiye de taşkın mevsimi genellikle Kasım-Haziran ayları arasında olduğu düşünülürse, yıllık bir taşkının vuku bulması için zeminin doygun Şart- III ve genellikle karla kaplı (Doğu, Güneydoğu, Seyhan, Ceyhan ve Karadeniz diğerleri v.s.) olduğu bir gerçektir. Bu nedenle Q yıllık taşkın tahmininde zeminin ne durumda olduğu araştırılmalıdır. Zeminin ne durumda olduğunun 8

16 belirlenmesi için, tesis yeri yağış alanında vuku bulmuş tarihi taşkınlar ve hidrografları mutlaka analiz edilmelidir. Hidrograflar Kasım-Mart ayları arasındaki tarihlere ait ve taşkından beş gün önceki yağış toplamı 12,0-28,0 mm arasında ise hesaplanan eğri numarası Şart-II, 12,0 mm den az ise Şart-I, 28,0 mm den fazla ise Şart-III içindir. Hidrograflar Nisan-Ekim ayları arasındaki tarihlere ait ve taşkından 5 gün önceki yağış toplamı 36,0-53,0 mm arasında ise, hesaplanan eğri numarası Şart-II, 36,0 mm den az ise Şart-I, 53,0 mm den fazla ise, Şart-III içindir (Ref. Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, H. Özdemir DSİ, 1978). Q yıllık taşkının seçiminde ise, her iki yöntem ile tahmin edilen pik debiler karşılaştırılmalı ve büyük olanı seçilmelidir Etkili Yağış Baraj veya diğer tesis yerleri yağış alanlarının çeşitli süreli ve yinelemeli yağış miktarlarının taşkın oluşumunda etkili kısmı aşağıdaki iki yöntemle hesaplanmaktadır. U.S. Soil Conservation Service tarafından geliştirilen akış/yağış eğrileri kullanılarak. Baraj yeri veya diğer tesislerin yakınlarındaki hidrometri istasyonlarında vuku bulan tarihi taşkın hidrografları analiz edilerek, yağış alanı akış/yağış eğri numarası (CN) hesaplanması ile (Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, H. Özdemir DSİ, 1978) Baraj veya Diğer Tesis Yeri Birim Hidrografı Hesaplanması Baraj veya diğer tesis yerleri yağış alanlarının birim hidrografları, mevcut verilerin durumuna göre aşağıdaki alt bölümlerde anlatıldığı gibi başlıca iki yöntemle hesaplanır Hidrometri İstasyonlarında Gözlenen Taşkın Debi Hidrografları Analizlerinden Tesis Yeri Birim Hidrografı Elde Edilmesi Tesis yağış alanı ortalama birim hidrografı, tesis yerinde veya yakınındaki hidrometri istasyonlarında gözlenmiş taşkın debi hidrografları ve bu hidrografları oluşturan fırtına yağmurları analiz edilerek elde edilmelidir. Debi hidrografları limnigraf 9

17 kayıtlarından, yoksa rasatçı su seviye gözlemlerinden yararlanılarak çizilebilir. Hidrografları oluşturan fırtına yağmurlarının alan dağılımı, taşkın debi hidrograflarını oluşturan fırtınaların derinlik-alan-süre eğrilerinden, zaman dağılımı ise, meteoroloji istasyonlarının yağış kütle eğrilerinden yararlanılarak elde edilecektir. Alan ve zaman dağılımı düzgün olan fırtınaların oluşturduğu taşkın hidrografları analiz edilmelidir. Bu denemeler mutlaka yapılmalı ancak, hidrometri istasyonlarının kaydedici olmaması ve meteoroloji istasyonlarının sayısal açıdan yetersizliği söz konusu ise, bu durum gerekçeleri ile izah edilmelidir (Aşağı Seyhan Havzası Master Plan Raporu DSİ, 1980) Sentetik Yöntemlerle Birim Hidrograf Hesaplanması Resmi ve özel kuruluşlarda tesis yerleri yağış alanlarının fiziksel büyüklükleri dikkate alınarak sentetik birim hidrograf yöntemlerinden Snyder, Mockus ve DSİ Sentetik (uyarlanmış SCS) birim hidrograf yöntemleri kullanılmaktadır. DSİ Genel Müdürlüğü ve özel kuruluşlarda genel olarak Snyder yöntemi yağış alanı 1000 km² ye eşit veya büyük alanlarda, Mockus ve DSİ Sentetik birim hidrograf yöntemi ise, yağış alanı 1000 km² den küçük alanlarda uygulanmaktadır (Ref. Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, DSİ, H. Özdemir 1978). Bu yöntemler uygulanırken gerekirse alt havzalara ayırarak (üst sınır 5000 km 2 olabilir), havza birim hidrografı elde edilebilir. Bu yöntemlerin uygulaması genelde projelerin ön inceleme aşamasında önerilmektedir. Fizibilite aşamasında yapılması istenen Mühendislik Hidrolojisi çalışmalarında ise tercih, gözlenen taşkın debi hidrograflarının analizlerinden elde edilen havza alanı ortalama birim hidrografları olmalıdır ve bu çalışmalar (denemeler) yapılmalıdır. Bu durum, mevcut hidrometeorolojik şebekenin nitelik ve nicelik açısından yeterli olmasına bağlıdır. Mühendislik Hidrolojisi çalışmalarında, gözlenen tarihi taşkın debi hidrograflarının analizlerinden birim hidrograf elde edilmesi temel ilke olarak alınmalıdır (istenmelidir) Taşkın Hidrografları ve Hacimleri Baraj veya diğer tesis yerlerinin çeşitli yinelemeli (2, 5, 10, 25, 50, 100, 500, 1000 ve yıl) taşkın pik debi ve hidrografları; 10

