taşkınlar hidrolojisi tasarım rehberi

Transkript

T.C.
ORMANVESUİŞLERİBAKANLIĞI
DEVLETSUİŞLERİGENELMÜDÜRLÜĞÜ
TAŞKINLARHİDROLOJİSİ
TASARIMREHBERİ
REHBERNO:008
EKİM 2012
ANKARA
1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012
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 m3 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
TAŞKINLAR HİDROLOJİSİ
i
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 20200 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
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
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
İÇİNDEKİLER
1 KAPSAM...................................................................................................................1 2 GİRİŞ ........................................................................................................................2 3 TAŞKINLAR..............................................................................................................4 3.1 Genel ........................................................................................................................4 3.2 Tarihsel Taşkınların Analizleri ve Miktarlarının Bilinmesi .........................................5 3.2.1 Pik Debi Frekans Analizleri.......................................................................................6 3.2.1.1
Gözlenmiş Anlık Maksimum Debilerden Yararlanılarak Tesis Yerleri Çeşitli Süre
ve Yinelemeli Pik Debilerinin Tahmini ......................................................................6
3.2.1.2
Yağış-Akış Yöntemleri ile Tesis Yerlerinin Çeşitli Süre ve Yinelemeli Pik
Debilerinin Hesaplanması ve Hidrograflarının Elde Edilmesi ...................................6
3.2.1.2.1 Yağış Analizleri .........................................................................................................7
3.2.1.2.2 Noktasal Yağış Analizleri ..........................................................................................7
3.2.1.3
Etkili Yağış ................................................................................................................9
3.2.2 Baraj veya Diğer Tesis Yeri Birim Hidrografı Hesaplanması ....................................9 3.2.2.1
Hidrometri İstasyonlarında Gözlenen Taşkın Debi Hidrografları Analizlerinden
Tesis Yeri Birim Hidrografı Elde Edilmesi .................................................................9
3.2.2.2
Sentetik Yöntemlerle Birim Hidrograf Hesaplanması .............................................10
3.2.3 Taşkın Hidrografları ve Hacimleri ...........................................................................10 3.2.4 Bölgesel Taşkın Frekans Analiz Metodu ve Uygulanması .....................................11 3.2.5 Baraj Yeri Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografı / Olası En Büyük Taşkın
(OET) Tahmini ........................................................................................................11 3.2.5.1
Giriş .......................................................................................................................11
3.2.5.2
Tarihi Fırtınalar .......................................................................................................12
3.2.5.3
Fiziksel Yöntemle Olası En Büyük Yağmur Hesabı................................................13
3.2.5.4
İstatistik Yöntemle (Hershfield) Olası En Büyük Yağmur Hesabı ...........................14
3.2.5.5
Baraj Yağış Alanının Olası En Büyük Yağmurunun Akış Hidrografı.......................15
3.2.5.6
Kar Erime Akışı ve Hidrografı .................................................................................15
3.2.6 Baz Akım Debisi .....................................................................................................15 3.2.7 Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografları Çizimi ..........................................15 4 KAYNAKLAR ..........................................................................................................16 TAŞKINLAR HİDROLOJİSİ
