BARAJ JEOLOJİSİ. Enerji Santrali Makine Odası

Transkript

1 BARAJ JEOLOJİSİ Dolu savak kapakları Gezici Vinç Dolu Savak Derivasyon Tüneli Enerji Santrali Makine Odası Kontrol Odası Çeşitli amaçlarla bir akarsu vadisinin uygun kesitine inşa edilen ve akarsuyun suyunun baraj gölünde birikmesini sağlayan beton, toprak, kaya veya bunların karışımı ile yapılan büyük yapılara baraj denir. Akarsuları yükseltmek ve çevirmek amacıyla yapılan yapılara ise regülatör denir.

2 AMAÇLARI Enerji elde etme, İçme ve sulama suyu sağlama, Taşkından koruma, Ulaşım, balıkçılık ve turizm Atık depolama, Bir baraj tek veya çok amaçlı olarak kullanılabilir.

3 BARAJLARIN SINIFLANDIRILMASI

4 BARAJLARDA KULLANILAN TERİMLER Abatman: Barajın üzerine inşa edildiği vadinin her iki tarafındaki eğimli yüzey Vadi kesiti: Baraj gövdesinin akarsu yatağında oturduğu kesimin enine kesitidir.

5 Abatman Abatman

6 Barajın memba eteği: Barajın memba tarafındaki yüzünün temel kayaya oturduğu kısım Baraj topuğu: Baraj gövdesinin mansap yüzünün temel kayaya oturduğu kısım Baraj tepesi (kret): Barajın en üst kısmı memba mansap

7 Kenar duvarı (parapet): Baraj tepesinin her iki tarafında yapılan koruma duvarları Serbest kısım (dalga payı): Baraj tepesi ile maksimum su seviyesi arasında kalan kısım Baraj ekseni : Baraj tepesinin ortasından geçen çizgi

8 Baraj kesiti: Baraj eksenine dik kesiti Galeriler: Baraj gövdesi içinde baraj eksenine paralel, dik ve eğik olarak yerleştirilen bu galeriler sızıntıları kontrol etmek, drene etmek veya önlemek için enjeksiyon yapmak amaçları ile kullanılır Dip savak: Ölü hacmin üzerindeki suyu boşaltmaya yarayan tünel Memba Yüzü Galeriler Dip savak Mansap Yüzü Kuyruk Suyu Sızıntı Engelleme Çukuru

9 Ölü hacim yüzeyi: Barajın içinde kalan ve boşaltılamayan su seviyesi Baraj yüksekliği: Akarsu talveginden veya temelden baraj tepesine kadar olan yükseklik Kuyruk suyu yüzeyi: Barajın savaklarından veya tribünden çıkan suyun mansaptaki yüzeyi Maksimum su yüzeyi: Baraj gölünde dolu savak seviyesindeki su düzeyi Memba Yüzü Galeriler Mansap Yüzü Minimum su yüzeyi: Baraj gölündeki faydalı şekilde kullanılabilecek en düşük su yüzeyi Dip savak Kuyruk Suyu Sızıntı Engelleme Çukuru

10 Dolu savak: Baraja maksimum su seviyesinin üstünde gelen suyu boşaltmaya yarayan yapı

11 DOLU SAVAK KEBAN BARAJI

12 Çevirme (derivasyon) tüneli: Barajın gövde inşaatı sırasında akarsuyun yönünü değiştiren tünel Çevirme (derivasyon) tüneli Batardo : Baraj inşaatı sırasında akarsuyun çevirme tüneline girmesine yardımcı olan küçük baraj

13 Çevirme (derivasyon) tüneli

14 Çevirme (derivasyon) tüneli:

15

16 Su akış yönü MEMBA BATARDOSU ABATMAN Baraj gövde inşası

17 BARAJ ÇEŞİTLERİ Günümüzde inşa edilen barajlar kullanılan malzemeye göre beton barajlar ve dolgulu barajlar olmak üzere iki grupta toplanır. A. Beton Barajlar 1. Beton barajlar ağırlık barajları 2. Payandalı ağırlık barajları 3. Kemer barajları olmak üzere üç çeşittir.

18 Ağırlık Barajları Ağırlık barajları baraj gölündeki suyun itme kuvvetine ağırlıkları ile karşı koyan barajlardır. Düz olarak veya memba tarafına doğru hafif kavisli veya ikisinin birleşmesi şeklinde yapılır. Genelde üçgen ve trapez (yamuk) kesitli olan ağırlık barajları temel kayasının sağlam olduğu durumlarda yapılır. Çatlaklı kayalar ve alüvyonlar enjeksiyonla sağlamlaştırıldıkları durumda bunların üzerine de ağırlık tipi beton baraj yapılabilir.

