su kaynaklari mÜhendİslİĞİ -...

79
1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ Prof. Dr. Mehmet Ali YURDUSEV Manisa, 2013

Upload: buithien

Post on 08-Feb-2018

313 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

Page 1: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

1

Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ

Prof. Dr. Mehmet Ali YURDUSEV

Manisa, 2013

Page 2: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

2

1. GİRİŞ İnsanlık su kullanmaya başlamasıyla beraber su yapıları yapmaya başlamışlardır. Su yapıları aşağıdaki üç amaç için yapılmaktadır. • Sudan yararlanmak için • Sudan korunmak için • Suyu korumak için yapılır 1.1 Su ihtiyaçlarının karşılanması

Sudan başlıca yararlanma şekilleri, içme-kullanma (evsel, endüstriyel olarak), sulama, enerji üretme, rekreasyon, balıkçılık ve akarsu ulaşımıdır. Bu amaçlar için tabiatta mevcut olan başlıca su kaynakları, yeraltı suyu, nehirler ve göller gibi eskiden beri kullanılmakta olan (geleneksel) kaynaklar ile denizler, doğrudan yağmur suyu ve kullanılmış sular gibi göreceli olarak yeni değerlendirilmekte olan kaynaklar mevcuttur. Herhangi bir su ihtiyacı ortaya çıktığı zaman bu ihtiyaçların karşılanmasında yapılacak işlemler öncelik sırasına göre aşağıda verilmiştir: • Talep yönetimi • Kaynak yönetimi • Yeni kaynakların geliştirilmesi 1.1.1 Talep yönetimi Talep yönetimindeki amaç aynı servis seviyesinin daha az su ile sağlanmasıdır. Böylece yeni kaynaklar geliştirilmeden su temini işlemi daha ekonomik bir şekilde sağlanmış olmaktadır. Talep yönetimi ekonomisi sadece daha ucuz su temini ile sınırlı olmayıp daha ucuz atık su arıtma unsurlarını da taşır. Bu arada daha az atık su ile gelen çevresel kazanımlar da ekonomik bir değer olarak değerlendirilebilir. Aslında etkin su kullanımı salt ekonomik bir tercih değil dünyada milyarlarca temiz suya hasret insan toplumuna karşı ahlaki bir konudur da. Literatürde kullanılan suyun ölçülmesi, fiyat politikaları, su tasarruf araçlarının kullanımı, su kullanım yönetmeliklerinin değiştirilmesi, tüketim kısıtlamaları, kaçakların kontrolü ve eğitim gibi bir dizi talep yönetimi önlemi mevcuttur. Bunlardan bazıları tek tek su tüketicilerini ilgilendirirken bazıları idari konulardır. Aynı zamanda önlemlerin uygulanabilmesi bazen bir maliyet gerektirmemekte bazen ise belli bir yatırımı zorunlu kılmaktadır. Su tasarruf önlemlerinin uygulanması, su tasarrufunun gerekliliğinin kullanıcılar tarafından benimsenmesi ile mümkün olacağı ve sonuç getireceği açıktır. Bunun için tüketicilerin bilgiye dayanan bir bilinçlenme sürecinden geçmeleri gerekmektedir. Suyu kullanan suyu etkin kullanmasının gereğini ve önemini kavramakla beraber bunun nasıl yapılabileceğini de bilmesi gerekir. Bu ise yaygın bir tanıtım ve bunun ötesinde etkinliğe dayalı bir kullanım pratiğinin tüketicilerce uygulanmasının bir çeşit zorunluluk olarak algılanması ile mümkündür. Bunun başarılabilmesi su idarelerinin yönetim şekillerini talep yönetimi odaklı yeniden organize etmeleri hatta buna yönelik birimler açmaları ile mümkündür. Bu makalede, talep yönetimin gereği ve yöntemleri tanıtıldıktan sonra, talep odaklı bir su yönetiminin unsurları tanıtılmakta ve bazı kurumsal yapılanmalar önerilmektedir. Kurumsal yapılanmalar resmi/özel su endüstrisini kapsayabileceği gibi sivil toplum örgütlerini de kapsayacaktır.

