BARAJLARIN EMNİYETİ İÇİN TETİKLENMİŞ DEPREMSELLİĞİN VE GÖVDEDE DEPREM HAREKETLERİNİN İZLENMESİ

H Eyidoğan, Baraj ve Deprem

BARAJLARIN EMNİYETİ İÇİN TETİKLENMİŞ DEPREMSELLİĞİN

VE GÖVDEDE DEPREM

HAREKETLERİNİN İZLENMESİ*

Prof. Dr. Haluk EYİDOĞAN İTÜ Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi

(“Bu sunu 2009 yılında hazırlanmış ve sunulmuştur)


BARAJLARIN DEPREM GÜVENLİĞİ

•  Yer seçimi sırasında yapılacak jeolojik, jeofizik ve jeotektonik ve deprem tehlikesi araştırmaları

•  Dolum öncesi ve sonrasında ‘tetiklenmiş depremsellik’ araştırması

•  Deprem sırasında baraj gövdesinin sismik davranışlarının araştırılması


TETİKLENMİŞ DEPREMSELLİK ve

BARAJ


FILL A LAKE, START

AN EARTHQUAKE

Rothe, 1968


‘ We believe that there are many more cases of induced seismicity,

particularly in developing countries, which have not been recognised because of the lack of adequate

seismic surveillance’

Gupta, 1992


İNSAN YAPISI DEPREM ÜRETİCİLERİ

•  BARAJ DOLDURMA (Carder, 1945) •  MADEN İŞLETME •  DERİNLERE SIVI ENJEKSİYONU •  YERALTINDAN ÇOK MİKTARDA SIVI ÇEKME •  BÜYÜK PATLATMALAR

Bu etkinlikler başladığında bölgedeki depremselliğin değiştiğini (çoğunlukla arttığını) gözlüyoruz. Ancak bunu oluşturan mekanizma konusunda hala bilinmeyen birçok unsur var


BARAJLAR DOLUNCA OLUŞAN TETİKLENMİŞ DEPREMSELLİĞİN NEDENİ

JEOLOJİ + YÜK + FİZİKSEL DEĞİŞİM + KİMYASAL DEĞİŞİM

  Baraj bölgesinin jeolojik, tektonik özellikleri   Yüklenen bölgede artan gerilmenin (Max=5 bar) kaya

çatlaklardaki gerilme koşullarını değiştirmesi   Yükleme nedeniyle yeraltı suyu gözenek basıncının

artması ve dolayısıyla kayaların dayanma direncinin azalması

  Sıvı akışı ve göçü nedeniyle yeraltı suyu gözenek basıncı değişmesi


Gupta (1985)’ ya göre baraj tetiklemeli deprem (BTD) örneklerine bakıldığında

•  %55 örnekte depremsellik artmış •  %0.7 örnekte depremsellik azalmış •  %19 örnekte şüpheli BTD kaydedilmiş •  %0.5 örnekte sıvı enjeksiyonu/çekilmesi

kökenli depremler kaydedilmiş

H Eyidoğan, Baraj ve Deprem Gupta, 1985

Dünyadaki bazı büyük barajların deprem özellikleri


•  Büyük barajlar DOLARKEN YA DA DOLUNCA mikro-deprem aktivitesinin değiştiği ve bazen hasar yapabilecek büyüklükte depremlerin oluştuğu gözlemlenmiştir.

•  Depremler genelde baraj sahasına yakın olmaktadır. •  Barajın toplam su kapasitesi tek başına belirleyici bir unsur

olmasa da hasar yapıcı depremlerin gözlendiği örneklerdeki barajların 80 m’ den daha derin olduğu söylenebilir.

•  Tarihsel olarak orta karar depremsellik gösteren yerlerde, depremselliği çok yüksek ya da depremselliği çok zayıf yerlere kıyasla daha fazla deprem oluşma tehlikesi olduğu öne sürülmektedir.

DOLAN BARAJ - DEPREM İLİŞKİSİ

H Eyidoğan, Baraj ve Deprem Caloi, 1966


Bazı büyük barajların tetiklediği orta ve büyük şiddetli depremler

Gupta et al., 1972


BAZI GÖZLEM SONUÇLARI

•  Bir çok kez depremler daha önceden var olan faylar üzerinde olmuştur.

•  5.5 ve daha büyük olan depremlerin öncü şok, ana şok ve artçı şoklardan oluşan bir seri aktivite şeklinde olduğu gözlenmiştir.

•  Değişik sismik dağılım örnekleri (pattern) jeolojik yapının ve tektonik stresin bölgeden bölgeye farklılığı ile açıklanmaktadır.

•  Büyük barajlarda baraj dolduktan ancak bir zaman sonra depremler olmaktadır.

•  Depremlerin derinlikleri birkaç yüz metreden 8 km ye kadar değişebilmektedir.