v
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 1.3 01-02/05/1993 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
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
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
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
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. 1000-1500 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
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 10.000-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
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, 10.000-yıl) pik debilerinin tahmini aşağıdaki alt bölümlerde
ayrıntıları verilen üç yöntemle hesaplanmalıdır.
3.2.1.1 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-Normal2, Log-Normal3, Gama2, Gama3
Parametre, Log-Pearson3 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
Q10.000,
T
periyodu
için
beklenen
ekstremler
denklemi
QT=Q10+ZT (Q100-Q10) şeklinde olup, ZT değeri, T= 10.000 için 2,98’dir (Ref. Ven Te
Chow).
3.2.1.2 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
Bu yöntem uygulanırken, resmi veya özel kuruluşlar tarafından yapılması gerekli
çalışmalar alt başlıklar altında aşağıda verilmektedir.
3.2.1.2.1 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).
3.2.1.2.2 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, X2 (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 10.000-yıl) hesaplanır.
7
 T= 10.000 yıl periyodu için beklenen yağış miktarı XT= X10+2,98 (X100-X10)
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.
 10.000 Yıllık Taşkın Pik Debi ve Hidrografının Hesaplanması:
Türkiye’de Q10.000 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 Q100 ve
Q10’dan yararlanılarak, Q10.000= Q10 +2,98 (Q100-Q10) 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
10.000-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, 10.000 yıllık bir taşkının vuku bulması için zeminin doygun ŞartIII ve genellikle karla kaplı (Doğu, Güneydoğu, Seyhan, Ceyhan ve Karadeniz
diğerleri v.s.) olduğu bir gerçektir. Bu nedenle Q10.000 yıllık taşkın tahmininde
zeminin ne durumda olduğu araştırılmalıdır. Zeminin ne durumda olduğunun
8
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).
Q10.000 yıllık taşkının seçiminde ise, her iki yöntem ile tahmin edilen pik debiler
karşılaştırılmalı ve büyük olanı seçilmelidir.
3.2.1.3 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).
3.2.2
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.
3.2.2.1 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
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).
3.2.2.2 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 km2 olabilir), havza birim hidrografı elde edilebilir.
Bu
yöntemlerin
önerilmektedir.
uygulaması
Fizibilite
genelde
aşamasında
projelerin
ön
yapılması
inceleme
istenen
aşamasında
“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).
3.2.3
Taşkın Hidrografları ve Hacimleri
Baraj veya diğer tesis yerlerinin çeşitli yinelemeli (2, 5, 10, 25, 50, 100, 500, 1000 ve
10-000 yıl) taşkın pik debi ve hidrografları;
10
 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, 10... 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.
3.2.4
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.
3.2.5
Baraj Yeri Dolusavak Proje Giriş Pik Debi ve Hidrografı / Olası En Büyük
Taşkın (OET) Tahmini
3.2.5.1 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
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 km2
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.
3.2.5.2 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
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.
3.2.5.3 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.
Pmax = Pac x
Wmax
Wac
Pac ve Pmax, sırasıyla fırtınanın gözlenmiş alansal ortalama ve olası en büyük yağışı,
(mm olarak),
Wac ve Wmax 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
Bu yöntemin uygulanması bir örnekle EK’te verilmektedir.
3.2.5.4 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.