18 Etkili yağış değerlerinin tesis (baraj, regülatör v.s.) yeri birim hidrografı ordinatlarıyla çarpılması ile akış hidrografına dönüştürülerek, Yıllık En Büyük Hacim Yinelemelerinden hesaplanmalıdır. Baraj yerinin hacim yinelemelerini hesaplayabilmek için, tesis yeri yağış alanıbüyüklüğüne bağlı olarak baraj yeri ve yakınlarındaki hidrometri istasyonlarının 1, 3, 5, 7, günlük vuku bulmuş tarihi taşkınlarından taşkın süresi belirlenmeli en büyük hacim verilerinden yararlanılmalıdır. Günlük en büyük hacim verilerinin (1, 3, 5 ve diğerleri) frekans analizlerinde, pik debilerin analizlerinde kullanılan exstrem dağılım fonksiyonları aynen kullanılmalıdır. Resmi ve özel kurumlardaki uygulamalardan, Sentetik yöntemlerin uygulanması ile elde edilen çeşitli yinelemeli hidrografların hacimlerinin, yıllık en büyük hacim yinelemelerinden elde edilenlerden oldukça küçük olduğu bilinmektedir. Bu nedenle tesis yeri pik debi hidrograflarının çiziminde 1, 3, 5 ve diğerleri günlük en büyük hacimlerin frekans analizlerinden elde edilen değerlerin kullanılması genel ilke olarak alınmalıdır. Bilindiği üzere baraj veya göletlerde kritik hacimli taşkın hidrografını doğru tahmin etmek çok önemlidir Bölgesel Taşkın Frekans Analiz Metodu ve Uygulanması Bu yöntemin uygulanmasında pik debi verilerinden yararlanılacak Akım Gözlem İstasyonları, homojenlik testleri sonucunda belirlenmelidir. Homojenlik testlerine giren Akım Gözlem İstasyonları nın en az on yıllık aynı dönem ölçümleri olmalıdır Baraj Yeri Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografı / Olası En Büyük Taşkın (OET) Tahmini Giriş Baraj yerinin dolusavak proje girişi pik debi ve hidrografı, baraj yağış alanının olası en büyük yağmur ve (varsa) kar erime akışları debi hidrografları ile baz akımının toplanmasından (süperpozisyonundan) elde edilir. Baraj yağış alanının olası en büyük yağmur miktarı, öncelikle tarihi fırtınaların fiziksel yöntemle maksimizasyonundan hesaplanmalıdır. Ayrıca istatistiksel 11

19 yöntemle de (Hershfield) olası en büyük yağışlar hesaplanmalı ve sonuçları karşılaştırılmalıdır. Baraj yağış alanlarının olası en büyük kar erime akış hidrografları Derece-Gün yöntemi ile hesaplanabilir. Derece-Gün yöntemi DSİ Genel Müdürlüğü ve Özel kuruluşlar tarafından halihazırda uygulanmakta olup, yeterli sonuçlar vermektedir. Bu yöntemin uygulanmasında, resmi ve özel kuruluşlar gerekli bilgi birikimine sahiplerdir. Eğer tesis yeri yağış alanında yeterli (alansal) meteoroloji istasyonu var ise, Derece-Gün yöntemi uygulamasına radyasyon parametresi de dahil edilebilir. Derece-Gün yöntemi giriş bölümünde de belirtildiği gibi 1000 km 2 veya daha büyük havzalarda uygulanabilir. Olası en büyük yağmur değerlerini debi hidrografına dönüştürmek için kullanılan baraj yeri birim hidrografı, hidrometri istasyonlarında gözlenmiş taşkın debi hidrograflarının analizinden veya veri yetersizliği durumunda sentetik birim hidrograf yöntemleri uygulanarak elde edilmelidir. Baraj yeri dolusavak proje girişi pik debi ve hidrografı hesabında izlenecek yöntemler aşağıda açıklanmıştır Tarihi Fırtınalar Baraj yeri yağış alanının kritik taşkın hidrografının süresi, bu taşkını oluşturan tarihi fırtınanın kritik yağış süresine bağlıdır. Baraj yağış alanında vuku bulmuş tarihi fırtınalar; yağış alanı içinde ve çevresindeki meteoroloji ve hidrometri istasyonlarının varsa saatlik, günlük yağış ve pik debi rasatlarından yararlanılarak tespit edilebilir. Tarihi fırtınaların saatlik veya günlük yağış değerlerinin zaman içindeki dağılımı, MGM ve DSİ meteoroloji istasyonlarının gözlemci yağış notu, ara yağış ölçümü ve plüviyograf (kaydedici) kayıtlarından yararlanılarak çizilen yağış kütle eğrilerinin analizlerinden belirlenir. Yağış kütle eğrilerinin analiz sonuçları tarihi fırtınaların gerçek yağış süresini belirleyecektir. Baraj yağış alanlarında vuku bulmuş tarihi fırtınaların seçiminde gerekirse, yağış alanı alt yağış alanlarına ayrılmalı ve yağış alanında vuku bulmuş tarihi fırtınalardan, alan dağılımı düzgün olanlar seçilmelidir. Yağış alanına düzgün bir şekilde yayılmış tarihi fırtınaların, havzada standart zamanlarda bırakabileceği en yüksek 6 şar saatlik yağış derinliğini bulmak amacıyla, fırtınaların Derinlik-Alan-Süre analizleri 12

20 yapılmalıdır. Bu analizlerde her bir fırtına için ayrı ayrı eş yağış eğrileri haritaları çizilir. Meteoroloji istasyonlarının gözlemci yağış notu, ara yağış ölçümü ve meteoroloji istasyonlarının plüviyograf kayıtlarından yararlanılarak çizilen yağış kütle eğrilerinin analiz sonuçlarına göre, 6 şar saatlik fırtına yağışları tespit edilir. Yukarıdaki açıklamalara uygun olarak baraj yağış alanlarının yağış fırtınaları tespit edilmelidir. Baraj yağış alanı için tespit edilmiş yağış fırtınalarının alansal ortalama yağış miktarları, baraj yağış alanı içinde ve çevresindeki MGM ve DSİ meteoroloji istasyonlarının kaydedici olanlarda saatlik, diğerlerinde günlük yağış ölçümlerinden faydalanılarak eş yağış eğrileri yöntemiyle hesaplanmalıdır. Aşağıdaki bölümlerde baraj yağış alanındaki ortalama olası en büyük yağış (OEY) miktarının fiziksel ve istatistiki yöntemle (Hershfield) hesaplanması verilmektedir. Bu yöntemlerin Mühendislik Hidrolojisi çalışmalarında mutlaka uygulanması önerilmektedir Fiziksel Yöntemle Olası En Büyük Yağmur Hesabı Baraj yağış alanında veya alt yağış alanlarında vuku bulmuş tarihi fırtınalar fiziksel yöntemle maksimize edilmelidir. Fiziksel yöntemde kullanılan formül ve terimler aşağıda verilmiştir. P max = P ac x W W max ac P ac ve P max, sırasıyla fırtınanın gözlenmiş alansal ortalama ve olası en büyük yağışı, (mm olarak), W ac ve W max ise, gerçek yağabilir su ile en büyük yağabilir su miktarlarını simgelemektedir. Bu konuda ve uygulaması için Ref; Manual For Estimation of Probable Maximum Precipitation WMO, Operational Hydrology Report No.1, WMO-No: 332, 1973 den yararlanılabilir. Baraj yağış alanında vuku bulmuş tarihi fırtınaların Fiziksel yöntemle maksimizasyonları yukarıda verilen formül kullanılarak yapılır. 13

