SU YAPILARI 5.Hafta Su Alma Yapıları Doç.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr Su alma yapısı nedir? Akarsu ya da baraj gölünden suyu alıp iletim sistemlerine veren yapılara su alma yapısı denir. Su alma yapılarının giriş bölümleri su alma ağzı yada priz olarak adlandırılır. Su alma yapılarının tasarımında düzenli akım koşullarının sağlanması hedeflenmektedir. 1
Su alma yapısı tasarımında dikkat edilecek noktalar Gerekli olan suyun her zaman alınabilmesi Taşkın sırasında su alma ve iletim sisteminin zarar görmemesi Yüzen cisimlerin iletim sistemine girişinin engellenmesi Katı maddenin iletim sistemine geçişinin engellenmesi Balıkların iletim sistemine geçişinin engellenmesi Su alma yapısındaki yük kayıplarının az olması Gerektiğinde alınan su miktarının denetlenerek ölçülebilmesi İşletme bakımının kolay olması Su alma yapılarının sınıflandırılması Yapı özelliklerine göre Akarsu yatağından doğrudan su alma Akarsudan bir kabartma tesisi ile su alma Akım özelliklerine göre Serbest yüzeyli su alma Yandan su alma Karşıdan su alma Basınçlı su alma Yapı gövdesinden su alma Yamaçtan su alma Dipten su alma Kuleli su alma Kuyulu su alma
Serbest Yüzeyli Su Alma Yapısı Elemanları Giriş eşiği Dalgıç perde Giriş ızgaraları Kapaklar ve ayaklar Çökelim havuzu Yıkama kanalı Çökelim havuzu eşiği Geçiş kanalı ve dönüşler Ölçüm savağı Çevre duvarları 3
Çamlıdere Barajı Su alma yapısı 4
Yük Kayıpları_Serbest Yüzeyli Su Alma Yapıları Sürekli yük kayıpları: Akışın hidrolik eğimi (genellikle kanal taban eğimi) ile kanal uzunluğunun çarpımı ile hesaplanır Yersel yük kayıpları: Su alma yapısı elemanları nedeni ile oluşan yük kayıpları Parshall savağı yük kaybı Geçiş kanalı yük kaybı Dönüş yük kaybı Çökelim havuzu yük kaybı Kapak yuvaları yük kaybı Dalgıç perde yük kaybı Giriş eşiği yük kaybı Izgara kaybı Parshall Savağı Yük Kaybı V c V hk = 0. Hc + 0.4 g Geçiş Kanalı Yük Kaybı V V hk = K g g 1 Dönüş Yük Kaybı V V h k = 0. g 1 3 / Q =.88 B hk + h hk 3 Çökeltim Havuzu Eşiği Yük Kaybı 1 / Kapak Yuvaları Yük Kaybı V 1 a h k = 1. ( 1 β ) + g a β = bh /( bh + yh + 0.eb) 3 a = 0.63 + 0.37β Dalgıç Perde Yük Kaybı h k h Q = 1 h abµ g Giriş Eşiği Yük Kaybı 1 V V1 h k = µ g Izgara Kaybı 4 / s V = β sinα b g 3 5
Geçiş Kanalı h k = K g V 1 g V Örnek Soru_Geçiş Kanalı Yük Kaybı Hesabı Dikdörtgen kesitten yamuğa geçişi kırık düzlem şeklinde yapılan geçiş kanalının boyunu ve yük kaybını bulunuz. Yapının derinliği 1.8 m, hava payı 0.4 m, dikdörtgenin genişliği 4 m, yamuğun taban genişliği 3m, şev eğimi 1/1.5, geçen debi 7.5 m 3 /s dir. Genişlemede en küçük açı 15 o ve genişleme için k=0.5 alınacaktır. B=b+xmxd-xLxtgα B: dikdörtgenin genişliği 4m b: yamuğun taban genişliği 3m m: yamuğun şev eğimi 1.5 d: yapının derinliği 1.8 m L: geçiş kanalının uzunluğu?? Α: geçiş kanalının akış ekseni ile yaptığı açı 15 o L=(b+xmxd-B)/tgα L=8.15 m Geniş kanalında hız değişimi Dikdörtgende ıslak alan 1.4x4= 5.6 m Dikdörtgende hız V=7.5/5.6=1.34 m/s Yamukta ıslak alan=(b+mxh)xh= (3+1.5x1.4)x1.4= 7.14 m Yamukta hız V=7.5/7.14=1.05 m/s 6