Page 3: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

3

Suyun kullanımı sırasında etkin kullanımının sağlanması için kullanılan suyun ölçülmesi, fiyat politikaları, su tasarruf araçlarının kullanımı, su kullanım yönetmeliklerinin değiştirilmesi, tüketim kısıtlamaları, kaçakların kontrolü ve eğitim gibi bir dizi talep yönetimi önleminden yukarıda bahsedilmişti. Bu önlemlerden bir veya bir kaçının uygulanması sonucu tüketilen suyun önemli bir miktarının tasarruf edilebileceği ortaya konmuştur. Bu önlemler burada kısaca tanıtılmıştır. Fakat esas olan su idaresinin hizmet sahasının yerel özelliklerini dikkate alarak kendi önlemlerini geliştirmesi ve belli bir program dahilinde uygulamaya koymasıdır. Bu çalışmalar sonucu öngörülen bir sürede gerçekleştirilebilecek su tasarruf miktarı ortaya konmalı ve gerçekleşmeler takip edilmelidir. Kaçak kullanımlar, bazı kırsal ve yazlık bölgeler dışında kullanılan suyun ölçülmekte olması sebebiyle ülkemiz açısından suyun ölçülmesi zaten mevcut olan bir önlemdir. Bunun park bahçe sulamaları, camiler ve bazı resmi kurumlar gibi kullanıma bağlı istisnaları da vardır. Fakat kentsel su dağıtım sistemleri oldukça eski olan İngiltere gibi bazı gelişmiş ülkeler için bu ciddi ve uygulanması oldukça zor olan bir önlemdir. Şurası açıktır ki, ne kadar kullandığının sayıldığını bilen tüketici daha rasyonel davranmaya meyilli olacaktır. Dolayısı ile su idaresi ücretini aslın yada almasın bütün kullanımları kayıt altına almalıdır. Bu suyun muhasebesi açısından da çok gereklidir. Kullanılan suyun ölçülmesi etkin kullanım için kendi başına yeterli değildir. Mutlaka uygun bir fiyat politikası ile tüketici kullandığı suyun bedelini ödemelidir. Fiyat politikası tüketiciyi tasarrufa teşvik etmelidir. Bunun yaygın uygulanan şekli artan bloklar şeklinde bir tarifname ile çok kullanandan çok ücret alınmasıdır. Bloklar ve blok ücretleri dikkatlice seçilmeli ve bu konuda popülizme yer verilmemelidir. Su tasarruf araçlarının kullanılması, suyun kullanılırken aynı servis seviyesinin sağlanmasında önemli bir rol oynar. Kullanıcı bu araçlar sayesinde çoğu zaman az su kullandığının farkına bile varmaz. Bu konuda piyasada muslukların sprey yada hava karışımlı modelleri, çift yönlü rezervuarlar, az su kullanan çamaşır-bulaşık makineleri gibi araçlar mevcut ise de, yeterli olduğu ve yeterince tanındığı söylenemez. Belediye yada su idarelerinin su kullanımı ve su tesisatları ile ilgili düzenlemelerinin su tasarrufu anlayışına göre yeniden düzenlenmesi gerekmektedir. Böylece başlangıçta yapılacak zorunlu seçim ile kullanıcı sürekli olarak tasarruf edecektir. Belirgin bir örnek olarak rezervuarların 9 litre tek yönlü geleneksel modeller yerine çift yönlü çağdaş modelleri yeni binalarda zorunlu hale getirilmesi verilebilir. Su tüketim kısıtlamaları gönüllü ve bilerek etkin kullanımın sağlanmaz ise kurak dönemlerde su idarelerin zorunlu olarak başvurduğu bir önlemdir. Bu zorunluluğa düşmeden ve zorunluluk halinde suların kesilmesi şeklinde değil de, araç yıkanması, sokak sulanması ve bahçe sulanması gibi bazı kullanımların yasaklanması şeklinde daha çağdaş bir uygulama yapılmalıdır. Su kaçakları hem şebekede hem de binalardaki tesisatlarda olabilmektedir. Bunlardan ilki oldukça büyük bir oranı bulmakta ve su idareleri sistematik bir program ile miktarını ve yerini belirlemeli ve sonrada azaltmalıdır. Hemen hemen bütün, içme suyu şebekelerinde % 50 ler civarındaki kaçaklar konunun ne kadar önemli olduğunu ortaya koymaktadır. Aslında su

Page 4: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

4

idarelerinin performansının en iyi ölçütü kaçakların kontrolü konusundaki başarılarıdır. Okuyucu bu kadar büyük bir kayıp söz konusu iken yukarıda nispeten daha az miktarda su tasarruf potansiyeli olan önlemlere değinilmesini yadırgamamalıdır. Kaçakların kontrolü zaman ve kaynak gerektiren bir işlem olduğunda, muslukta yapılacak tasarruf kayıplar dikkate alındığında kaynağında çok daha büyük bir tasarruf anlamına gelecektir. Şebek kaçakları kadar olmasa da evlerde yada işyerlerinde de önemli kayıplar olabilmektedir. Bunların süratli tamiri ile önemli tasarruflar söz konusu olacaktır. Yukarıda sayılan bütün önlemlerin uygulama ve uygulaması sonucu sonuç alınabilmesi bu konunun hem tüketiciler hem de su yöneticileri tarafında benimsenmesi ile mümkündür. Dolayısı ile en önemli su tasarruf önlemi eğitimdir. Bu konuda hala önemli bir mesafe alamamış olmamız eğitime kendimizden, su yöneticilerinden başlanması gerektiğini ortaya koymaktadır. Eğitim ile bunun gereğini kabul edeceğiz ve sonra bunun yöntemlerini unsurlarını öğreneceğiz. Geniş tüketici kesiminin eğitimi yaygın iletişim araçlarının kullanımı, okullarda seminerler yapılması, halk bilgilendirme toplantılarının organizasyonu gibi araçlarla yapılabilir. Bütün bunlar önemli miktarda parasal ve insan kaynağı gerektirmektedir. Zaman alacak bir uygulama olsa da sağlayacağı sonuç önemli olacaktır. Fakat bu işleri kimin organize edeceği, kimin masrafları ödeyeceği konusu bir dizi resmi özel yapılanmaları zorunlu kılmaktadır. 1.1.2 Kaynak yönetimi