21 Bu yöntemin uygulanması bir örnekle EK te verilmektedir İstatistik Yöntemle (Hershfield) Olası En Büyük Yağmur Hesabı Baraj yeri yağış alanının olası en büyük yağışı istatistik (Hershfield) yöntemi ile de hesaplanabilinir. Yöntem uygulanırken aşağıdaki frekans denklemi kullanılır. P mak :P + KS Bu denklemde; P mak : Olası en büyük yağış, mm, P: Yıllık maksimum yağış dizisinin ortalaması, mm, K: Frekans faktörü, S: Yıllık maksimum yağış dizisinin standart sapmasıdır. (Ref: Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, DSİ, H. Özdemir, 1998 ve Manual For Estimation of Probable Maximum Precipitation, WMO Operational Hydrology Report No 1, WMO-No: 332, 1973). Bu yöntem, Türkiye de resmi ve özel kuruluşlar tarafından yaygın bir şekilde uygulanmakta olup, uygulamada yeterli bilgi birikimi vardır. Çok basit bir istatistiki yöntem olduğu için projelerin ön inceleme ve havza master plan çalışmaları gibi ilk aşama çalışmalarında hızlı hesaplamalarda ve küçük yağış alanlarında ve kısa süreli yağışlar için uygulanmalıdır. Bu yöntemin uygulanmasına örnek: EK te verilmektedir. Baraj yağış alanının alansal ortalama olası en büyük yağış miktarı, her iki yöntemle hesaplanan sonuçların karşılaştırılması ile belirlenmelidir. Bu belirlemede ağırlık fiziksel yöntemin sonucu tarafında olmalıdır. Çünkü daha çok meteorolojik veri içeren analitik tahmin yöntemidir. 14

22 Baraj Yağış Alanının Olası En Büyük Yağmurunun Akış Hidrografı Baraj yağış alanının olası en büyük yağmurunun akış hidrografı; baraj yağış alanı için belirlenen D süreli olası en büyük etkili yağış değerlerinin, baraj yeri birim hidrografı ile akış hidrografına dönüştürülerek elde edilir (Bakınız EK) Kar Erime Akışı ve Hidrografı Türkiye de elde mevcut hidro-meteorolojik şebeke nitelik ve nicelik bakımından incelendiğinde, taşkınlardaki kar erime akışının belirlenmesi için uygulanabilecek yöntemlerden en uygununun Derece-Gün yöntemi olduğu görülür. Bu yöntem Türkiye de resmi ve özel kuruluşlar tarafından uygulanmakta olup, uygulama için yeterli bilgi birikimi vardır ve iyi sonuçlar vermektedir. Eğer baraj yağış alanı taşkınlarında kar erime akışı etkin ise, bu yöntem mutlaka uygulanmalıdır. Baraj yağış alanının olası en büyük kar erime akış hidrografını Derece-Gün yöntemi ile hesaplayabilmek için örnek EK te verilmektedir Baz Akım Debisi Baraj yeri veya yakınındaki hidrometri istasyonlarının günlük ortalama debi hidrografları analizinden, baraj yeri en büyük baz akımı debileri hesaplanır Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografları Çizimi Baraj yerinin dolusavak proje girişi pik debi ve hidrografı, diğer bir deyişle olası en büyük taşkın debi hidrografı, olası en büyük yağmur ve olası en büyük kar erime akış hidrografı ile baz akım debisinin süperpozisyonundan elde edilir. Hidrograflar süperpoze edilirken pik debiler çakıştırılmalıdır (Bakınız: EK). 15

23 4 KAYNAKLAR 1) Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, Özdemir Hüseyin, DSİ, ) Hidroloji, Bayazıt Mehmetçik, İTÜ, ) Engineering Hydrology, Nurünnisa Usul, ) Applied Hydrology, Vent Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays, ) Guide to Hydrometeorological Practices, WMO, ) Introduction to Hydrometeorology, Bruce and Clark, ) Estimation of Maximum Floods, WMO, No.98, ) Manual for Estimation of Probable Maximum Precipitation, WMO, No.332, ) A Guide To Hydrologic Analysis Using SGS Methods, Richard H. McCuen 10) Handbook on the Principle of Hydrology, Donald M. Gray, ) Handbook of Applied Hydrology, Chow, V.T ) Hydrology for Engineers, Linsley, R.K., ) Statistical Methods in Hydrology, Proc. Hydrology Symposium No. 5, ) Spillway Design Floods, Proc. Symposium No. 1, ) The Role of Snow and Ice in Hydrology, Proc. Banff Symposium, ) Floods and Their Computations, IASH-Unesco-WMO, ) Snow Hydrology, J. Nemec, ) Snow Hydrology, U.S. Corps of Engineers, ) Flood Hydrology, U.S. Bureau of Reclamation Manual Part 6, ) Snow Hydrology, Prepared by North Pasific Division Corps of Engineers, U.S. Army Portland, Oregon 30 June ) Fırat-Aşağı Murat Nehri Havzası Hidroelektrik Potansiyeli Kaleköy ve Beyhanı Barajları ve Hidroelektrik Santraları Ara Rapor, Pöyry-Temelsu,

24 EKLER

25 EK-1 Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy Barajları Dolusavak Girişi Pik Debileri Ve Hidrograflarının Tahmininde Kullanılan Yöntemler ve Uygulamaları

26 1 BEYHAN II, BEYHAN I, AŞAĞI KALEKÖY VE YUKARI KALEKÖY BARAJLARI DOLUSAVAK GİRİŞ PİK DEBİLERİ VE HİDROGRAFLARININ HESAPLANMASI 1.1 Giriş Proje alanı Türkiye nin Doğu Anadolu Bölgesi nde Fırat Nehri nin kolu olan Murat Nehri Havzası nda yer almaktadır. Proje alanı ile kuzey enlemleri ve ile doğu boylamları arasında yer almaktadır. Proje yağış alanı Beyhan II baraj yerinde km 2 dir. Murat Nehri nin yağış alanında karasal iklim hüküm sürer. Bu iklimin özellikleri, kış mevsiminin soğuk ve yağışlı, yaz mevsiminin sıcak ve kurak olmasıdır. Murat Nehri nin m kotları arasındaki enerji olanaklarının değerlendirilmesi için önerilen başlıca tesisler akışyukarıdan akışaşağıya doğru Yukarı Kaleköy Barajı ve HES, Aşağı Kaleköy Barajı ve HES, Beyhan I Barajı ve HES ve Beyhan II Barajı ve HES dir. Murat Nehri ve yan kolları üzerinde mevcut ve inşası planlanan memba developmanları sadece su temini yönünden bu proje ile doğrudan ilgilidirler. Bu projede önerilen tesislerin yerleri Şekil: 1.1 de gösterilmiştir. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy, Yukarı Kaleköy baraj yerleri kot-alan eğrileri sırasıyla Şekil: 1.2, 1.3, 1.4 te verilmiştir. Murat Nehri üzerinde, Beyhan II ve Beyhan I baraj eksenlerine çok yakın yer alan 2102 no lu Murat Nehri - Palu (yağış alanı: ,6 km 2 ) ve akışyukarısındaki 2174 no lu Murat Nehri-Akkonak (yağış alanı: km 2 ) akım gözlem istasyonlarında gözlenmiş tarihi taşkınlar ve bu taşkınların hidrograflarının incelenmesinden, taşkınların çoğunlukla yağmur ve kar erime akımlarının birleşiminden oluştuğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, söz konusu barajların olası en büyük taşkın pik debi ve hidrograflarının tahmininde; olası en büyük yağmur ve hidrografı ile birlikte olası en büyük kar erime akımı ve hidrografı da dikkate alınmıştır. Yapılan hidro-meteorolojik çalışmalar sonucunda Murat Nehri nin Beyhan II ve Beyhan I baraj yerlerindeki yıllık ortalama yağış miktarı 578 mm ve yıllık ortalama akımı 7884 hm 3 tür. Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yerlerinde; yıllık ortalama yağış miktarları sırasıyla 543 mm, 533 mm ve yıllık ortalama akımları ise 6356 hm 3, 5590 hm 3 tür. Ek-1

