Baraj Hazneleri Onur Serkan Kaya

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYAİnşaat Mühendisi (Stu.)

onurserkankaya.com

http://onurserkankaya.com/

http://onurserkankaya.com/

BARAJ HAZNELERİ

• Baraj gölü de denen baraj haznesi suyu biriktirerek ve su seviyesini yükselterek barajın işlevini yerine getirdiğinden barajın en önemli kısmıdır.

• Baraj hazneleri bir bakıma insanlar tarafından oluşturulan yapay göllerdir.

ONUR SERKAN KAYA

BARAJ HAZNELERİ

• Baraj haznelerinin gerek planlama ve tasarımında gerekse işletmesinde baraj yüksekliği ile baraj hazne hacmi arasındaki bağıntının bilinmesi gerekir.

• Baraj gölleri düzgün geometrili şekiller olmadığından bunların hacimleri bulundukları yerin eş yükseltili eğrili haritalarından bulunur.

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİ1.1.1 Yükseklik – Hacim Bağıntısı

ONUR SERKAN KAYA

BARAJ HAZNELERİ• …baraj ekseni ile her bir eş yükselti arasında

kalan alan haritadan planimetre ile ölçülür.Yatay eksende alan, düşey eksende baraj yeri tabanından yükseklik olmak üzere yükseklik-alan eğrisi (h-A) bulunur.

• Bu eğri ile düşey eksen (h) arasındaki alan göl hacmini ifade eder.Her bir yükseklik için bulunan hacimler kullanılarak yükseklik – hacim eğrisi (h- V) elde edilir.

ONUR SERKAN KAYA

BARAJ HAZNELERİYükseklik h (m) Alan A (105 m2) Hacim V (106 m2)

245 0 0

250 8,9 2,25

255 15,7 8,05

260 21,8 17,75

265 26,1 30,5

270 30,5 46

275 40,2 65,7

280 50 89,5

ONUR SERKAN KAYA

Yenice Barajı için yükseklik-alan ve yükseklik-hacim değerleri

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100220

230

240

250

260

270

280

290

h-Ah-V

Alan, 105 m2 Hacim, 106 m2

Yüks

eklik

, m

Yenice Barajı için yükseklik-alan ve yükseklik-hacim eğrileri

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİ1.1.2 Hazne Kısımları

• Normal Su Seviyesi: Kapaksız dolu savak tepe kotuna karşı gelen bu seviyeye dolu hazne seviyesi denir.Kapaklı dolu savaklarda ise kapak durumuna göre proje seviyesi olarak belirlenir.

• Maksimum Su Seviyesi: Taşkın sırasında su seviyesi dolu savak hacmi üstüne çıkar.Bu proje seviyesine en yüksek (maksimum) su seviyesi adı verilir.

• Minimum İşletme Seviyesi: Bu seviye, su alma ağzının en düşük (minimum) kotta çalışabildiği seviyedir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• … haznedeki bu seviyelere bağlı olarak bir barajın menbaında oluşan toplam hazne hacmi bazı kısımlara ayrılır.

• Ölü Hacim: Akarsu tabanı ile en düşük dip savak tabanı arasında kalan ve hiçbir zaman yer çekimi ile boşaltılamayan hacimdir.

• Canlı Hacim: Normal su seviyesi altındaki hacimden ölü hacim çıkarılınca kalan hacimdir.Bu hacim faydalı hacim ile kullanılmayan hacmin toplamıdır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• Taşkın Kontrol Hacmi: Barajda taşkın kontrol amacı varsa, bu amaçla tutulan su hacmine taşkın kontrol hacmi denir.

• Faydalı Hacim (Aktif Hacim): Taşkın kontrolü dışında kalan ve biriktirme amacı ile kullanılabilen hacimdir.Minimum işletme seviyesi ile taşkın kontrol hacmi arasındaki hacimdir.

• Kullanılmayan Hacim (Aktif Olmayan Hacim): Faydalı hacmin alt kısmında oluşan ve kullanılmayan hacimdir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• …Haznelerin yamaçlarındaki toprak genellikle geçirimlidir. Bir hazne dolunca su yamaçlardaki toprağın içine sızar. Su seviyesi alçalınca daha önce toprağın boşluklarına giren su, baraj gölünün içine akar.