Kaynak yönetimi çalışmaları şu işlemleri kapsar: • Kaçakların kontrolü • Dönüşümlü su kullanımı • Yer altı suyunun suni beslenmesi • Nehirlerin suni beslenmesi

gedizden suni bewsleme

sızdırma havuzu

izmir

sarıkız gölüyeraltısuyuakiferi

azalan su seviyesi

pompaj

beslenmes.s.s.

sürdürülebilen

sürdürülebilen

İçme suyu şebekelerinde su kaçakları: Qg , Şehre verilen su, Qy , Ölçülen kullanım(tahakkuk eden su) ve Qa , Kayıt dışı su miktarı(unaccounted for water) olmak üzere kayıt dılı su miktarı için Qa=Qg – Qy

Page 5: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

5

eşitliği yazılabilir. Bu kayıt dışı su içinde yasal ölçülmeyen kullanımlar ( park sulamaları, camiler vs.), yasal olmayan kullanımlar, şebeke kaçakları vardır. Etkin bir kaçak yönetimi için ilk önce legal kullanımlar mutlaka ölçülüp kayıt tutulmak ve ona göre de iyileştirme yapılmalıdır. İllegal kullanımlar idari, polisiye, sosyal tedbirler ile zaman içinde azaltılabilir. Legal kullanımlar kontrol edilse, illegal kullanımlar azaltılsa da önemli bir miktar su şebekeden patlaklardan yok olmaktadır. Bu nedenle bu kaçakların belirlenmesi gerekir. Kaçakların yeri ve miktarı önemlidir. Etkin bir kaçak belirlemesi için aşağıdaki uygulamalar yapılmaktadır. • Bölgesel sayaçlar takılması • Gece akımlarının analizi • Ses korrelatör cihazlarıyla araştırma • SCADA sistemi SCADA sistemi, tüm şebekeyi bölgesel sayaçlar ve suyun çeşitli karakteristiklerini (debi, basınç, hız vb.) ölçen sensörlerle donatıp elde edilen bilgileri bir kontrol merkezine aktararak yaygın kontrol sisteminin kurulmasından ibarettir. Kaçakların kontrolü: Kaçakların sebepleri genellikle eskiyen şebeke, kötü işçilik ya da dış etkilerle (trafik, kontrolsüz kazılar, deprem v.s) oluşan patlaklardır. Kaçakların kontrol edilmesi yada azaltılması için aşağıda belirtilen bir dizi çalışmanın yapılması gerekmektedir. • Şebeke yenileme • Kaçak yeri tespiti • İhbar sistemi • Acil müdahale ekipleri gibi etkin bir strateji ve yatırım programı uygulanmalıdır. Kaçakların hidroliği: Herhangi bir kaçak deliği zamanla artacağından AhgQ ..= orifis formülü tam geçerli değildir. Bu formülle yapılacak yaklaşım bile kaçak suyun delik çapı ve şebeke basıncına bağlı olduğunu ortaya koyar ve çok küçük bir patlaktan bile şebeke basıncına göre belli bir sürede çok büyük debilerin kaybolacağını ortaya koyar. Bu nedenle kaçak kontrolü için deliğin tamiri kadar yeri kısa sürede bulunamayan yüzlerce kaçaktan kaybolan suyu azaltmak için şebeke basıncı düşürülmelidir. Aşırı basınçlar çok su kaybına neden oldukları kadar deliğin çapını da arttırarak kaybı arttırırlar. Nehirlerin Suni Beslenmesi: Herhangi bir bölgeye su temin eden bir nehrin fazla suyu olan bir yer altı kaynağı ya da başka bir nehirden takviye etmek. Böylece o nehirdeki su kullanımının devamlılığını sağlamak. Bazen bu yöntemle iletim hattından tasarruf edilir. 1.1.3 Su Kaynaklarının geliştirilmesi

Talep ve kaynak yönetimi çalışmaları yetersiz kaldığında su ihtiyaçlarını karşılamak için yeni su kaynaklarının geliştirilmesi kaçınılmaz olabilmektedir. Su kaynaklarının geliştirilmesi uzun süreçler alan planlama çalışmalarının yapılmasını gerekli kılmaktadır.