27 Murat Nehri üzerinde önerilen barajların bazı karakteristikleri Tablo: 1.1 de verilmiştir. Baraj yerlerinin dolusavak proje girişi pik debi ve hidrografları; baraj yağış alanlarının olası en büyük yağmur ve kar erime debi hidrografları ile baz akım süperpozisyonundan elde edilmiştir. Baraj yağış alanlarının olası en büyük yağmur değerleri; tarihi fırtınaların fiziksel yöntemle maksimizasyonundan (Ref. WMO - No. 332 Manual For Estimation of Probable Maximum Precipitation) ve İstatistik (Hershfield) Yöntemi ile hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Baraj yağış alanlarının olası en büyük kar erime akış hidrografları Derece-Gün yöntemi ile hesaplanmıştır. Olası en büyük yağmur değerlerini, debi hidrograflarına dönüştürmek için kullanılan baraj yerleri birim hidrografları, sentetik birim hidrograf yöntemleri uygulanarak elde edilen hidrograflardır. Baraj yerlerinin dolusavak proje girişi pik debi ve hidrograflarının hesabında izlenen yol aşağıda verilmektedir. 1.2 Tarihi Fırtınalar Murat Nehri üzerinde yapılması tasarlanan barajların yağış alanları büyüklükleri Tablo: 1.1 de verilmiştir. Bu büyüklüklerdeki yağış alanlarının kritik taşkın pik debi ve hidrografları uzun süreli yağışlardan oluşur. Murat Nehri Havzası nda vuku bulmuş tarihi fırtınalar; havza yağış alanı içinde ve çevresindeki meteoroloji ve akım gözlem istasyonlarının (bkz. Şekil: 1.1) yağış ve pik debi rasatlarından yararlanılarak belirlenmiştir. Baraj yerleri veya çevresindeki 2102, 2174, 2122 no lu akım gözlem istasyonlarında gözlenmiş taşkınları oluşturan fırtına yağışlarının analiz sonuçlarına göre, tarihi fırtınaların gerçek yağış süreleri saat arasında değişmektedir. Analiz için seçilen tarihi fırtınaların sayısı 14 tür. Tarihi fırtınalar, DMİ ve DSİ meteoroloji istasyonlarının ölçümlerinden yararlanılarak tespit edilmiştir yılları arasında yer alan tarihi fırtınalardan alan dağılımı homojen olanlar seçilmiş ve bu fırtınalar analiz edilmiştir. Yağış alanına üniform bir şekilde yayılmış 7 adet tarihi fırtına bulunabilmiştir. Bu fırtınalar Tablo: 1.2 de verilmektedir. Bu fırtınaların, havzada standart zamanlarda bırakabileceği en yüksek 6 şar saatlik yağış derinliğini bulmak amacıyla, fırtınaların Derinlik-Alan-Süre analizleri yapılmıştır. Bu analizlerde her bir fırtına için ayrı ayrı izohital haritalar çizilmiştir. Tarihi fırtınaların günlük yağış değerlerinin zaman içindeki 6 şar saatlik Ek-2

28 fırtına yağış dağılımı, DMİ istasyonlarının gözlemci yağış notu, ara yağış ölçümü ve yağış alanı içinde mevcut klimatoloji istasyonlarının plüviyograf katsayılarından yararlanılarak çizilen yağış kütle eğrilerinin analiz sonuçlarına göre tespit edilmiştir. Örneğin: 01-02/05/1993 tarihli fırtınanın kütle eğrileri Şekil: 1.5 de verilmektedir. Daha sonra her yağış fırtınasına ait eklenik zamanlara göre en yüksek yağış değerleri ile bu değerlere uyularak çizilen Derinlik-Alan-Süre eğrilerinden elde edilmiş eklenik zamanlardaki standart alanlara düşen en yüksek yağış derinlikleri tablolar halinde bulunmuştur. Bu işlemler seçilen 7 fırtına için yinelenmiştir. Yedi yağış fırtınasından eklenik zamanlara ait en yüksek yağış değerleri seçilerek çizilen zarf eğrilerinin standart alanlardaki son yağış değerleri, Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajları yağış Derinlik-Alan-Süre eğrileri olmaktadır. Bu eğriler söz konusu barajlar için sırasıyla Şekil: 1.6, 1.7 ve 1.8 de verilmektedir. Tüm bu analizler baraj yağış alanlarına taşındığında Murat Nehri için seçilmiş ve Tablo: 1.2 de verilmiş tarihi fırtınaların aynı zamanda baraj yağış alanları için de en büyük yağmur fırtınaları olduğu belirlenmiştir. Bu saptama, baraj yağış alanları içinde ve çevresindeki meteoroloji istasyonlarının günlük ve varsa saatlik yağış ölçümlerinin analizinden belirlenmiştir. Baraj yağış alanlarının büyüklükleri dikkate alındığında söz konusu barajların yağış alanlarında en büyük taşkını veren kritik yağış sürelerinin 24 saat veya daha uzun olduğu belirlenmiştir. Yukarıdaki açıklamalara uygun olarak baraj yağış alanlarının yağış fırtınaları tespit edilmiş ve Tablo: 1.2 de verilmiştir. Baraj yağış alanları için tespit edilmiş yağış fırtınalarının alanda ortalama yağış miktarları, barajların yağış alanları içinde ve çevresindeki DMİ ve DSİ istasyonlarının günlük ve varsa saatlik yağış ölçümlerinden faydalanılarak izohital yöntemle hesap edilmiştir. Aşağıdaki bölümlerde Murat Nehri Havzası nda tasarlanan baraj yağış alanlarındaki ortalama olası en büyük yağış değerlerinin fiziksel yöntem ve frekans faktörü (Hershfield) yöntemiyle hesaplanması özetlenecek ve uygulaması açıklanacaktır. 1.3 Fiziksel Yöntemle Olası En Büyük Yağış Hesabı Baraj yağış alanlarında saptanmış ve Tablo: 1.2 de verilmiş tarihi fırtınalar fiziksel yöntemle maksimize edilmiştir. Kullanılan formül ve terimler aşağıda verilmiştir. Ek-3