Pmak :P + KS
Bu denklemde;
Pmak: 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
3.2.5.5 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).
3.2.5.6 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.
3.2.6
Baz Akım Debisi
Baraj yeri veya yakınındaki hidrometri istasyonlarının günlük ortalama debi
hidrografları analizinden, baraj yeri en büyük baz akımı debileri hesaplanır.
3.2.7
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
4
KAYNAKLAR
1)
Uygulamalı Taşkın Hidrolojisi, Özdemir Hüseyin, DSİ, 1978
2)
Hidroloji, Bayazıt Mehmetçik, İTÜ, 1974
3)
Engineering Hydrology, Nurünnisa Usul, 2001
4)
Applied Hydrology, Vent Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays, 1988
5)
Guide to Hydrometeorological Practices, WMO, 1970
6)
Introduction to Hydrometeorology, Bruce and Clark, 1966
7)
Estimation of Maximum Floods, WMO, No.98, 1969
8)
Manual for Estimation of Probable Maximum Precipitation, WMO, No.332, 1973
9)
A Guide To Hydrologic Analysis Using SGS Methods, Richard H. McCuen
10) Handbook on the Principle of Hydrology, Donald M. Gray, 1973
11) Handbook of Applied Hydrology, Chow, V.T. 1964
12) Hydrology for Engineers, Linsley, R.K., 1975
13) Statistical Methods in Hydrology, Proc. Hydrology Symposium No. 5, 1966
14) Spillway Design Floods, Proc. Symposium No. 1, 1959
15) The Role of Snow and Ice in Hydrology, Proc. Banff Symposium, 1972
16) Floods and Their Computations, IASH-Unesco-WMO, 1969
17) Snow Hydrology, J. Nemec, 1972
18) Snow Hydrology, U.S. Corps of Engineers, 1960
19) Flood Hydrology, U.S. Bureau of Reclamation Manual Part 6, 1951
20) Snow Hydrology, Prepared by North Pasific Division Corps of Engineers, U.S.
Army Portland, Oregon 30 June 1956
21) Fırat-Aşağı Murat Nehri Havzası Hidroelektrik Potansiyeli Kaleköy ve Beyhanı
Barajları ve Hidroelektrik Santraları Ara Rapor, Pöyry-Temelsu, 2009
16
EKLER
EK-1
Beyhan II, Beyhan I, Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy
Barajları
Dolusavak Girişi Pik Debileri Ve Hidrograflarının
Tahmininde Kullanılan Yöntemler ve Uygulamaları
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 38° 30 ile 40° 00 kuzey enlemleri ve
40° 00 ile 44° 00 doğu boylamları arasında yer almaktadır. Proje yağış alanı
Beyhan II baraj yerinde 25.426 km2’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 870-1225 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: 25.515,6 km2) ve akışyukarısındaki 2174
no’lu Murat Nehri-Akkonak (yağış alanı: 17.435 km2) 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 hm3’tür.
Aşağı Kaleköy ve Yukarı Kaleköy baraj yerlerinde; yıllık ortalama yağış miktarları
sırasıyla 543 mm, 533 mm ve yıllık ortalama akımları ise 6356 hm3, 5590 hm3’tür.
Ek-1
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 1236 saat arasında değişmektedir.
Analiz için seçilen tarihi fırtınaların sayısı 14’tür.
Tarihi fırtınalar, DMİ ve DSİ meteoroloji istasyonlarının ölçümlerinden yararlanılarak
tespit edilmiştir. 1972-2006 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
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
Pmax  Pac x
Wmax
Wac
Pac ve Pmax, sırasıyla gözlenmiş ortalama ve olası en büyük yağışı; (mm olarak)
Wac ve Wmax 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.
01-02/05/1993 tarihli fırtınanın gerçek yağış süresi 24 saat olarak saptanmış ve
izohital yöntemle ortalama yağışı Pac= 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. 1800 m akış engeline göre yağabilir su değeri
düzeltilmiş ve gerçek yağabilir su değeri elde edilmiştir.
Yukarıda açıklanan tüm işlemler Tablo: 1.3’de özetlenmektedir. 01-02/05/1993 tarihli
fırtınanın deniz seviyesi işba sıcaklığı 11,7 Co, yağabilir su 24,4 mm ve gerçek
yağabilir su değeri Wac= 10,7 mm olarak hesaplanmıştır.
01-02/05/1993 tarihli fırtınanın Wmax hesabı benzer şekilde yapılmış ve sonuçları
Tablo: 1.3’de verilmiştir. Tablodaki maksimum buhar basıncı değerleri, 10 istasyon
Ek-4
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 Wmax= 33,1 mm’dir.