h k = K g V 1 g V V1 dikdörtgen =1.34 m/s V yamuk= 1.05 m/s K= 0.5 h=0.0m Ölçüm Savağı-Parshall 7
Serbest Yüzeyli Su Alma Yapıları Yandan Su Alma Tabandan Su Alma Karşıdan Su Alma En yaygın su alma türüdür. Yandan su alma Akarsuyun yalnız bir kıyısından su alınacaksa yapı akarsu kıvrımının dış yüzüne yapılır Suyun su alma ağzını kolaylaştırmak (yönlendirmek) için ayırma duvarı yapılır. Akarsu ekseni ile su alma ağzı ekseni arasında 0 o -60 o dar açıların olması sağlanır. Su alma ağzında akış hızının 0.6-1 m/s olması sağlanır. 8
Kıvrım doğrultusunda su yüzü eğiminin hesaplanması J=V /(rxg) V: akım hızı r: kıvrım yarı çapı g: yerçekim ivmesi Akarsu Kıvrımında Oluşacak Su Seviyesi ve Basınç Farklarının Hesabı_Örnek Ortalama genişliği 40 m, ve derinliği 0.8 m olan bir akarsuda 30 m eksen eğrilik yarı çaplı bir kıvrım bulunmaktadır. Kesitten geçen debi 40 m 3 /s olduğuna göre kıvrımın iki kıyısı arasında oluşacak su seviyesi farkını belirleyiniz. Kıvrım doğrultusunda su yüzü eğimi J=V /(rxg) V: akım hızı r: kıvrım yarı çapı g: yerçekim ivmesi V=Q/A V=40/(40x0.8)=1.5 m/s J=V /(rxg) J=1.5/(30x9.81)=0.0053 Kıyılar arasında seviye değişimi: 0.0053x40=0.1 m 0.8+0.1/=0.906 m 0.8-0.1/=0.694 m 9
Tabandan su alma_tirol Akarsu yatak eğiminin %5 den fazla olduğu durumlarda tercih edilir. Tabandan su alma bağlamanın üzerine yerleştirilen bir sistemdir. Izgaralar 10 o -30 o açı yapacak şekilde yerleştirilirler Tabandan Su Alma Yapılarında Debi Hesaplaması Q = µcbl(gh) 3 1 / µ: ızgaranın akımı büzme katsayısı (biçim katsayısı) B: ızgaralı kesitin genişliği L: ızgaralı kesitin uzunluğu c: ızgara katsayısı a c = 0.6 ϕ d + a 3 / ( cos ) φ: ızgaranın yatayla yaptığı açı d: ızgaranın kalınlığı a: ızgara aralığı h = 3 Kh o ho: bağlama başlangıcında enerji yüksekliği 10
Tabandan su alma sisteminde ızgara açıklığı 0.05 m, ızgara kalınlığı 0.08 m dir. Izgaralı kesit uzunluğu 40 m, genişliği 1.5 m olduğuna göre sistemden alınacak debiyi bulunuz. Bağlama membasında su napı 1.6 m, µ katsayısı 0.75, φ açısı 10 o olarak alınacaktır. c=0.6x0.05/(0.05+0.08)x(cos10) 3/ =0.14 K=0.910 için Tabnadan Su Alma Yapılarında Debi Hesaplaması_Örnek h=(/3)x0.910x1.6=0.97 m Q=(/3)x0.75x0.14x40x1.5x(19.6x0.97) 1/ =18.3 m 3 /s a c = 0.6 cosϕ d + a h = Kh o 3 Q = µcbl(gh) 3 3 / ( ) 1 / Karşıdan su alma Tabandan su alma yapılarını etkileyen küçük çaplı katı maddelerin girişini engellemek için çakıl geçidi üzerine kirişşeklinde yerleştirilen su alma yapılarıdır. 11
Basınçlı Su Alma Yapıları Basınçlı su alma yapılarında su akarsu yada baraj haznesinden boru yada tünel ile alınır. Basınçlı Su Alma Yapı Elemanları Su alma ağzı Izgaralar Kapaklar ve Vanalar Borular ve Enkesit değişmeleri Dirsek, T bağlantı, kollara ayrılma, kare kesitten daire kesite geçiş parçaları Yük Kayıpları_Basınçlı Su Alma Yapıları Sürekli yük kayıpları: f:darcy-weisbach sürtünme katsayısı L: boru boyu D: boru çapı V: akım hızı Yersel yük kayıpları: Su alma yapısı elemanları nedeni ile oluşan yük kayıpları Giriş kaybı Izgara yük kaybı Dirsek yük kaybı Kesit daralması kaybı Kesit genişletme kaybı Kapak ve vana kayıpları Çıkış yük kaybı Diğer kayıplar L V h k = f D g 1