29 P P max ac W x W max ac P ac ve P max, sırasıyla gözlenmiş ortalama ve olası en büyük yağışı; (mm olarak) W ac ve W max ise gerçek yağabilir su ile en büyük yağabilir su miktarlarını simgelemektedir. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yağış alanlarında saptanmış tarihi fırtınaların fiziksel yöntemle maksimizasyonları yukarıda verilen formül kullanılarak yapılmış ve Tablo: 1.2 de verilmiştir. Uygulamalara örnek olarak Beyhan II Barajı yağış alanında vuku bulmuş 01-02/05/1993 tarihli fırtınanın fiziksel yöntemle maksimizasyonu hesapları aşağıda açıklanmıştır. Diğer baraj yağış alanlarında seçilen tarihi fırtınalar da benzer şekilde maksimize edilmiştir /05/1993 tarihli fırtınanın gerçek yağış süresi 24 saat olarak saptanmış ve izohital yöntemle ortalama yağışı P ac = 45,5 mm hesaplanmıştır. Bu fırtınanın deniz seviyesi ortalama işba sıcaklığını hesaplayabilmek için Tablo: 1.3 den görülebileceği gibi Beyhan II Barajı yağış alanı içindeki Nurettin, Patnos, Dokuzpınar, Bulanık, Korkut, Ağrı, Bingöl, Muş, Hınıs, Solhan, Varto, Malazgirt, Genç ve Diyadin meteoroloji istasyonlarının buhar basıncı ölçümlerinden yararlanılmıştır. Bu istasyonların fırtına tarihindeki buhar basıncı gözlemleri incelenmiş ve 12 saat süreli hakim buhar basıncı değerleri bulunmuştur. Bu değerler tablolar yardımı ile işba sıcaklığına dönüştürülmüştür. İstasyonların fırtına işba sıcaklık değerleri adyabatik diyagram yardımı ile deniz seviyesine (1000 mb seviyesi) indirgenmiştir. Bundan sonra deniz seviyesi ortalama işba sıcaklığı hesaplanmış ve bu sıcaklığa karşı gelen yağabilir su miktarı bulunmuştur. Beyhan II Barajı yağış alanına nemli havanın akışı güney-batı yönündendir. Yağış alanına bu yönden gelen nemli havanın akış engeli 1800 m olarak hesaplanmıştır m akış engeline göre yağabilir su değeri düzeltilmiş ve gerçek yağabilir su değeri elde edilmiştir. Yukarıda açıklanan tüm işlemler Tablo: 1.3 de özetlenmektedir /05/1993 tarihli fırtınanın deniz seviyesi işba sıcaklığı 11,7 C o, yağabilir su 24,4 mm ve gerçek yağabilir su değeri W ac = 10,7 mm olarak hesaplanmıştır /05/1993 tarihli fırtınanın W max hesabı benzer şekilde yapılmış ve sonuçları Tablo: 1.3 de verilmiştir. Tablodaki maksimum buhar basıncı değerleri, 10 istasyon Ek-4

30 için hazırlanmış buhar basıncı zarf eğrilerinden alınmıştır. Bu istasyonlar; Patnos, Dokuzpınar, Ağrı, Bingöl, Muş, Hınıs, Solhan, Varto, Malazgirt ve Diyadin istasyonlarıdır. Fırtınanın en büyük yağabilir su değeri W max = 33,1 mm dir /05/1993 tarihli fırtınanın olası en büyük yağış değeri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. P max = 45,5 x 33,1 10,7 =45,5 x 3,09 = 140,6 mm/24 saat Tablo: 1.3 deki Beyhan II, Beyhan I barajları için diğer tarihi fırtınalar benzer şekilde maksimize edilmiş ve P max değerleri aynı tabloda verilmiştir. Tablo: 1.2 de verilen P max değerlerinden en büyük ikisi 01-02/05/1993 ve 02-03/05/1995 tarihli fırtınaların maksimizasyonundan hesaplanmıştır. Fırtınaların P max değerleri birbirlerine yakındır ve her ikisi de etkin kar erime mevsiminde vuku bulmaktadır. Değeri daha büyük olan 01-02/05/1993 tarihli fırtına, Beyhan II baraj yeri yağış alanı için dolusavak dizayn fırtınası olarak seçilmiş ve olası en büyük yağış değeri P max = 140,6 mm/ 24 saat olarak hesaplanmıştır. Beyhan I baraj yeri olası en büyük yağmur değeri de P max =140,6 mm/24 saat alınmıştır. Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajlarının Tablo: 1.2 de verilen tarihi fırtınaları, benzer şekilde maksimize edilmiş ve fırtınalar için hesaplanmış P max değerleri aynı tablolarda verilmiştir. Tablo: 1.2 deki fırtınaların maksimizasyonunda Patnos, Dokuzpınar, Ağrı, Bingöl, Muş, Hınıs, Solhan, Varto, Malazgirt ve Diyadin meteoroloji istasyonlarının buhar basıncı ölçümlerinden yararlanılmıştır. Nemli hava akış engeli 1800 m olarak alınmıştır. Tablo: 1.2 deki P max değerleri incelendikten sonra Aşağı Kaleköy Barajı yağış alanı için P max =134,1 mm/24 saat ve Yukarı Kaleköy Barajı yağış alanı için P max = 131,9 mm/24 saat (01-02/05/1993 tarihli fırtınadan) hesaplanmıştır. Bu değerler etkin kar erime mevsimi içinde vuku bulmuş fırtınaların maksimizasyonundan hesaplanmıştır. 1.4 İstatistik Yöntemle (Hershfield) Olası En Büyük Yağmur Hesabı Baraj yağış alanlarının olası en büyük yağışları istatistik (Hershfield formülü) yöntem ile de hesaplanmıştır. Yöntem uygulanırken aşağıdaki frekans denklemi kullanılmıştır. P max = P + KS Ek-5