• Yamaçlarda biriken su miktarına yamaç hacmi adı verilir.Yükseklik-hacim eğrileri yamaç hacmini kapsamaz.

• Bununla birlikte, bu hacim topraktaki jeolojik boşluklara bağlı olarak, haznenin kapasitesini arttırır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• …Bu hacimlerden başka, baraj yapılmadan önce akarsu yatağındaki suyun akışı sırasında suyun oluşturduğu vadi hacmi vardır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİBir Haznenin KısımlarıMaksimum Hazne Seviyesi

Normal su seviyesi Taşkın kontrol hacmi

Baraj temeli

Akarsu tabanı Ölü hacim

Kullanılmayan Hacim

Minimum işletme seviyesi

Faydalı hacim

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİ1.1.3 Hazne Verimi

• Hazne verimi, belirlenmiş zaman aralığında hazneden sağlanabilecek su debisidir.Zaman aralığı ise bir yıl veya birkaç yıl olabilir.

• Hazne verimi, akarsudaki akıma bağlıdır ve yıldan yıla değişir.

• Güvenilir verim kritik kurak döneminde alınabilecek en büyük su miktarıdır.Uygulamada kritik dönem, çoğunlukla akarsu kayıtlarındaki en düşük doğal akımın bulunduğu zaman dilimi olarak alınır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• Güvenilir verimi kesin olarak belirlemek zor olduğundan onu olasılık terimleri ile ifade etmek daha uygun olmaktadır.Belirli bir zaman aralığı için muhtemel maksimum verim, o aralıktaki buharlaşma ve sızma kayıplarının ortalama gelen akımdan çıkarılması ile bulunabilir.

• Gelen akım her ay sabit olsaydı, hazne yapmaya hiç gerek duyulmazdı. Akımın zaman içinde ortalamadan ayrılması arttıkça gerekli hazne hacmi de artar.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• …Yüksek akımların olduğu dönemlerde güvenilir verimden daha fazla verim sağlanabilir.Bu verime ikincil verim, ya da sekonder verim denir.Sudan elektrik elde ediliyorsa, sanayinin en büyük ihtiyaçları bu ikincil verim kullanılarak karşılanabilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİ1.1.4 Hazne Verimlilik Eğrisi

• Bir haznedeki faydalı hacim, gelen suya, yani arza –S, ve ihtiyaç debisine, yani talebe –D, ve bunların zamanla değişimine bağlıdır.Bir hazneden çekilebilecek debi ile faydalı hacim arasındaki bağıntıyı gösteren eğri hazne verimlilik eğrisi dir. Şekil 1.4 ’te görüldüğü gibi hazneden çekilebilecek debi, akarsuyun minimum debisinden Qmin ,az ise bir baraj haznesine gerek yoktur.

• Bu durumda hazne yapmaksızın, ya bir bağlama yaparak veya doğrudan akarsudan su alınabilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.1 HAZNELERİN ÖZELLİKLERİ1.1.4 Hazne Verimlilik EğrisiÇekilen Debi

Hazne HacmiV mak0

Q ort

Q min

Şekil 1.4 Hazne hacminin çekilen debi ile değişimi

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• Hazneden çekilebilecek en büyük debi, akarsuyun birkaç yıllık ortalama debisi olan Q0 kadar olabilir.Bu duruma yüzde yüz düzenleme veya tam düzenleme adı verilir.Baraj düzenleme yüzdesi, dikkate alınan bir veya birkaç yıllık süre içinde, ortalama talebin ortalama arzın yüzde kaçı olduğunu gösterir.Kısaca ;

Düzenleme Yüzdesi = ( ∑ D / ∑ S ) x 100D talep hacmini,S arz hacmini göstermektedir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• Başka bir ifade ile düzenleme yüzdesi, bir yılda hazneden çekilen debinin ortalama gelen debiye oranıdır.( Qçek / Qort )

• Yüzde yüz düzenleme, gelen suyun tamamının çekileceğini gösterir.Bu ise pratikte iki bakımdan mümkün değildir. Birincisi belli bir dönemde gelecek bütün suların çekilebilmesi için en büyük taşkın sularının bile haznede tutulması gerekir.Bu ise gereğinden çok büyük ve dolayısıyla ekonomik olmayan bir baraj yapımı demektir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• İkinci husus akarsudaki suyun hepsi çekilemez.Çünkü bir kısmı mansaptaki insanlar ve diğer canlıların ihtiyacına ayrılmalıdır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ• Baraj yerindeki arz ve taleplerin zamanla

değişmesine bir örnek Şekil 2.1 de verilmiştir.Şekilde arzın (gelen su debisi), talepten (ihtiyaç su debisinden) büyük olduğu dönemler sulak dönemler , küçük olduğu dönemler kurak dönemler olarak adlandırılır.