Su kaynakları geliştirme planları Su kaynakları geliştirme planları belli bir coğrafi bölgeyi ve belli bir zaman dilimi kapsayacak biçimde yapılır. Planlama alanı olarak tekil amaçlar için o amacın kapsadığı bölge dikkate alınabilirse de planlama bir akarsu havzasının tümünü kapsar. Zaman zaman tüm ülkeyi kapsayacak planlar yapmakta gerekli olabilmektedir. Planlama süresi(Planning horizon)

Page 6: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

6

geleceğe ilişkin tahminlerin yapılabileceği makul bir süreyi tanımlar. Genellikle 20 yıllık bir planlama makul görülüyorsa da içme suyu projeleri için 35 yıllık bir süre İller Bankasınca öngörülmüştür.

temin edilen su (arz)

ihtiyaç çizgisi (talep)

t

Q

35151050

Yukarıdaki şekilden görüleceği üzere planlama süresi boyunca su talebi belirli dönemler (genellikle 5 yıl) halinde yapılacak ilave yatırımlar ile karşılanmaya çalışılır. Bu bağlamda su kaynakları planlaması bir arz-talep dengelemesidir. Şekilde sürekli olarak gösterilen talep eğrisinin bu çerçevede 5’er yıllık kesikli tahminleri planlama çalışmalarına esas teşkil edecektir. Su kaynaklarının geliştirilmesi 5 aşamada yapılır. Bu aşamalar şunlardır. • İstikşaf (master plan) • Fizibilite (yapılabilirlik) • Kesin proje • İnşaat • İşletme İstikşaf (master plan): Planlama yapılacak olan akarsu havzasının su ve toprak kaynaklarının belirlenmesi bu kaynakların kullanımına duyulan ihtiyaçlar bu ihtiyaçları karşılamak için yapılabilecek tesisler gibi çalışmaları içeren aşamadır. Fizibilite (Yapılabilirlik): Master planda ortaya konan alternatiflerin uygunluğunun belirlenmesi ya da uygun olanlarının seçilmesi çeşitli teknik ekonomik çevresel sosyal kriterlere göre belirlenir.Yukarıda aşamaları verilen süreç oldukça karmaşık bir süreçtir. Örnek olarak herhangi bir kente su getirmek için master plan aşamasında iki tane su kaynağının varlığı ortaya konmuş olsun. 35 yıllık dönem için beşer yıllık aralıklarla uygun su getirme planı yapılacaktır. İlk dönem için üç tane alternatif vardır. 1. Alternatif : Yalnızca akarsudan su getirmek 2. Alternatif : Yalnızca yer altından su getirmek 3. Alternatif : Her ikisinden su getirmek.

Page 7: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

7

Sonraki dönemlerde dikkate alınırsa toplam planlama dönemi 35 yıl için alternatif sayısı onlarca olacaktır. Bir akarsu havzası için su kullanım merkezi ve su kaynağı sayısı da artacağından en uygun projeler kombinasyonunu bulmak optimizasyona dayalı bilgisayar programları kullanmayı gerektirir. Kesin proje: Fizibilite aşamasında ortaya konan uygun alternatiflerin teknik hesapların yapılıp paftaların çizildiği ihaleye hazır hale getirilme aşamasıdır. İnşaat: Projenin ihalesinin yapılıp müteahhide uygulama projesinin hazırlaması ve projelerin yapıldığı aşamadır. İşletme: İnşaatı yapılan projelerin ihtiyaç programına göre ekonomik ömrünü tamamlayıncaya kadar çalıştırılmasıdır. Su sistemlerinin işletilmesi kısa vadeli su ihtiyacı tahminlerine dayalı bir işletme programını esas alan yine optimizasyona dayalı bir yapıyı öngörür ayrıca muhtemel durumlara karşı alternatif senaryoları devreye sokmayı öngörür. Bunun için sistemin otomasyona geçirilmesi büyük kolaylık sağlar. Yukarıda anlatılan su kaynakları geliştirme süreci aşağıdaki şekilde özetlenebilir. Bu şekilden görüleceği üzere çeşitli su talep/kullanım şekilleri bir dizi su kaynağı ile bir dizi analizler ile karşılanmakta ve bu analizlerin ortaya koyduğu fiziksel altyapı projeleri (su yapıları) ön görülen sürede hayata geçirilmektedir.

SU YAPILARI

su kaynakları geliştirilmesi

-teknik analizler-ekonomik analizler-çevresel analizler-vs.

su kaynakları

-akarsular-yer altı suyu-göl-deniz

su ihtiyaçları

-içme/kullanma-sulama-enerji-vs.

Yukarıdaki şekilde belirtilen çeşitli analiz şekilleri tüm planlama alanını kapsayacağı gibi tekil projeleri de kapsamaktadır. Örnek olarak ekonomik analizler fizibilite aşamasında alternatiflerin maliyet ve gelir tahmininde en uygun alternatifi seçerken kullanılan optimizasyon yönteminde; kesin proje aşamasında uygun proje boyutları seçiminde; inşaat aşamasında proje finansmanının sağlanması keşiflerin çıkarılması hak edişlerin hazırlanması aşamasında ve işletme aşamasında, işletme maliyetinin tespiti uygun işletme politikalarının belirlenmesinde devreye girer.