31 Bu denklemde; P max : Olası en büyük yağış, mm P : Yıllık maksimum yağış dizisinin ortalaması, mm K : Frekans faktörü S : Yıllık maksimum yağış dizisinin standart sapması Buradaki K frekans faktörünün belirlenmesinde; Murat Nehri Havzası içinde ve çevresindeki 38 adet meteoroloji istasyonuna ait en son veriler kullanılarak hesaplanan noktasal ortalama maksimum yağışına karşılık, K katsayıları noktalanarak, Murat Nehri Havzası na ait Km zarf eğrisi edilmiş, her bir istasyonun K frekans faktörü, istasyonun ortalamasına (X) göre bu eğriden okunmuştur. Bu zarf eğrisinin Türkiye de X-Km zarf eğrisinin oldukça altında kaldığı tespit edilmiştir. Baraj yağış alanlarının olası en büyük yağış miktarlarını bu yöntemle hesaplamak için baraj yağış alanları içinde ve çevresindeki (bkz. Şekil: 1.1) meteoroloji istasyonlarının yılda günlük maksimum yağış serilerinden yararlanılmıştır. Öte yandan baraj yağış alanlarındaki fırtınaların analizinden, büyük taşkınları oluşturan fırtınaların gerçek yağış süreleri 24 saat olarak belirlenmiştir. Bu bağlamda baraj yağış alanları içinde ve çevresindeki, gözlem süreleri yeterli uzunlukta olan meteoroloji istasyonlarının, varsa saatlik ve günlük en büyük yağış dizileri hazırlanmış ve bu dizilerin istatistiki parametrelerinden olan ortalama ve standart sapmalarının düzeltilmiş değerleri hesap edilmiştir. K değerleri her istasyonun ortalamasına göre, her bir baraj yeri için seçilen saat süreleri dikkate alınarak bölgesel zarf eğrisinden okunmuştur. İstasyonların istatistiki parametreleri ve K, Hershfield formülünde yerine konularak barajların olası en büyük noktasal yağmur değerleri (P max NH24 ) hesaplanmıştır. Baraj yağış alanlarının alanda ortalama noktasal yağış miktarları; barajların yağış alanları içinde ve çevresindeki meteoroloji istasyonlarının noktasal yağış miktarları kullanılarak elde edilmiştir. Hesaplamalar aşağıda açıklandığı gibi yapılmıştır. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajları için noktasal 24 saat süreli olası en büyük alanda ortalama yağış miktarları; her bir baraj yağış alanı içinde ve çevresindeki meteoroloji istasyonlarının aynı süreli noktasal en büyük yağış miktarları kullanılarak aritmetik, Thiessen ve izohital yöntem ile hesaplanmıştır. Bu yağış miktarları, her bir baraj yağış alanı için belirlenen noktasal Ek-6

32 yağışın alan (derinlik-süre-alan eğrilerinden), zaman ve maksimize faktörü (1,13) ile çarpılarak barajların alanda ortalama olası en büyük yağış miktarları hesaplanmış ve Tablo: 1.4 de verilmiştir. Barajlar için her iki yolla hesap edilen ve Tablo: 1.2 ve 1.4 de verilen, baraj yağış alanları alanda ortalama olası en büyük yağış miktarları karşılaştırıldıklarında aralarında çoğunlukla uyum bulunmadığı ve baraj yerlerinin istatistiki yöntemle hesap edilen alanda ortalama PMP lerinin, fiziksel yöntem ile hesap edilenlerden düşük olduğu görülmektedir. Yapılan bu çalışmalar sonucunda barajların olası en büyük yağmur miktarlarının fiziksel yöntemin sonuçları olarak alınması daha uygun ve güvenilir bulunmuştur. Bu yağışların Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yağış alanlarına 24 saat süre ile düşeceği varsayılmış ve taşkın hidrografları hesaplarında bu değerler kullanılmıştır. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yağış alanlarının kayıp oranı olarak 2,5 mm/saat alınması en uygun çözümdür. Kayıp oranı 2,5 mm/saat alındığında tasarlanan barajların olası en büyük efektif yağış değerleri; Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy için sırasıyla, P maks.ef.24 = 80,6 mm, P maks.ef.24 = 80,6 mm, P maks.ef.24 = 74,1 mm ve P maks.ef.24 = 71,9 mm dir. 1.5 Baraj Yağış Alanlarının Olası En Büyük Yağmurlarının Akış Hidrografları Beyhan II, BeyhanI, Aşağı Kaleköy veyukarı Kaleköy barajlarının Bölüm: 1.3 ün en son paragrafında verilen 24 saat süreli olası en büyük efektif yağış değerleri, baraj yerlerinin Şekil: 1.9, 1.10 ve 1.11 de verilmiş 24 saatlik ve 1 cm lik birim hidrografları ile akış hidrograflarına dönüştürülmüşlerdir. Böylece olası en büyük yağmur değerlerinin baraj yerlerindeki olası en büyük akış hidrografları hesaplanmıştır. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajlarının yukarıda açıklanan yöntemle hesaplanan olası en büyük yağmur hidrografları ve ordinatları sırası ile Şekil: 1.12, 1.13 ve 1.14 de verilmiştir. Ek-7

33 1.6 Kar Erime Akışı ve Hidrografları Baraj yağış alanlarının olası en büyük kar erime akışları, eldeki mevcut meteorolojik veriler ve akım verilerine göre ancak, Derece-Gün metodu ile hesaplanabilmiştir. Hesaplamalarda 2102, 2174 ve 2122 no lu akım gözlem istasyonlarının günlük ortalama debi verilerinden yararlanılmıştır. Bu istasyonların kar erime süresi olan Şubat-Temmuz aylarındaki günlük ortalama debilerinin periyodu için hidrografları çizilmiştir. Aynı debi hidrografları üzerine, akım gözlem istasyonlarının yağış alanları veya çevresindeki meteoroloji istasyonlarının günlük yağışlarından hesaplanan ortalama yağışları ile Bingöl, Muş, Solhan, Dokuzpınar, Malazgirt, Ağrı, Patnos, Varto ve Diyadin istasyonlarının günlük ortalama sıcaklıkları çizilmiştir. Yağış alanlarının kar örtü ve kar derinlik durumu DMİ meteoroloji istasyonlarının Aralık-Temmuz ayları arası her ayın 1., 10. ve 20. günlerindeki kar derinlik değerleri ve aylık karla örtülü günler sayısı bilgilerinden saptanmıştır. Ayrıca kar gözlem istasyonlarının verilerinden (kar su eşdeğeri, kar derinliği, vs.) de aynı amaçla yararlanılmıştır. Akım gözlem istasyonlarının yukarıda açıklanan şekilde çizilen debi hidrografları incelenmiş ve bazı yılların ilkbahar ve yaz ayları akımlarında kar erime akışının katkısının olduğu saptanmıştır. Bu analizlerden, havzadaki kar erimesinin çoğunlukla Mart ayı ortalarında başladığı ve erimenin Temmuz ayı sonuna kadar sürdüğü tespit edilmiştir. Etkin kar erimesi Mart, Nisan ve Mayıs aylarıdır. Bazı yılların, debi hidrograflarında kar erime akışının çok az veya hiç olmadığı görülmüştür. Bu hidrografların ayrıntılı kar erime analizi yapılmamıştır. 2102, 2174 ve 2122 no lu istasyonların debi hidrograflarının yağmur, kar erime ve baz akım bileşenleri gözle ayrılmıştır. Ayrım yapılırken yağış, sıcaklık, kar örtüsü ve derinliği gibi bilgilerden yararlanılmıştır. Kar erime hidrograflarının en büyük hacim süresi 20 gün seçilmiştir. Kar erime hidrograflarının 20 gün süreli en büyük hacimleri hesaplanmış ve bu hacimlerle yağış alanı ortalama kotundaki sıcaklık ilişkisinden kar erime oranları hesaplanmıştır. Meteoroloji istasyonlarındaki günlük ortalama sıcaklıklar yağış alanı ortalama kotuna taşınırken 1 o C/100 m sıcaklık düşme oranı kullanılmıştır. Ek-8