19 A.1. Beton Ağırlık Barajları Ağırlık Barajları, Geniş kanyon tipi vadiler ağırlık tipi baraj için uygundur. Ağırlık tipi barajlarda; temel kayasının taşıma gücü 9-11 kg/ cm 2 arasında, taban genişliği yaklaşık yüksekliğinin 2 / 3 'ü kadar ve tepe uzunluğu- yükseklik oranı (vadi şekli faktörü) 5 veya daha küçük olmalıdır.

20 A.2. Payandalı Ağırlık Barajları Payandalı ağırlık barajlar suyun itme gücüne payandalarla desteklenmiş düz veya hafif eğimli bir duvar şeklindeki beton gövde ile karşı koyarlar. Su basıncı payandalarla temele aktarılır. Payandalı ağırlık barajları geniş kanyon tipi vadiler için uygun ve ekonomiktir. Bu tip barajlarda daha az malzeme ve beton kullanılmakta ve daha az kazı yapılmaktadır. Ayrıca dolu savak ve kuvvet santralleri gibi barajla ilgili diğer yapılar payandalar arasına yerleştirilerek ekonomik bir çözüm getirilir. Bu tür barajlarda beton dökme ve kalıp işçiliği önemlidir.

21 Payandalı ağırlık barajlarında temel kayasının özellikle payandaların oturacağı kısımlarda sağlam olması istenir. Payandalar altındaki temel kayasının mukavemeti kg/cm 2 arasında olmalıdır. Payandalar dışındaki temele fazla yük binmez, bu nedenle barajın bu kısımları zayıf temele rastlatılır.

22 Memba Yandan Çevirmeli Dolu Savak Mansap Göl Alanı Payandalar Payandalı Ağırlık Barajları

23 A.3. Kemer Barajları Kemer tipi barajlar ise akarsuyun memba tarafına doğru kavisli (konkav) tek bir duvar şeklinde yapılır. Baraj gövdesinin kavisli şeklinden dolayı suyun itme kuvveti vadi yamaçlarına iletilir. Bu nedenle kemer tipi barajlar yamaçları sağlam vadilerde inşa edilir. Kemer tipi barajlar güvenlik açısından tercih edilirler.

24 Ancak baraj gövdesinin yamaca iyi kenetlenmesi gerekir. Yamaçla gövde arasındaki dar açının en az 45o olması ve tepe merkez açısı 133 ' den büyük olması gerekir. Kemer barajlarda tepe uzunluğu-yükseklik oranının 4.5 veya daha küçük olması gerekir. Kalın tipte abatmanların sağlam, basınç dirençlerinin en az 33 kg/cm 2, ince ve kupolo tiplerde ise kg/cm 2 arasında olması önerilir. Kemer barajlar diğer tiplere göre daha az malzeme fakat özel kalıp işçiliği ve kaliteli beton dökme tekniği gerektirir.

25 KEMER TİP BARAJ İNŞASI Dolu savak

26 B. Dolgu Barajları Doğal blok, çakıl, kum, silt ve kil gibi ayrık malzemeler kullanılarak yapılan barajlara dolgulu barajlar denir. Bunlar kullanılan malzeme cinsine göre 1. toprak dolgulu, 2. kaya dolgulu, 3. toprak-kaya dolgulu olabilirler. Dolgulu barajlar daha çok geçirimsiz ancak sağlam olmayan heterojen kayaçların bulunduğu geniş ve yayvan akarsu vadilerinde yapılır.

27 B. 1. Toprak Dolgu Barajları Doğal halde bulunan blok, çakıl, kum, silt ve kil gibi ayrık malzemelerden yararlanılarak yapılan su tutma yapılarına dolgulu barajlar denir. Malzeme durumuna göre; zonlu gövdeli homojen gövdeli toprak baraj olabilir Bu tür barajlar daha çok geçirimsiz, sağlam olarak kabul edilmeyen heterojen ortamlarda, geniş ve yayvan akarsu vadilerinde inşa edilirler.

28

29 B. 2. Kaya Dolgu Barajları Baraj yerine ekonomik uzaklıkta malzeme bulunmaması durumunda kaya dolgulu barajlar yapılır. Keban Barajı temelden 207 m yükseklikte 1097 m uzunlukta kaya dolgulu ve beton ağırlık karışımı bir barajdır. Atatürk Barajı ise kaya dolgu türü barajdır. Atatürk Barajı

30 Keban Barajı

31 Borçka Barajı Gövde İnşaatı

32

33

34 BARAJ TİPİ VE BARAJ YERİ SEÇİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Bir akarsu üzerinde baraj yapılması düşünüldüğünde güvenlik, maliyet ve akarsuyun enerjisinden en fazla yararlanma öncelikli olarak göz önünde tutulur. Belirlenen baraj yeri ve baraj tipi alternatifleri birbirleri ile karşılaştırılarak en uygun baraj yeri ve baraj tipi seçilir.