•  Baraj düzeyindeki ani değişimler sonrasında genellikle deprem sayısında artış olmaktadır.

•  Tetiklenmiş depremlerin b-değerleri rejyonal değerlerinden daha büyük olmaktadır.


BARAJLARDA SİSMİK ETKİNLİĞİN İZLENMESİ

Genellikle kısa peryodlu sismograflardan oluşan şu tür Sismograf düzenekleri kullanılır:

• Otonom • UHF-VHF Telsiz bağlantılı • Modem bağlantılı • Uydu bağlantılı


KALİTELİ VERİ TOPLAMA STANDARTLARI

  Kayıtçılar üçgen çiftleri yapmalı ve aralarındaki uzaklık 5-20 km arasında olmalı

  Deprem kayıtçıları baraj alanını çevrelemeli   10-9 metre (milimikron) mertebesindeki yer hareketlerine

duyarlı olmalı   Depremlerin yer hesaplarındaki hatalar 1km den küçük

olmalı   Zaman senkronizasyonu hatası 10 ms den küçük olmalı   Kayıtçılar sağlam zemin üzerinde olmalı   Kayıtçılar rüzgar, iklim etkileri ve endüstriyel gürültüden en

az etkilenecek şekilde konumlanmalı


BARAJ GÖVDESİNİN SİSMİK DAVRANIŞININ İZLENMESİ


Büyük barajların statik ve dinamik özellikleri güvenlik açısından sürekli izlenir. Depremselliği yüksek alanlarda kurulan barajların çevresinde olabilecek depremler sırasındaki davranışlarının izlenmesi elzemdir. Bu amaçla barajın gövdesinde belirlenen bazı noktalarda kuvvetli hareket kayıtçısı olarak adlandırılan ivme ölçer sismografları yerleştirilir. Birbirine dik üç yönde hareket algılayan bu cihazlar, barajın aksına dik, aksına paralel ve düzey konumda olmak üzere üç yöne ayarlanır. Günümüzdeki cihazlar yüksek performanslı sayısal sismograflar olup dinamik aralıkları 100 dB den büyüktür. Duyarlı oldukları frekans aralıkları 0-100 Hz bandında olabilmektedir. Sismograflar kabloyla barajın güvenlik merkezine bağlanabilmektedir.


KUVVETLİ HAREKET SİSMOGRAFLARININ YARARLARI

Barajdaki diğer izleme sistemleri gibi kuvvetli hareket sismografları da barajın genel güvenlik kavramı içinde yer alan önemli unsurlardır. Kullanıldığı alanlar:

•  Yapısal Performans ( barajın su yüküne, deprem kuvvetlerine ve diğer tür fiziksel kuvvetlere ve hareketlere dayanma performansını ölçme)

•  Baraj Güvenliği (gözlemsel ve aletsel verilere dayalı olarak barajın davranışını ve güvenliğini değerlendirme)

•  Acil Durum Yönetimi (bir kaza anında halkı zamanında uyarma ve tahliye planları yapma vb gibi haller)


KUVVETLİ HAREKET SİSMOGRAFLARININ YARARLARI

Kuvvetli hareket sismografları barajın maruz kaldığı dinamik yükler (deprem, fırtına, dalga) sırasında baraj gövdesinde oluşan ivme hareketlerini zamanın fonksiyonu olarak gösterir. Günümüzde, gelişmiş bu cihazlarla herhangi bir dinamik yük altında baraj gödesinde herhangi bir yönde aşılan bir ivme değeri hızla elde edilmektedir. Bu özellik nedeniyle:

•  Mansab yerleşimlerdeki halkın uyarılması •  Güvenlik öncelikli sistemlerin devreye girmesi •  Türbin ve jeneratörlerin kapatılması gibi alarm ve hızlı

müdahale sisteminde kullanılmaktadırlar.


25 6 2001 Osmaniye Depremi , Md=5.5 (ISK) Episantır uzaklığı = 53 km Deprem Düziçi-Osmaniye civarında şiddetle hissedilmiştir


Türkiye’de Durum •  DSİ’ce inşa edilerek işletmeye alınmış büyük baraj adedi 544’dür. •  Diğer kuruluşlarca yapılan 11 adet büyük baraj da ilave edilince, Türkiye’deki büyük

baraj sayısı 555 adettir. •  ICOLD (Uluslararası Büyük Barajlar Komisyonu) standartlarına göre, temelden

yüksekliği 15 m ve rezervuar hacmi 3 hektometreküp’ e eşit veya daha fazla barajlar “büyük baraj” olarak nitelendirilmektedir.

•  544 adet büyük barajın 201 adedi Büyük Su İşleri programı kapsamında, 343 adedi de Küçük Su İşleri programı kapsamında inşa edilmiştir.