• Su kullanma maksatlı haznelerde en kurak dönem, taşkın kontrolü maksatlı haznelerde ise en sulak dönem dikkate alınarak hazne hacmi belirlenir.

• Kritik dönemlerde arz ve talep arasındaki farkın zamanla entegrasyonu hazne hacmini verecektir.

• V = ∫ (D-S) dt

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİSulak Dönem Sulak Dönem

Kurak Dönem Kurak DönemD

S

Şekil 2.1 Gelen su ve ihtiyaç debilerinin değişimi

(S,D) m3/s

Zaman, (yıl)

• Şekilde su kullanım amacına uygun kritik dönem için hazne hacmi taralı alan ile gösterilmiştir.Bir biriktirme haznesinde kurak dönemde güvenilir verim kadar su alınmaya çalışılır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ• Akarsu akım ölçümlerinin yetersiz olduğu durumlarda

sentetik veriler oluşturulur.

• Hazne hacmi belirleme yöntemleri çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir.Bunlar ön proje ya da kesin proje teknikleri; kritik dönem yöntemleri ve veri üretme teknikleri gibi farklı esaslara dayanır. Uygulamalarda, baraj hazne hacminin belirlenmesinde yaygın kullanılan metotlar şunlardır.

1. Debi toplam eğrisi metodu,2. Ardışık tepeler metodu,3. İşletme çalışması,4. Diğer metotlar.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.1 Debi Toplam Eğrisi Metodu

* Faydalı Hacmin Bulunması• Debi toplam eğrisi ya da Rippl diyagramı olarak bilinen

bu metot hazne hacmi belirlenmesinde en çok kullanılan metottur. Kısaca arz (S) ve talep (D) verilerinden hazne hacmi (V) belirlenmektedir. Şu işlemler yapılır :

• 1.Akarsu akım ölçümlerinden, yeterli değillerse sentetik oluşturulan akım verilerinden kritik dönem belirlenir.

• 2.Her ay gelen akım değerleri toplanır ve bu toplanmış değerler düşey eksende (∑ S) , zaman yatay eksende gösterilerek debi toplam eğrisi çizilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• 3. Benzer şekilde ihtiyaç (talep) değerleri de toplanıp ∑ D , aynı grafik üzerinde gösterilir.

• 4. ∑ S eğrisinin tepe noktalarına, ∑ D eğrisine paralel olan teğetler çizilir.Bu teğetlerin değme noktalarına karşı gelen zamanlarda gelen debi, ihtiyaç debisine eşittir.Çünkü debi toplam çizgisinde herhangi bir noktadaki teğetin eğimi, o anda gelen debiyi gösterir.

• 5.Teğetler ile teğetlerden sonra gelen debi toplam çizgisi arasındaki farklar eksik hacimleri gösterir.

• 6.Bu eksik hacimlerden büyük olanı hazne hacmi olarak belirlenir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


* Hazne Veriminin Bulunması• Bazen hazne hacmi bilinir ve gelen akarsu

debilerine bağlı olarak hazne verimi bulunmak istenir.İşlemler aşağıdaki gibi yapılır.

• 1.Debi toplam eğrisi, ∑ S , çizilir.• 2.V hazne hacminin değeri, eğrinin çukur

noktalarına düşey olarak yerleştirilir.• 3.Hazne hacmi doğru parçasının üst ucundan

kendinden önce gelen eğrinin tepe noktalarına teğetler çizilir.Bu teğetlerin eğimleri, debi cinsinden verimleri gösterir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA


• 4.Küçük olan eğim haznenin verimi olarak seçilir.