35 1. VADİ ŞEKLİ Baraj yapılacak yerde vadi şeklinin uygun olması gerekir. Vadiler boğaz (U) şekilli; dar (V) şekilli ve geniş şekilli olabilir. Vadide yapılacak baraj uzunluğunun baraj yüksekliğine oranına vadi şekli faktörü (K) denir. K < 4.5 ise kemer tipi K < 5 ise ağırlık tipi K > 5 ise dolgu baraj tipi önerilir. Kanyon ve V şekilli vadilerde genellikle beton kemer tipi baraj Geniş U şekilli vadilerde beton ağırlık tipi baraj ; Çok geniş vadilerde ise dolgulu baraj önerilir. Bu öneriler yapılırken vadi tabanım ve yamaçları oluşturan kayaçların mekanik özelliklerinin uygun olması gerekir. Örneğin zayıf olan kayaçlarda kemer tipi yerine beton ağırlık veya dolgu baraj yapılır.

36 2. LİTOLOJİK VE YAPISAL ÖZELLİKLER Baraj yapılacak yerdeki kayaçların geçirimsiz olması gerekir. Geçirimli olması durumunda enjeksiyonla iyileştirme mümkün ise de bunun baraj maliyetine etkisi fazladır. Ayrıca kayaçların suya karşı duraylılığı önemlidir. Örneğin jips ve kireçtaşları üzerinde baraj yapılması durumunda bu kayaçların suda çözünmesi nedeniyle zamanla su kaçakları oluşabilir. Marnlı kayaçlar üzerine baraj yapıldığı zaman marnın su aldığında kabarması baraj gövdesinde deformasyona neden olur. Magmatik kayaçlar çatlaksız ve ayrışmamış oldukları zaman iyi bir baraj yeri olabilirler.

37 Tabakalı kayaçlar üzerinde baraj yapılması durumunda tabaka doğrultularının baraj eksenine paralel ve membaya eğimli olması gerekir. Tabaka eğiminin mansaba doğru eğimli olması durumunda baraj gölünden su kaçakları meydana gelir. Tabakalar yatay konumlu olduklarında enjeksiyon perdesi ile geçirimsizlik sağlanır. Antiklinal üzerinde baraj yapılırken baraj gövdesinin antiklinalin sol kanadı üzerinde kalması su kaçağını engeller. Senklinallerde ise su kaçağı engellenemez.

38 Baraj gölü Tabakalı yapılar Uygun değil Uygun Senklinaller Uygun değil Uygun Antiklinaller Uygun Uygun değil

39 Baraj gölü Tabakalı yapılar Uygun Senklinaller Uygun Antiklinaller Uygun Enjeksiyon perdesi

40 3. HİDROLOJİK VE HİDROLİK DURUM Baraj yapılmadan akarsuyun beslenme alanına düşen yağış ve buharlaşma miktarları ölçülür. Ayrıca taşkın debileri ve dalga etkileri hesaplanır. Barajın dolu savak projesi bu taşkın debisine göre hesaplanır. Barajın yüksekliği ise göl alanında toplanacak su miktarına göre belirlenir.

41 4. MALZEME DURUMU Baraj yapımında kullanılacak malzemenin yakında ve yeterli miktarda bulunması baraj tipinin seçiminde etkilidir. Örneğin çekirdek malzemesi ve dolgu malzemesi varsa toprak dolgulu baraj; agrega varsa beton baraj tipi seçilir. Ayrıca baraj inşaatı sırasında yapılacak hafriyat malzemesinin de kullanılıp kullanılmayacağı araştırılır. 5. İKLİM KOŞULLARI : Baraj yapılan yerin iklimi baraj tipi seçimini etkiler. Yağışlı ve soğuk (don yapan) yerlerde toprak dolgulu baraj malzemesinin yerleştirilmesi zor olduğundan buralarda çekirdek kısmı ince barajlar yapılır. Kurak bölgelerde ise kompaksiyon için gerekli su sorunu ile karşılaşılır. 6. MEMLEKETİN EKONOMİK DURUMU ve İŞÇİLİK Baraj yapılırken ülkenin ekonomik durumu, endüstriyel gelişmesi, demir ve çimento üretimi baraj tipi seçiminde etkili olur. Örneğin GAP projesi başlamadan Güneydoğu Anadolu 'da çok sayıda çimento fabrikası yapılmıştır. Kemer tipi barajlar vasıflı işçilik gerektirir. Yörede bu düzeyde elemanların bulunması gerekir.

42 BARAJLARDA DOLU SAVAKLAR Baraj göl alanına gelen taşkın sularının baraj gövdesine ve göl alanı yamaçlarına zarar vermemesi için bu fazla suyun boşaltılması için yapılan kanallara dolu savak denir. Dolu savaklar barajların güvenliğini sağlar.