•  Bugüne kadar 4 büyük barajın tetiklenmiş deprem araştırması yapılmıştır. Kuvvetli hareket sismografı yerleştirilen büyük baraj sayısı 10 civarındadır. Ancak kaç tanesi çalışr durumdadır bilinmemektedir.

•  555 adet barajdan; •  537 adedi kaya veya toprak dolgu baraj tipinde, •  8 adedi beton ağırlık tipinde (Çubuk I, Elmalı II, Sarıyar, Kemer, Gülüç,

Porsuk, Arpaçay ve Karacaören II), •  6 adedi beton kemer tipinde (Gökçekaya, Oymapınar, Karakaya, Gezende, Sır

ve Berke), •  4 adedi de Komposit tiptedir (CFRD-Beton Yüzlü Kaya Dolgu Barajlar-

Kürtün, Birecik, Karkamış, Keban).


Barajlarımız ve Deprem Bölgeleri


Türkiye’de Barajların Deprem Bölgelerine Göre Yüzdesi

İşletme halinde olan toplam 555 barajın; •  % 42 si birinci derece deprem bölgesinde, •  % 22 si ikinci derece deprem bölgesinde, •  % 20 si üçüncü derece deprem bölgesinde, •  % 10 u dördüncü derece deprem bölgesinde, •  % 6 sı ise beşinci derece deprem bölgesinde yer almaktadır.

İnşa halinde olan toplam 210 barajın; •  % 51 i birinci derece deprem bölgesinde, •  % 13 ü ikinci derece deprem bölgesinde, •  % 19 u üçüncü derece deperm bölgesinde, •  % 10 u dördüncü derece deprem bölgesinde •  % 7 si ise beşinci derece deprem bölgesinde yer almaktadır.


SONUÇ VE ÖNERİLER

•  Türkiye’de barajların 64% ‘ü en riskli deprem bölgelerinde yeralmaktadır.

•  Her büyük baraj inşası öncesi ve sonrası tetiklenmiş deprem araştırmaları yapılmalıdır.

•  Depreme maruz kalan barajların hareketlerinin izlenmesi, mühendislik performanslarının incelenmesi ve güvenlik sisteminde kullanılması konusunda hassasiyetimizin artması gerekmektedir.

•  Birçok depremin barajlarımızdaki kuvvetli hareket kayıtları alınmamıştır. Kuvvetli hareket sismografı yerleştirilmiş baraj sayısının mutlaka arttırılması ve barajların deprem sırasında dinamik performanslarının incelenmesi sağlanmalıdır.

•  Barajların ve diğer büyük mühendislik yapılarının kuvvetli hareket davranışlarının izlenmesi zorunluluğu için gerekli yasal düzenlemeler yapılmalıdır.

Kaynaklar •  İnan S, Ergintav S, Saatçılar R, Tüzel B, İravul Y (2007) Turkey makes major investment in

earthquake research. EOS 88(34):333-334. •  Gökce S, Alptekin O (1993) Guneydogu Anadolu ve Ataturk Baraji cevresinde tarihsel ve aletsel

donem deprem etkinligi. TUJJB Genel Kurul Bildiri Kitabi 367pp •  Cetin H, Laman M, Ertunc A (2000) Settlement and slaking problems in the world's fourth largest

rock-fill dam, the Ataturk Dam in Turkey. Engineering Geology 56(3-4):225-242 •  Cemen I, Perincek D, Ediger VS, Akca L (1991) Guneydogu Anadolu’daki Bozova dogrultu atimli

fayi: uzerindeki ilk hareket ters faylanma olan faylara bir örnek. Turkiye 8. Petrol Kongresi Bildiriler Kitabi 16-20 Nisan 1990 Genisletilmis Bildiri Ozleri 33-34

•  Gupta HK (1992) Reservoir-induced earthquakes. Elsevier New York 364pp •  Talwani P (1997) On the nature of reservoir-induced seismicity. Pure and Applied Geophysics

150:473-492 •  Talwani P, Acree S (1984/1985) Pore pressure diffusion and the mechanism ofreservoir-induced

seismicity. PAGEOPH 122:947-965 •  Emre E (2008) Personal Communication, Directory of Mineral Research, Ministry of Energy and

Natural Resources of Turkey •  Ertunc A (1999) The geological problems of the large dams constructed on the Euphrates River

(Turkey). Engineering Geology 51:167-182 •  Eyidogan H (1983) Seismotectonic characteristics of Bitlis-Zagros thrust and fold belt. PhD Thesis

ITU Mining Faculty 111pp (in Turkish)


Presentations & Public Speaking

BARAJLARIN EMNİYETİ İÇİN TETİKLENMİŞ DEPREMSELLİĞİN VE GÖVDEDE DEPREM HAREKETLERİNİN İZLENMESİ