• İhtiyacı gösteren teğet çizgisi uzatıldığı zaman debi toplam eğrisini kesmelidir.Aksi halde hazne hiç bir zaman dolmayacaktır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.2 Ardışık Tepeler Metodu

• Debi toplam eğrisi metodu kısa süreli verilerin kullanılması durumunda kolay uygulanabilir.Ancak uzun süreli sentetik olarak üretilen verilerin analizinde, debi toplam eğrisi metodunun değişik bir hali olan ardışık tepeler metodu daha uygundur.İşlem sırası aşağıda gösterilimiştir.

• 1.Toplam gelen hacimler ile çıkan hacimler arasındaki farklar hesaplanır. Buharlaşma ve sızma kayıpları çıkan hacimlere katılarak işlem yapılır.Bu şekilde (∑ D / ∑ S) bulunur.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.2 Ardışık Tepeler Metodu

• 2.Bu ∑ S - ∑ D üzerinde ilk tepe işaretlenir ve daha sonra, ondan sonra gelen kendinden büyük tepe işaretlenir.Bu işlem her yeni tepe için tekrarlanır.

• 3.Eksik hacim, bir tepe ile bir sonraki tepeye kadarki zamanda, tepe ile en düşük nokta arasındaki düşey farktır.

• 4.Bu işlem bütün tepe noktaları için tekrarlanır ve en büyük eksik hacim hazne hacmi olarak seçilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.3 İşletme Çalışması

• Biriktirme haznelerinde belirlenen hacmin uygun olup olmadığı işletme çalışması ile kontrol edilir.Bu işletme çalışması genellikle işletme planına dayanan bazı kurallarla yürütülür.

• Eğer kritik dönemde hazne buharlaşma ve sızma kayıpları çıktıktan sonra bütün su taleplerini karşılıyorsa ve dönem sonunda haznede birikmiş fazla su kalmıyorsa, belirlenmiş olan hazne hacmi uygundur.

Böyle bir işletme çalışması, istenen hazne hacmini belirlemede de kullanılır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.4 Diğer Metotlar

• Bilgisayarların kolay sağlanması ve kullanılması, hazne hacmi belirlemesinde optimizasyon analizi , deterministik modeller ve stokastik metotlar diye anılan yöntemlerin uygulanmasını sağlamıştır.

• Optimizasyon metodu, Fırat Nehri üzerindeki Keban, Karakaya, Atatürk, Birecik ve Karkamış hazneleri gibi birden fazla barajın arka arkaya bir vadide planlanması durumunda çok verimli sonuçlar verir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.2 HAZNE HACMİNİN BELİRLENMESİ1.2.4 Diğer Metotlar

• Deterministik modeller, gerek hazne çalışmalarında, gerekse diğer su kaynakalrı planlamalarında, akarsu akımları gibi ortalama girdilere dayanmaktadır.

• Bu verileri sağlamak mümkün değilse, bu sınırlamaları aşmak için stokastik metotlar kullanılır.Bu metotlarda hidrolojideki belirsizlikler dikkate alınır.Olasılık teorisi bu stokastik modellerin esasını oluşturur.Genellikle bu modeller deterministik modellerden daha karmaşıktır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.3 HAZNE GÜVENİLİRLİĞİ• Haznenin başarısızlık olasılığı genellikle, haznenin

boş olduğu ay sayısının, toplam ay sayısına oranı olarak tanımlanır.Bu ise matematik olarak, Pe=ne / nşeklinde yazılır.Burada Pe başarısızlık yüzdesi, ne haznenin boş olduğu ay sayısı, n ise akımların göz önüne alındığı toplam ay sayısıdır.Güvenilirlik ise tüketici taleplerinin karşılanabildiği, zaman süresini gösteren bir terimdir.Buna göre güvenilirlik

Re=1 - Pe şeklinde yazılır.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.3 HAZNE GÜVENİLİRLİĞİ• Güvenilirliğin diğer tanımı ise, göz önüne alınan

süre boyunca karşılanan su hacminin, talep edilen su hacmine oranıdır.Bu ise hacimce gücenilirlik adını alır ve

Pv = Karşılanan su hacmi / Talep edilen su hacmi

şeklinde tanımlanır.Bu tanımlamalarda zaman olarak yapının ekonomik ömrü esas alınabilir.Bu ise 50 – 100 yıl arasında değişmektedir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.4 ÖLÜ HACMİN BELİRLENMESİ• Bütün akarsularda az veya çok askı maddesi ve

sürüntü maddesi şeklinde katı maddeler taşınır.Taşınan maddelerin bir kısmı baraj gölünde yığılarak baraj haznesinin giderek azalmasına sebep olur.