Page 8: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

8

Çevresel analizler çevreye duyarlı projelerin tercihi ya da projelerin çevresel etkilerinin en aza indirilmesi çalışmalarıdır. Genellikle ekonomik projelerin çevresel değerlendirilmesi şeklinde yapılıyorsa da aslında başlangıçta ekonomi kriteri ile beraber ele alınması hem ekonomik hem çevreye duyarlı projelerin tercihine katkıda bulunacaktır. 1.2 Sudan korunma sistemleri

Su her ne kadar bütün canlı hayatın vazgeçilmez bir unsuru ise de kontrol edilebilenden fazla miktarda olduğunda ve kirlendiğinde canlı yaşamı için bir tehdit unsuru olabilmektedir. Sudan korunma şekilleri ise taşkından korunma (kontrolsüzlük ya da fazlalık söz konusu olduğundan), sulama alanlarının ve yerleşim yerlerindeki fazla suların drenajı ve atık su uzaklaştırma gibi uygulamalardır. 1.3 Su kaynaklarının korunması

Son yıllarda aşırı su kullanımı ve kontrolsüz atık deşarjı sebebiyle su kaynaklarımızın azaldığı ve var olanlarında kirletilmekte olduğu gözlenmektedir Bu nedenle bu vazgeçilemez kaynağın korunması gereği ortaya çıkmıştır. Suyu koruma ise onu kirlenmeden ve tükenmeden koruma amacıyla yapılan çalışmalardır.

Page 9: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

9

2. İÇME KULLANMA SUYU TEMİNİ YAPILARI

Bu kategorideki su yapıları yukarıda belirtilen kaynak türlerine göre tek tek ele alınacak ve kaynağından kullanım yerine kadar gerekli olan yapılar tanıtılacaktır. 2.1 Yeraltı suyunun kullanımı İçme kullanma suyu temini amacı ile yukarıda sözü edilen bütün kaynaklar kullanılabilirse de ilk akla gelen yeraltı sularıdır. Bunun sebebi yeraltı sularının diğer kaynaklara göre daha temiz dolayısı ile arıtmaya ihtiyaç göstermemesidir. Yeraltı suyunun bulunduğu yerden bir kente ulaştırılmasında aşağıdaki şekilde belirtilen yapılar yapılır.

Depo Haznesi

cazibeli

Isale hattı

Boru hattı (basınçlı akım)

Dağıtma sistemi

Dalgıç pompa

Akifer: Suyun tutulduğu . yer

Deponun şehirden yüksekte olmasının sebebi kent içindeki çok katlı yapıların üst katlarına da suyun çıkabilmesini sağlamaktır. Kentsel su depoları günlük düzenleme yapar. Aşağıdaki grafikte görülen düzensiz su çekimleri nispeten düzenli bir pompaj ile haznede dengelenir.

Buna göre yeraltı suyu derlenmesinde işlem sırası yükseltme (kuyu+pompaj), iletim, depolama(klorlama) ve dağıtım şeklinde sıralanabilir. 2.2 Pınardan yer altı suyu kullanma Kendiliğinden yeryüzüne çıkan yeraltı sularına pınar adı verilir. Bir yerleşim yerinde pınar suların kullanımının şematik şekli aşağıdadır. Bu tür bir su temini sisteminde amaca göre maslak, tahliye, vantuz, pompa gibi unsurlar bulunur.

Page 10: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

10

İletim hattıBasınçlı

pınar derleme yapısı Hazne

Şehir

2.3 Akarsuların içme-kullanma amaçlı kullanımı Akarsular ya doğrudan sulamanın yerleşim yerine pompalanması ya da önce biriktirilmesi sureti ile kullanılır. Doğrudan pompaj halinde uygulanan su yapıları aşağıda verilmiştir.

Arıtma

Hazne

Şehir

Yukarıdaki şekilde pompalar ve arıtma tesisi hazneye kadar olan uygun bir yere yapılabilir. Akarsuda yeterli ve güvenli su yoksa kaynakta düzenleme yapmak için barajla biriktirme yapmak gerekir. Bu durumda sistemin şematik yapısı aşağıdadır.

Arıtma

Hazne

Şehir

Su alma yapısı

Page 11: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

11

Yukarıdaki şekilde suyun kullanıldığı yer barajdan yüksekte olduğundan bir pompaj söz konusudur. Eğer barajın mansabındaki bir yerleşim yerine su iletilecekse doğal olarak pompaj gerekmeyecektir. 2.4 Göller ve denizlerden yararlanma: Genellikle göl yada deniz gibi durgun su kaynakları bir yerleşim yerinden daha alt kottadırlar. Dolayısı ile aşağıda şekildeki gibi pompajlı bir su getirme sistemi söz konusudur.