34 Analize değer görülen yılların kar erime akış hidrograflarının; Kar Erime Faktörü (K.E.F) = Günlük Kar Erime Akışı Derece Gün Sayısı = santimetre/derece gün; her hidrograf için her gün hesaplanmış ve hidrografların ortalama kar erime faktörleri cm/ C-gün bulunmuş, günlük akım (mm) kar örtü alanı ortalama kotundaki derecegün e bölünmüştür (baz sıcaklık 0 C). Yukarıda özetlenen şekilde hesaplanan kar erime akış hidrograflarının altındaki toplam hacimler ile kar erime oranları (cm/ C-gün) karşılıklı noktalanmış ve bu bağıntıdan faydalanılarak 2102 no lu istasyonun yağış alanından beklenen en büyük kar erime oranı, KEF= 0,125 cm/ C-gün hesaplanmıştır. Bu bağıntı Şekil: 1.15 de verilmektedir. Aynı yöntemle 2174 ve 2122 no lu istasyon yerleri için en büyük kar erime oranları hesaplanmış ve benzer değerler elde edilmiştir. Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajlarının olası en büyük kar erime akış hidrografları hesaplanırken yağış alanlarının kar örtü sınır kotu 1500 m ve en büyük kar erime oranı ise 0,125 cm/ C-gün alınmıştır m kot üzerindeki yağış alanları sırasıyla km 2, km 2 ve km 2 dir. Bu alanların ortalama kotları sırasıyla 1975 m, 1950 m ve 1980 m dir. Sıcaklıklar 1975 m, 1950 m ve 1980 m ye taşınırken 1 C/100 m sıcaklık düşme oranı kullanılmıştır. Etkin kar erimesinin vuku bulduğu Mart, Nisan, Mayıs ve Haziran aylarında havza ortalama sıcaklığını temsilen alınan Diyadin, Patnos, Dokuzpınar, Ağrı, Bingöl, Muş, Hınıs, Solhan, Varto ve Malazgirt meteoroloji istasyonlarının gözlem sürelerince sıcaklık ölçümlerinden 1, 2, 3,..., 15 günlük en büyük sıcaklıkları bulunmuştur. Bu günlük sıcaklıklar, dizayn paternine göre sıralandıktan sonra sırasıyla 1975 m, 1950 m ve 1980 m kotlarına taşınmıştır. Bundan sonraki hesaplamalar ve sonuçları Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy barajları için Tablo: de verilmektedir. Bu tablodaki en büyük kar erime akış hidrografları ordinatları sırasıyla Şekil: 1.16, 1.17 ve 1.18 de gösterildiği gibi noktalanmış ve Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yerlerinin olası en büyük kar erime akış hidrografları elde edilmiştir. Ek-9

35 1.7 Baz Akım Debisi 2102 ve 2174 no lu akım gözlem istasyonlarının günlük ortalama debi hidrografları analiz edilerek, baraj yerleri en büyük baz akım debileri belirlenmiş ve sonuçları her bir barajın dolusavak giriş hidrografları üzerinde gösterilmiştir. 1.8 Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografları Baraj yerlerinin dolusavak giriş pik debi ve hidrografları (olası en büyük pik debi ve hidrografları), olası en büyük yağmur ve kar erime akış hidrografları ile baz akım debilerinin süperpozisyonundan elde edilmiştir. Hidrograflar süperpoze edilirken pik debileri çakıştırılmıştır. Yukarıda özetlendiği gibi çizilen Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yerlerinin dolusavak proje giriş pik debi ve hidrografları sırasıyla Şekil: 1.19, 1.20 ve 1.21 de verilmiştir. Ekonomik koşullar ve projelerin emniyeti göz önünde bulundurularak barajların Şekil: 1.19, 1.20 ve 1.21 de verilen olası en büyük taşkın hidrograflarının, dolusavak proje giriş hidrografları olarak alınmaları uygun görülmüştür. Ek-10

36 TABLOLAR

37 Tablo 1.1 Murat Nehri Üzerinde Önerilen Barajlara Ait Bazı Karakteristik Bilgiler Tesis Adı Yağış Alanı (km 2 ) Yağış Alanı Ort. Kotu (m) Talveg Kotu (m) Maks. Su Kotu (m) Ana Kol Uzunluğu (km) Yıllık Ortalama Yağış (mm) İzohital Yöntem (mm) Aritmetik Yöntem (mm) Yılık Ortalama Akım (hm 3 ) Yıllık Net Buharlaşma Kaybı (mm) Yukarı Kaleköy Barajı ve HES 21337, , Aşağı Kaleköy Barajı ve HES 22243, , Beyhan l Barajı ve HES 25274, , Beyhan ll Barajı ve HES 25426, , Tablo 1.2 Murat Nehri Yağış Alanında Gözlenmiş Tarihi Fırtınalar ve Maksimizasyon Sonuçları Fırtına Tarihi Y. Kaleköy Barajı (A = km 2 ) Ortalama Yağış (mm) A. Kaleköy Barajı (A = km 2 ) Beyhan ll - l Barajları (A = km 2 ) Fırtına Gerçek Süresi (saat) İstasyon Sayısı W max. / W ac. Y. Kaleköy Barajı (A = km 2 ) Olası En Büyük Yağış (mm) A. Kaleköy Barajı (A = km 2 ) Beyhan ll - l Barajları (A = km 2 ) Nisan ,7 30,7 34, ,8 / 15,6 = 2,10 62,4 64,5 71, Nisan ,8 32,2 36, ,2 / 13,0 = 1,94 59,8 62,5 71,4 7-9 Mayıs ,6 44,7 41, ,2 / 13,0 = 2,17 99,0 97,0 89,2 1-2 Mayıs ,7 43,4 45, ,1 / 10,7 = 3,09 131,9 134,1 140,6 2-3 Mayıs ,1 42,0 42, ,7 / 14,0 = 2,41 101,5 101,2 101, Mart ,8 33,6 41, ,2 / 10,6 = 2,00 63,6 67,2 82, Nisan ,8 36,3 39, ,8 / 16,0 = 1,74 60,6 63,2 68,0 Tablo /05/1993 Tarihli Fırtınanın Maksimizasyon Hesapları İstasyon Kot (m) Aktüel Buhar Basıncı (mb) İşba Sıcaklığı ( o C) Deniz Seviyesi İşba Sıcaklığı ( o C) Yağabilir Su (mm) 1800 m Akış Engeli Düzeltmesi (mm) W ac. (mm) Nurettin ,5 2,9 10,8 Patnos ,3 4,3 12,3 Dokuzpınar ,6 3,0 10,3 Bulanık ,9 3,6 10,8 Korkut ,9 5,3 12 Ağrı ,9 5,3 13,2 Bingöl ,1 7,1 12,5 Muş ,3 4,3 10,8 Hınıs ,6 3,0 11,8 Solhan ,0 5,5 12,0 Varto ,1 3,9 12,0 Malazgirt ,2 2,3 10,3 Genç ,1 7,1 13,0 Diyadin Ortalama 11,7 24,4 13,7 10,7 İstasyon Kot (m) Aktüel Buhar Basıncı (mb) İşba Sıcaklığı ( o C) Deniz Seviyesi İşba Sıcaklığı ( o C) Yağabilir Su (mm) 1800 m Akış Engeli Düzeltmesi (mm) Nurettin Patnos ,1 19,8 26,0 Dokuzpınar ,1 16,8 22,7 Bulanık Korkut Ağrı ,7 17,3 23,8 Bingöl ,2 16,0 20,7 Muş ,7 16,5 21,7 Hınıs ,7 12,7 20,0 Solhan ,9 15,8 21,2 Varto ,2 14,2 20,0 Malazgirt ,3 14,3 20,8 Genç Diyadin ,2 12,2 20,4 Ortalama 21,7 60,5 27,4 33,1 W ac. (mm) Ek-12