01-02/05/1993 tarihli fırtınanın olası en büyük yağış değeri aşağıdaki gibi
hesaplanmıştır.
Pmax = 45,5 x
33,1
=45,5 x 3,09 = 140,6 mm/24 saat
10,7
Tablo: 1.3’deki Beyhan II, Beyhan I barajları için diğer tarihi fırtınalar benzer şekilde
maksimize edilmiş ve Pmax değerleri aynı tabloda verilmiştir. Tablo: 1.2’de verilen
Pmax değerlerinden en büyük ikisi 01-02/05/1993 ve 02-03/05/1995 tarihli fırtınaların
maksimizasyonundan hesaplanmıştır. Fırtınaların Pmax 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 Pmax= 140,6 mm/ 24
saat olarak hesaplanmıştır. Beyhan I baraj yeri olası en büyük yağmur değeri de
Pmax=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 Pmax 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 Pmax değerleri incelendikten
sonra Aşağı Kaleköy Barajı yağış alanı için Pmax=134,1 mm/24 saat
ve Yukarı
Kaleköy Barajı yağış alanı için Pmax= 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.
Pmax= P + KS
Ek-5
Bu denklemde;
Pmax: 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 (Pmax 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
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
sırasıyla,
ve Yukarı Kaleköy için
Pmaks.ef.24 = 80,6 mm, Pmaks.ef.24 = 80,6 mm, Pmaks.ef.24 = 74,1 mm ve
Pmaks.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
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 1969-2006 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 oC/100 m sıcaklık düşme oranı kullanılmıştır.
Ek-8
Analize değer görülen yılların kar erime akış hidrograflarının;
Günlük Kar Erime Akışı
Kar Erime Faktörü (K.E.F) =
= santimetre/derece – gün;
Derece – Gün Sayısı
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. 1500 m kot
üzerindeki yağış alanları sırasıyla 21.000 km2, 19.000 km2 ve 18.500 km2’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: 4.108’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
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
TABLOLAR
Tablo 1.1
Murat Nehri Üzerinde Önerilen Barajlara Ait Bazı Karakteristik Bilgiler
Yağış Alanı
(km2)
Yağış Alanı
Ort. Kotu
(m)
Yukarı Kaleköy Barajı ve HES
21337,0
1900
Aşağı Kaleköy Barajı ve HES
22243,0
Beyhan l Barajı ve HES
Beyhan ll Barajı ve HES
Tesis Adı
Tablo 1.2
Ana Kol
Talveg Kotu Maks. Su Kotu
Uzunluğu
(m)
(m)
(km)
Yıllık Ortalama Yağış
(mm)
Yılık
Ortalama
Akım
(hm3)
Yıllık
Net Buharlaşma
Kaybı
(mm)
İzohital
Yöntem
(mm)
Aritmetik
Yöntem
(mm)
426,0
533
522
5590
570
1875
450,0
543
531
6356
570
25274,0
1860
500,0
578
576
7884
659
25426,4
1850
513,0
578
576
7884
659
Murat Nehri Yağış Alanında Gözlenmiş Tarihi Fırtınalar ve Maksimizasyon Sonuçları
Ortalama Yağış
(mm)
Fırtına Tarihi
Beyhan ll - l
Y. Kaleköy
A. Kaleköy
Barajları
Barajı
Barajı
2
2
(A = 21 337 km ) (A = 22 243 km ) (A = 25 427 km 2)
Olası En Büyük Yağış
(mm)
Fırtına Gerçek
Süresi
(saat)
İstasyon
Sayısı
W max. / W ac.
Y. Kaleköy
Barajı
(A = 21 337 km 2)
A. Kaleköy
Barajı
(A = 22 243 km 2)
Beyhan ll - l
Barajları
(A = 25 427 km 2)
29 - 30 Nisan 1972
29,7
30,7
34,2
24
7
32,8 / 15,6 = 2,10
62,4
64,5
71,8
11 - 12 Nisan 1976
30,8
32,2
36,8
24
8
25,2 / 13,0 = 1,94
59,8
62,5
71,4
7 - 9 Mayıs 1988
45,6
44,7
41,1
24
16
28,2 / 13,0 = 2,17
99,0
97,0
89,2
1 - 2 Mayıs 1993
42,7
43,4
45,5
24
13
33,1 / 10,7 = 3,09
131,9
134,1
140,6
2 - 3 Mayıs 1995
42,1
42,0
42,2
24
10
33,7 / 14,0 = 2,41
101,5
101,2
101,7
28 - 30 Mart 1998
31,8
33,6
41,2
48
11
21,2 / 10,6 = 2,00
63,6
67,2
82,4
17 - 18 Nisan 1998
34,8
36,3
39,1
24
11
27,8 / 16,0 = 1,74
60,6
63,2
68,0
Tablo 1.3
İstasyon
Nurettin
Patnos
Dokuzpınar
Bulanık
Korkut
Ağrı
Bingöl
Muş
Hınıs
Solhan
Varto
Malazgirt
Genç
Diyadin
Ortalama
İstasyon
Nurettin
Patnos
Dokuzpınar
Bulanık
Korkut
Ağrı
Bingöl
Muş
Hınıs
Solhan
Varto
Malazgirt
Genç
Diyadin
Ortalama
01-02/05/1993 Tarihli Fırtınanın Maksimizasyon Hesapları
Kot
(m)
Aktüel Buhar Basıncı
(mb)
İşba Sıcaklığı
(oC)
1550
1650
1450
1500
1350
1632
1177
1320
1715
1366
1650
1565
1250
1900
7,5
8,3
7,6
7,9
8,9
8,9
10,1
8,3
7,6
9,0
8,1
7,2
10,1
-
2,9
4,3
3,0
3,6
5,3
5,3
7,1
4,3
3,0
5,5
3,9
2,3
7,1
-
Kot
(m)