43 BARAJLARDA DOLU SAVAKLAR Baraj göl alanına gelen taşkın sularının baraj gövdesine ve göl alanı yamaçlarına zarar vermemesi için bu fazla suyun boşaltılması için yapılan kanallara dolu savak denir. Dolu savaklar barajların güvenliğini sağlar.

44 Dolu savaklar baraj tipine göre üstten akan, yandan çevirmeli ve kuyu tipte olabilir. 1. Üsten Aşmalı Dolu Savak Üstten akan dolu savaklar daha çok beton barajlarda uygulanır. Dolu savak akan suyun türbülanssız akacak şekilde ve baraj gövdesine zarar vermeyecek şekilde projelendirilir. En basit dolu savak baraj üzerinde içinde kapak bulunan bir boşluk bırakılarak yapılır. Trapez veya dikdörtgen şeklinde olan bu dolu savakta kapak mekanik veya otomatik olarak çalışır.

45 2. Yandan Çevirmeli Dolu Savak Topografyanın uygun olması durumunda dolgulu barajlarda baraj gövdesinin oturduğu yamaçta uygun kazılar yapılarak çevirmeli şekilde dolu savak yerleştirilir.

46 3. Kuyu Tipi Dolu Savak Dar vadilerde yapılan barajlarda ve topografyanın elverişsiz olması durumunda kuyu tipi dolu savak yapılır. Bu tür dolu savaklar huni gibi görev yapar. Kuyu tipi dolu savak

47 Kuyu tipi dolu savak

48 Kuyu tipi dolu savak

49 BARAJLARDA SİLTLENME VE BARAJ ÖMRÜ Akarsular tarafından taşınan erozyon malzemesinin baraj göl alanında birikmesi olayına siltlenme denir. Siltlenme baraj göl alanının yeryüzü şekline, drenaj alanındaki bitki örtüsüne, yağış şiddeti ve yağış rejimine, kayaçların litolojisine ve ayrışma derecesine bağlıdır. Siltlenme ilerledikçe baraj göl alanı dolar ve sonunda su birikmesi olanaksız duruma gelir. Akarsu tarafından baraj göl alanına taşınan yıllık askı maddeleri yapılan ölçümlerle belirlenir. Baraj göl hacminin yıllık ortalama silt miktarına bölünmesi ile barajların ömrü hesaplanır.

50 Siltlenmenin en az düzeye indirilmesi için çeşitli önlemler alınır. Bu önlemler drenaj alam içinde erozyonun önlenmesine yöneliktir. Bunun için; drenaj alanı ağaçlandırılır, akarsuyun baraj gölüne erişmeden küçük setlerden geçirilerek iri taneli malzemenin ayrılması sağlanır, yan dereler denetim altında tutulur, zaman zaman fezeyan mevsiminde dip savaklar açılarak silt malzemesinin boşaltılmasına çalışılır silt malzemesinin baraj gölüne gitmeden çökertilmesi için memba tarafında daha küçük barajlar yapılır. Atatürk Barajında siltlenme olayının azaltılması için binlerce üniversiteli gencin katıldığı ağaçlandırma kampanyası başarılı biçimde yürütülmüştür.

51 BARAJ ÇALIŞMALARINDA YAPILAN JEOLOJİK İNCELEMELER Uzun yıllar süren jeolojik çalışmalar meteorolojik veriler ve daha önce yapılmış olan jeolojik verilerin toplanması ile başlar. Olası baraj verileri belirlendikten sonra bunların olumlu ve olumsuz yönleri deneştirilerek en uygun baraj yeri belirlenir. Bundan sonra baraj yerinde ve baraj göl alanında ayrıntılı çalışmalar yapılır. Bu çalışmalar sırasında kayaçlann litolojik ve yapısal özellikleri incelenir. Ayrışma derinliği, yer altı su durumu, süreksizliklerin su kaçağına etkisi, suyun kimyasal bileşimi belirlenir. Bu incelemeler yapılırken uygun sayıda karotlu sondaj galeri, çukur ve yarmalar açılır. Bu çalışmalarda jeofizik çalışmalarından da yararlanılır. Baraj yerinde ilki akarsu yatağında diğerleri ise yamaçlarda olmak üzere açılan sondajlardan açıldığı yerdeki sağlam kaya içinde m derinliğe kadar inmesi yeterli olur. Doğadan alınan örnekler, sondaj, galeri ve yarmalardan alınan örnekler üzerinde laboratuvar deneyleri yapılarak kayaçların fiziko mekanik ve elastik özellikleri belirlenir. RQD değerleri hesaplanır ve basınçlı su deneyleri yapılarak baraj gölünden su kaçağının meydana gelip gelmeyeceği ve enjeksiyon uygulamasının yapılıp yapılmayacağı belirlenir