Arıtma

Depo

Şehir

Göl/Deniz

İletim

Yukarıdaki şekildeki arıtma tesisi su kaynağı deniz olması durumunda bir tuzsuzlaştırma tesisi olmaktadır. Oldukça pahalı ve enerji yoğun bu tür sistemler genellikle kurak ve zengin ülkelerde uygulanmaktadır. 2.5 Kullanılmış suların içme kullanma amaçlı kullanımı Kullanılmış sular kentlerden dönen sulardır. Bunların yeniden kullanımı doğrudan ya da dolaylı kullanım olmak üzere iki türlüdür. Doğrudan kullanımda yapılacak tesis sırası aşağıdadır. Atık su - Arıtma – Yükseltme – İletim – Depo - Dağıtım Dolaylı kullanım durumunda su tekrar kullanılmadan bir akarsuya verilmektedir. Bu durumda yapılacak tesis sırası aşağıdaki hali almaktadır. Atık su - Arıtma – Akarsu – Pompa – Yükseltme – İletim – Depo – Dağıtım Her iki durumda da arıtma işlemleri suyun içme kullanma standardına getirecek şekilde olmalıdır. Doğrudan kullanım pek yaygın olmasa da dolaylı kullanım hemen hemen bütün akarsularda bilerek ya da bilmeyerek uygulanmaktadır. Yukarıdaki su kaynaklarının dışında küçük ölçeklide olsa yağmur sularının doğrudan kullanımı ve evlerdeki daha az kirli suların ayrıca toplanıp küçük çaplı bir arıtma ile tekrar kullanıma sunulduğu gri su kullanımı gibi mikro ölçekli sistemlerde mevcuttur. 2.6 İçme Kullanma Suyu Sistemleri Tasarımı

Page 12: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

12

İçme kullanma suyu temini sistemleri su temin edilecek yerleşim yerinin gelecek su ihtiyacının tahmin edilmesi, bu ihtiyacı karşılayacak uygun ve yeterli miktarda su kaynağının bulunması ve su getirme sistemin yapısal unsurlarının boyutlaması şeklinde projelendirilirler. Bu konu Su getirme kanalizasyon dersinde detaylı olarak ele alındığı için bu ders kapsamında daha fazla detaya girilmeyecek olup bazı önemli hususlar özetlenecektir. İçme kullanma suyu ihtiyacı (Q) tahmini genellikle aşağıdaki genel şekli verilen ifade kullanılarak yapılır: Q=n.Qb Burada n bir birimi Qb ise o birimin ihtiyacını gösterir. Kullanılan birimler, kişi sayısı(nüfus), hane sayısı, bağlantı sayısı(hane grubu ) olabilir. Buna göre birim ihtiyacı, kişi ihtiyacı, evsel kullanım, bağlantı kullanımı olacaktır. Birim tahmini, basit orantı yada regresyon analizleri gibi uzatma yöntemleri ile yapılabilir. Birim ihtiyacı ise bir dizi kabul, geçmiş kullanımlar ya da birim içindeki kullanım türlerinin detaylı analizi ile bulunur. Planlama belli bir süreyi kapsayacağından su ihtiyaçları belli aralıklarla tahmin edilmelidir.5 yıllık bir aralığın uygun olacağı ifade edilmektedir. Yukarıda bahsedilen herhangi bir birimin ihtiyacı belirlenirken su kullanım tür ve şekilleri de dikkate alınmalıdır. Geleneksel kaynak yönetimi esaslı planlamadan talep odaklı planlama yaklaşımı esas alınacak olursa mevcut su kullanım pratiklerinin değiştirilmesi ile daha etkin su kullanımı yani su tasarrufu ile yukarıdaki formül Q=n.Qb.e Şeklinde belli bir yerleşim yerinde uygulamaya konacak tasarruf önlemlerinin performansını yansıtacak bir e düzeltilmesi ile gelecekte daha az su ihtiyacı ortaya koyacak şekilde değiştirilebilir. Ortaya konacak tasarruf önlemleri daha önce talep yönetimi başlığı altında değerlendirilmiş olup, mevcut tüketici su kullanım seviyesini koruyarak çeşitli önlemler ile su tasarrufu yapmak olarak tanımlanabilmektedir. Böylece tasarruf edilen su, yeni taleplerin hizmetine sunulabilecektir. Talep yönetimi ve önlemleri konusu ileride daha detaylı ele alınacaktır.

Sayısal Örnek 1 Bir pınardan 25 l/sn su derlenerek, astbestli çimento boruyla ve aşağıdaki şekilde boy kesiti verilen geçkiyle kent haznesine iletileceğine göre

a) Kullanılacak boru çapını ve hidrolik eğimi hesaplayınız. b) Hazne yerini ve yüksekliğini bulunuz. c) Pınarla hazne arasında gerekli tesislerin yerlerini ve yüksekliklerini boy kesitte

gösteriniz. d) Boru hattı boyunca enerji çizgisini gösteriniz.

Page 13: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

13

Çözüm

a) 𝑉𝑉 = 1 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠 seçilir ise

𝑄𝑄 = 𝑉𝑉𝑉𝑉 ⇒ 𝐷𝐷 = �0,025(4)𝜋𝜋 1

�1/2

= 0,178 𝑚𝑚 ≈ 0,175 𝑚𝑚 seçilir.