38 Tablo 1.4 Baraj Yerleri Çeşitli Yinelemeli Alanda Ortalama Yağış Miktarları ve Olası En Büyük Yağışları, mm (Hershifield Yöntemi) Baraj Adı Etkin Yağış Süresi (saat) Yineleme (yıl) Olası En Büyük Yağış (MMY) Beyhan ll ve Beyhan l Barajları 24 20,5 27,3 31,8 37,6 42,0 46,4 57,3 62,3 75,4 95,2 Aşağı Kaleköy Barajı 24 20,2 27,0 31,6 37,5 42,0 46,6 58,0 63,2 76,4 98,1 Yukarı Kaleköy Barajı 24 19,8 26,6 31,2 37,0 41,5 46,1 57,4 62,6 75,7 98,0 Tablo 1.5 Proje Yağış Alanlarının Olası En Büyük Kar Etme Akımı Hesabı Gün Kar Erime Alanı Ortalama Kotunda Sıcaklık En Büyük Eklenik Sıcaklık Dizayn ( C) Eklenik Sıcaklık Sıcaklık Farkı Paterni ( C) ( C) ( C) Yukarı Kaleköy Beyhan II-I Barajları Aşağı Kaleköy Barajı Barajı Günlük Erime (cm) Beyhan II-I Barajları Aşağı Kaleköy Barajı Yukarı Kaleköy Barajı Günlük Erime (hm 3 ) Beyhan II-I Barajları Aşağı Kaleköy Barajı Yukarı Kaleköy Barajı Günlük Erime Debisi (m 3 /s) Beyhan II-I Barajları Aşağı Kaleköy Barajı Yukarı Kaleköy Barajı 1 14,9 14,9 14,9 10,6 10,8 10,5 1,33 1,35 1,31 278,3 256,5 242,8 3220,5 2968,8 2810,3 2 30,0 15,1 15,1 10,8 11,0 10,7 1,35 1,38 1,34 283,5 261,3 247,4 3281,3 3023,7 2863,9 3 44,0 14,0 15,6 11,3 11,5 11,2 1,41 1,44 1,40 296,6 273,1 259,0 3433,2 3161,2 2997,7 4 58,1 14,1 15,8 11,5 11,7 11,4 1,44 1,46 1,43 301,9 277,9 263,6 3493,9 3216,1 3051,2 5 73,2 15,1 15,9 11,6 11,8 11,5 1,45 1,48 1,44 304,5 280,3 265,9 3524,3 3243,6 3078,0 6 88,5 15,3 16,1 11,8 12,0 11,7 1,48 1,50 1,46 309,8 285,0 270,6 3585,1 3298,6 3131, ,4 15,9 16,2 11,9 12,1 11,8 1,49 1,51 1,48 312,4 287,4 272,9 3615,5 3326,1 3158, ,2 15,8 16,3 12,0 12,2 11,9 1,50 1,53 1,49 315,0 289,8 275,2 3645,8 3353,6 3185, ,2 16,1 16,7 12,4 12,6 12,3 1,55 1,58 1,54 325,5 299,3 284,4 3767,4 3463,5 3292, ,9 15,6 16,8 12,5 12,7 12,4 1,56 1,59 1,55 328,1 301,6 286,8 3797,7 3491,0 3318, ,4 16,5 16,5 12,2 12,4 12,1 1,53 1,55 1,51 320,3 294,5 279,8 3706,6 3408,6 3238, ,0 15,6 16,3 12,0 12,2 11,9 1,50 1,53 1,49 315,0 289,8 275,2 3645,8 3353,6 3185, ,8 16,8 16,2 11,9 12,1 11,8 1,49 1,51 1,48 312,4 287,4 272,9 3615,5 3326,1 3158, ,8 16,0 16,0 11,7 11,9 11,6 1,46 1,49 1,45 307,1 282,6 268,3 3554,7 3271,1 3104, ,1 16,3 15,9 11,6 11,8 11,5 1,45 1,48 1,44 304,5 280,3 265,9 3524,3 3243,6 3078, ,0 15,9 15,6 11,3 11,5 11,2 1,41 1,44 1,40 296,6 273,1 259,0 3433,2 3161,2 2997, ,3 16,3 15,3 11,0 11,2 10,9 1,38 1,40 1,36 288,8 266,0 252,1 3342,0 3078,7 2917, ,5 16,2 15,1 10,8 11,0 10,7 1,35 1,38 1,34 283,5 261,3 247,4 3281,3 3023,7 2863, ,2 16,7 14,1 9,8 10,0 9,7 1,23 1,25 1,21 257,3 237,5 224,3 2977,4 2748,8 2596, ,4 16,2 14,0 9,7 9,9 9,6 1,21 1,24 1,20 254,6 235,1 222,0 2947,0 2721,4 2569,4 Not: BEYHAN ll - l BARAJLARI 1- Proje Yağış Alanındaki Meteoroloji İstasyonlarının Ortalama Kotu: 1543 m Günlük En Büyük Kar Erime Dönemi Başlangıç Kotu m m Üzerindeki Alanın Ortalama Kotu m m Üzerindeki Alanlar km 2 5- Sıcaklık Düşme Oranı...1 C/100 m 6- En Büyük Kar Erime Oranı... 0,125 cm/ C-gün AŞAĞI KALEKÖY BARAJI YUKARI KALEKÖY BARAJI 1500 m 1500 m 1950 m 1980 m km km 2 1 C/100 m 1 C/100 m 0,125 cm/ C-gün 0,125 cm/ C-gün Ek-13

39 ŞEKİLLER Ek-12

40 Ek-15

41 Ek-16

42 Ek-17

43 Ek-18

44 Şekil: /05/1993 Tarihi Fırtınasında Murat Nehri Yağış Alanı İçi ve Çevresindeki Meteoroloji İstasyonlarının Yağış-Kütle Eğrileri Ek-19

45 Ek-20

46 Ek-21

47 Ek-22

48 Ek-23

49 Ek-24

50 Ek-25

51 Ek-26

52 Ek-27

53 Ek-28

54 Ek-29

55 Ek-30

56 Ek-31