• Planlama ve tasarım sırasında baraj haznesinde onun ekonomik ömrü içinde yığılabilecek katı madde miktarının oluşturacağı ölü hacim belirlenir.Bu ölü hacmin belirlenmesi için taşınan ve yığılan katı maddelerin özgül ağırlığı, haznenin bulunduğu akarsu kesitine gelen katı madde miktarı, haznenin tuzaklama oranı ve haznenin ekonomik ömrü bilinmesi gerekir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.5 HAZNENİN TEMİZLENMESİ• Ağaçların ve çalıların hazne yerinden uzaklaştırılması

pahalı bir iştir. Bu yüzden bu tür bitkilerin hazne içinde bırakılmasının en önemli sakıncaları şunlardır:

• 1. Baraj haznesinde ağaç ve çalılar su yüzünde yığıntılar meydana getirebilir.

• 2. Bu organik maddelerin çürümesi suda istenmeyen tat ve koku oluşturabilir.

• 3. Ağaç ve kütükler, kürek çekme, güzel görüntü gibi haznenin dinlenme amaçlı kullanımlarını sağlar.

• Bunun için hazneye su doldurulmadan önce haznedeki ağaç ve çalıların temizlenmesi gerekir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.6 HAZNELERDEN SIZMALAR VE KAÇAKLAR

• Çoğu haznenin yamaçları geçirgendir; ancak geçirimlilik az ise bu sızma dikkate alınmaz.Eğer haznenin yamaçları kireçtaşı ve volkanik kayaçlar gibi çok geçirimli ise önemli sızmalar ortaya çıkar.

• Büyük sızmalar sadece su kaybı açısından tehlikeli değil, suyun geçtiği kayaçlardaki özelliklerin değişmesi açısından da sakıncalıdır.Sızmaları azaltmak için yapay plastik maddeler kullanmak, enjeksiyon yapmak gibi çeşitli yollar kullanılabilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.7 HAZNE YERİ SEÇİMİ• Hazne yeri için mükemmel bir yer bulmak hemen

hemen imkansızdır.Hazne yeri seçiminde geçerli kurallar şöyle sıralanabilir :

• 1. İyi bir baraj eksen yeri seçilmelidir.Dar vadi ve sağlam temeller maliyeti düşürür.

• 2. Uygun ve yeterli bir baraj hacmi sağlanmalıdır.

• 3. Bölgenin deprem durumu ve fay hatlarına mesafesi incelenmelidir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.7 HAZNE YERİ SEÇİMİ• 4. Buharlaşma kaybı az olması için derinliği fazla

olan göl yeri tercih edilmelidir.Bu husus hem istimlak bedellerinin az olmasını, hem de gölde az bitki yetişmesini sağlar.

• 5. Yamaç hacmi işletmeye etki edebilir.

• 6. Kamulaştırma bedeli az olmalıdır. Sular altında kalan arazi, ev ve fabrika tesisleri bedelleri dikkate alınacaktır. Ayrıca alt yapı tesisleri ile ulaşım sistemlerinin yer değiştirmesi söz konusu olabilir.

BARAJ HAZNELERİ

ONUR SERKAN KAYA

1.7 HAZNE YERİ SEÇİMİ

• 7. Yoğun katı madde taşıyan kollar göle akmayacak şekilde yer seçilmelidir.

• 8. Su kalitesi açısından uygun baraj yeri seçilmelidir.

• 9. Hazne yamaçları, toprak kaymalarına karşı dayanıklı olmalıdır.

• 10. Haznenin menba ve mansap çevre etkileri göz önüne alınmalıdır.

• 11. Projenin ekonomik ve mali yapılabilirliği yanında çevre ve sosyal kabul edilebilirliği de araştırılmalıdır.

Engineering

Baraj Hazneleri Onur Serkan Kaya