𝑉𝑉175 = 0,025(4)𝜋𝜋 (0,175)2 = 1,04 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠

Burada astbestli çimento buru için hızı veren Ludin formülü kullanılmaktadır. 𝑉𝑉 = 54,4 𝐷𝐷0,64𝐽𝐽0,54

Buna göre ; 𝐽𝐽175 = � 𝑉𝑉

54,4 𝐷𝐷0,64 � = � 1,04

54,4 (0,175)0,64 � = 0,0057

bulunur. b) 𝑍𝑍𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 ,𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 = 425 + 30 + 5 = 460 𝑚𝑚

𝑍𝑍𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 ,𝑠𝑠𝑠𝑠ç = 465 𝑚𝑚, (𝑍𝑍515−𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 515 − 465 = 50 𝑚𝑚 = 5 𝐻𝐻𝑎𝑎𝑚𝑚 c) Enerji çizgisi denklem

𝑦𝑦 − 𝑦𝑦1 = (𝑥𝑥 − 𝑥𝑥1)𝑚𝑚 𝑦𝑦 − 540 = (𝑥𝑥 − 0)(−5,7) 𝑦𝑦 = 540 − 5,7𝑥𝑥 Boru ekseni denklemi 𝑦𝑦−𝑦𝑦1𝑥𝑥−𝑥𝑥1

= 𝑦𝑦1−𝑦𝑦2𝑥𝑥2−𝑥𝑥2

𝑦𝑦−500𝑥𝑥−4000

= 500−5654000−7200

𝑦𝑦 = 0,02033125𝑥𝑥 + 419 İki denklem ortak çözülürse pompa yeri bulunur. 540 − 5,7𝑥𝑥 = 20,3𝑥𝑥 + 419 𝑥𝑥 = 4,7 𝑘𝑘𝑚𝑚 bulunur. 𝑍𝑍𝑝𝑝𝑝𝑝𝑚𝑚 ,𝑚𝑚𝐻𝐻𝑘𝑘𝑠𝑠 = −5,7 ∗ 4,7 + 540 = 513 𝑚𝑚

Page 14: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

14

d) 𝑍𝑍𝑠𝑠𝑠𝑠 ,ç𝑚𝑚𝐻𝐻(𝑝𝑝𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝐻𝐻 çı𝑘𝑘ışı) = 565 + 5,7(4 + 3,2 − 4,7) + (1~2) = 581 𝑚𝑚

𝑍𝑍𝑠𝑠𝑠𝑠 ,ç𝑚𝑚𝐻𝐻(𝐻𝐻 = 565) = 565 + (1~2) = 567 𝑚𝑚 𝑍𝑍𝑠𝑠𝑠𝑠 ,ç𝑚𝑚𝐻𝐻(𝑚𝑚𝐻𝐻𝑠𝑠𝑚𝑚𝐻𝐻𝑘𝑘) = 567 − 5,7(1,5 + 1,5) = 550 𝑚𝑚

𝐿𝐿𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻−𝐾𝐾𝑠𝑠𝑠𝑠𝑎𝑎 = 2,7(465−435)515−425

= 1,2 𝑘𝑘𝑚𝑚 𝑍𝑍𝑠𝑠𝑠𝑠 ,ç𝑚𝑚𝐻𝐻(ℎ𝐻𝐻𝐻𝐻𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑔𝑔𝑚𝑚𝑔𝑔𝑚𝑚ş𝑚𝑚𝑠𝑠) = 515 − 5,7 ∗ 1,2 = 508 𝑚𝑚

Page 15: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

15

3. SULAMA SUYU TEMİNİ YAPILARI

Yeryüzündeki suların yaklaşık %70’i sulamaya harcanmaktadır ve su kaynağına göre uygulanan sistem farklı olmaktadır. 3.1 Yeraltı suyu sulama sistemleri

Yukarıda şematik olarak verilen şekilde alınan yeraltı suyu bu kuyu civarındaki arazinin sulanması için kullanılmaktadır. Yeryüzüne çıkarılan (pompayla) suyun sonraki yolculuğu basınçlı ya da cazibeli olabilmektedir. Buda topografyaya ya da sulama cinsine bağlıdır. Daha aşağı kotlardaki sulama için cazibeli bir iletim gerekirken yukarı kotlar için mutlaka pompaj gerekecektir. Aynı şekilde eğer yağmurlama ya da damla sulama yapılacaksa basınçlı iletim, salma sulama içinse cazibeli iletim gerekecektir. Belli bir sulama alanının yer altı suyu sitemi ile sulanması için aşağıdaki şekilde uygun aralıklarla açılacak kuyulardan sulanması yapılabilmektedir. Bu amaçla ilgili araziye pompajda kullanılacak elektrik enerjisinin götürülmesi gerekmektedir.

Yukarıdaki şekilde açılacak kuyuların aralıkları sürdürülebilir yer altı suyu kullanımı prensibine uygun olacak şekilde belirlenmelidir. Uygulamada yer altı suyu seviyesinin düşmemesi için akifere belli bir periyotta dolan olan suyun kullanımı esas alınmalıdır.