Basınçlı Su Alma Yöntemleri Yapı Gövdesinden Su Alma Yamaçtan Su Alma Dipten Su Alma Kuleli Su Alma Kuyulu Su Alma Yapı Gövdesinden Su Alma Su kabartma yapısı gövdesinden boru ile su almak için tasarlanır. Katı madde geçişini önlemek için ızgara, su almayı kontrol etmek için kapaklar ile donatılır. Giriş ağzı yük kayıplarının önlenmesi için keskin köşeler kullanılmaz. Beton barajlarda yaygın olarak kullanılan bir su alma yöntemidir. 13
Yamaçtan Su Alma Yapı gövdesine zarar vermemek için özellikle dolgu barajlarda kullanılan bir yöntemdir. Derivasyon yapıları inşaat sonrasında yamaçtan su alma yapısı olarak kullanılabilir Dipten Su Alma Ekonomik olduğu için özellikle küçük içme suyu projelerinde tercih edilir. Su kabartma yapılarına ihtiyaç duyulmaz ve akarsu ulaşımını engellemez Katı madde girişini azaltmak için akarsu yada hazne yatağından yukarıda yapılmalıdır. Kapakların bakım ve onarımı güçtür. 14
Kuleli Su Alma Kuleli su alma yöntemi nerelerde uygulanır? Yamaç morfolojisi nedeni ile yamaçtan su alınamıyorsa Gövde tasarımı nedeni ile yapı gövdesinden su alınamıyorsa Su seviyesi değişiminin büyük olduğu yerlerde Kuyulu Su Alma Yamaçtan ve gövdeden su alma yöntemlerinde su alma ağzını kıyı ve gövdeden uzaklaştırmak için kullanılır. Su şaft (kuyu) girişli su alma yapısı ile alınır. Kuyu ağzının akarsu/hazne tabanından yüksekliği önemlidir. 15
Çökeltim Havuzları Alınacak sudan askıda katı maddeler tabanda çökeltme yöntemi ile ayrılırlar. Çökeltme, çökeltilmesi istenen en küçük dane çapına göre planlanır. Alçak su kuvveti tesislerinde 0.1-0.5 mm Orta yüksek düşümlerde 0.1-0. mm 100 m den fazla düşümlerde 0.01-0.05 mm İçme suyu tesislerinde 0.0 mm den büyük daneler çökeltilir. Sulama tesislerinde katı madde taşınımında daha toleranslı davranılır. Barajdan su alma yapılarında çökeltim havuzu planlanmaz, bağlama yapılaraından su alınırken mutlaka çökeltim havuzu tasarlanır. Çökeltim Havuzu Tasarımı Alınan debiye ve taban durumuna göre çökeltim havuzlarının derinlikleri 1.5-4.0 m arasında seçilir. Genellikle birden çok bölme kullanılır. Akım hızı Havuz uzunluğu (askıda katı madde) Çökeltilmek istene dane boyu çapı 16
Çökeltim Havuzu Türleri Yıkama şekline göre Kesintili yıkanan çökeltim havuzlar Sürekli yıkanan çökeltim havuzlar Plan şekline göre Dikdörtgen yada yamuk planlı çökeltim havuzlar Daire planlı çökeltim havuzları Kesintili Yıkanan Çökeltim Havuzları Schoklitsch tipi havuzlar Havuz giriş akım hızının azaltılması için geniş olarak planlanır Havuz tabanı %1- eğimlidir. 17
Sürekli Yıkanan Çökeltim Havuzları Dufour tipi havuzlar Dar uzun bir havuz oluşturulur, sürekli yıkama nedeni ile %10 su kaybı gerçekleşir. Havuz girişlerinde yönlendirici ve akım hızını düşürmek için sakinleştiriciler kullanılır. Tabanda tıkanmalar gerçekleştiğinden sık sık bakım gerektirir. Daire Planlı Çökeltim Havuzları Dairesel planlı havuza giren su dönerek başka yerden çıkar. Suyun dönüşü sırasında ortaya toplanan katı madde tabana yerleştirilen vanalı bir çıkış ile akarsuya iletilir. Sürekli yıkama yapılan bu sistemde %3 su kaybı vardır. 18