Aktüel Buhar Basıncı
(mb)
(oC)
1550
1650
1450
1500
1350
1632
1177
1320
1715
1366
1650
1565
1250
1900
23,1
19,1
19,7
18,2
18,7
14,7
17,9
16,2
16,3
14,2
19,8
16,8
17,3
16,0
16,5
12,7
15,8
14,2
14,3
12,2
Deniz Seviyesi
(oC)
10,8
12,3
10,3
10,8
12
13,2
12,5
10,8
11,8
12,0
12,0
10,3
13,0
11,7
Deniz Seviyesi
(oC)
26,0
22,7
23,8
20,7
21,7
20,0
21,2
20,0
20,8
20,4
21,7
1800 m
Akış Engeli Düzeltmesi
(mm)
W ac.
(mm)
24,4
13,7
10,7
Yağabilir Su
(mm)
1800 m
Akış Engeli Düzeltmesi
(mm)
W ac.
(mm)
60,5
27,4
33,1
Yağabilir Su
(mm)
Ek-12
Tablo 1.4
Baraj Yerleri Çeşitli Yinelemeli Alanda Ortalama Yağış Miktarları ve Olası En Büyük
Yağışları, mm (Hershifield Yöntemi)
Yineleme (yıl)
Etkin Yağış Süresi
(saat)
Baraj Adı
Olası En Büyük Yağış
(MMY)
2
5
10
25
50
100
500
1000
10 000
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
Gün
Proje Yağış Alanlarının Olası En Büyük Kar Etme Akımı Hesabı
Sıcaklık Dizayn
Eklenik
En Büyük
Paterni
Eklenik Sıcaklık Sıcaklık Farkı
(°C)
(°C)
(°C)
Kar Erime Alanı Ortalama Kotunda Sıcaklık
(°C)
Bey han II-I Barajları Aşağı Kaleköy Barajı
Günlük Erime
(hm3)
Günlük Erime
(cm)
Yukarı Kaleköy
Barajı
Y ukarı Kaleköy
Barajı
Günlük Erime Debisi
(m3/s)
Y ukarı Kaleköy
Barajı
Bey han 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
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
3131,5
7
104,4
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
3158,3
8
120,2
15,8
16,3
3078,0
12,0
12,2
11,9
1,50
1,53
1,49
315,0
289,8
275,2
3645,8
3353,6
3185,0
9
136,2
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
3292,1
10
151,9
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
3318,9
11
168,4
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
3238,6
12
184,0
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
3185,0
13
200,8
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
3158,3
14
216,8
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
3104,7
15
233,1
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
16
249,0
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
2997,7
17
265,3
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
2917,4
18
281,5
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
2863,9
19
298,2
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
2596,2
20
314,4
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
AŞAĞI KALEKÖY BARAJI
YUKARI KALEKÖY BARAJI
1- Proje Yağış Alanındaki Meteoroloji İstasyonlarının Ortalama Kotu: 1543 m.
2- 20 Günlük En Büyük Kar Erime Dönemi Başlangıç Kotu......................................................................................... 1500 m
1500 m
1500 m
3- 1500 m Üzerindeki Alanın Ortalama Kotu…………………………………………………….…................................. 1975 m
1950 m
1980 m
4- 1500 m Üzerindeki Alanlar..................................................................................................................................... 21 000 km2
19 000 km2
18 500 km2
5- Sıcaklık Düşme Oranı..............................................................................................................................................1 °C/100 m
1 °C/100 m
1 °C/100 m
6- En Büyük Kar Erime Oranı...................................................................................................................................... 0,125 cm/°C-gün
0,125 cm/°C-gün
0,125 cm/°C-gün
Ek-13
ŞEKİLLER
Ek-12
Ek-15
Ek-16
Ek-17
Ek-18
Şekil: 1.5 01.02/05/1993 Tarihi Fırtınasında Murat Nehri Yağış Alanı İçi ve Çevresindeki Meteoroloji
İstasyonlarının Yağış-Kütle Eğrileri
Ek-19
Ek-20
Ek-21
Ek-22
Ek-23
Ek-24
Ek-25
Ek-26
Ek-27
Ek-28
Ek-29
Ek-30
Ek-31

taşkınlar hidrolojisi tasarım rehberi

Transkript

Benzer belgeler

butunleme - Erciyes Üniversitesi | İnşaat Mühendisliği Bölümü

Su Kaynakları Kavramı, Su Kaynaklarının Dünya`da ve Türkiye`de

Çalışma soruları

12.1.1 Doganın ekstremleri

Yağmursuyu ÇEV 314 Yağmursuyu ve Kanalizasyon

Slayt 1 - WordPress.com

1950-2006 Yılları Arasındaki Türkiye

PDF ( 13 )

TÜRKİYEDE İKLİM TİPLERİ

Türkiye`de İklim Değişikliği ve Olası Etkileri - ipc