Page 16: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

16

3.2 Akarsu sulama sistemleri En yaygın sulama şeklidir. Akarsudaki suyun bir kısmı bir bağlama ile ana iletim kanalına çevrilir. Ana kanaldan sekonder kanallar ile su sulama alanına dağıtılır. Tersiyer kanallar su ile sekonderlerden tarlalara iletilir. Ana kanallar her zaman trapez beton kaplamalı yapılırlarsa da sekonder ve tersiyer kanaletli de yapılabilirler. Kanaletler arazinin basit engebelerini aşmada avantaj sağlar. Aşağıda bir sulama sisteminin şematik şekli verilmiştir. Ayrıca klasik kesitli ve kanaletli kanalların en kesitleri verilmiştir.

Beton kaplamalı trapez kanalKanalet

Sulama sistemlerinde tarladaki fazla suyun arazide tuzlanmaya sebep olmaması içim uzaklaştırılması gerekir. Bunun için bütün sulamalar paralel drenaj kanallar ile donatılır. Burada tersiyer-sekonder drenaj kanalları gerekirse drenaj ana kanalları şekilde gösterildiği üzere vardır. Drenaj kanalları bitki kök bölgesindeki fazla suyu drene etmek üzere tasarlandığından her zaman yarmada ve toprak kanal(kaplamasız) şeklinde yapılır.

3.2.1 Sulama Sistemleri tasarımı Sulama sistemleri tasarımında genel bir mühendislik yapısı tasarımında izlenen süreçler uygulanır. Buna göre sulu tarıma geçilecek bölge belirlendikten sonra; bu alan için gereken sulama suyu ihtiyacının tahmini, belirlenen sulama suyu ihtiyacını temin edecek su kaynağının ve bu kaynaktan alınabilecek yeterli debinin belirlenmesi ve son olarak sistemin yapısal unsurlarının tasarımı aşamaları ile sulama sistemleri tasarlanabilmektedir. Suyu İhtiyacı Tahmini Sulama suyu ihtiyacına etki eden faktörler; bitki cinsi, sulanacak arazi cinsi, sulama bölgesi, iklim, sulama tipi gibi parametrelerdir. Bu parametrelere bağlı olarak tarım alanı için öngörülen bitki cinslerine göre b,r bitki büyüme suyu ihtiyacı hesaplanır. Bu miktar bitkinin kök

Page 17: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

17

bölgesinde ihtiyaç duyduğu miktardır. Halbuki sulama suyu genellikle daha uzaklardan getirilir. Bu nedenle şebeke kayıpları ve yağmur dikkate alınarak sulama için derlenecek yada çevrilecek su miktarı hesaplanır. Yalnız bu hesaplamalar yapılırken, içme suyunda olduğu gibi sulamada tasarruf prensibi dikkate alınmalıdır çünkü Dünyadaki kullanabilir su kaynaklarının yaklaşık %70’i sulamada kullanıldığına göre sulamada su tasarrufu çok önemlidir. Burada yapılacak oransal küçük tasarruflar çok yüksek miktarda su tasarrufları anlamına gelecektir. Bu çerçevede yapılabilecekler şöyle sıralanabilir. • Şebeke kaçaklarının kontrolü • Tasarruflu sulama yöntemleri • Eğitim Şebeke Kaçaklarının Kontrolü: Sulama kanallarında yapılacak bakım ve periyodik iyileştirmeler yeraltına sızan suyun önemli bir kısmını sulamaya verecektir. Tasarruflu Sulama Yöntemleri: Geleneksel sulama yöntemleri oldukça büyük su tüketen fakat verime katkısı az olan yöntemlerdir. Bu nedenle yağmurlama ya da damla sulama yöntemleri hem tasarruf hem verim artışı getirecektir. Eğitim: Çiftçinin bilinçlenmesi hem verim artışı hem su tasarrufu sağlayacaktır. Bu çerçevede uygun sulama yöntemi seçimi, uygun ürün seçimi ve toprağın havalanması gibi hususlarda çiftçiler eğitilmelidir. Sulama suyu ihtiyacı tahmininde en önemli parametre bitki büyüme suyu ihtiyacının belirlenmesidir. Bu amaçla uygulamada yaygın olarak Blaney-Criddle yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemde, bir bitkini büyümesi için ihtiyaç duyduğu aylık su ihtiyacı aşağıdaki formül ile hesaplanır. Birimi mm/ay dır. U = Fk Bu formüldeki F ve k değerleri aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır. K = 25,4 kt kc Kt= 0,0173(1,8t + 32) – 0,314 F = (1,8t +32 ) p/100

Formüllerdeki Kc: bitki türü katsayısı, p: sulama bölgesinde aylık toplam gündüz saatlerinin toplam süreye oranı (%) olup belirlenmesi için genellikle aylara göre düzenlenmiş tablo ya da şekiller kullanılır.

Page 18: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

18

aylar

kc

bitki cinsi

kc

aylar

p

aylar

enlem

Bitki büyüme suyu ihtiyacının bir kısmı yağmur tarafından karşılanacağından sulama suyu ihtiyacı; Us = U – Re olacaktır. Burada Re etkili yağış olup, toplam yağışın yüzeysel akıştan arta kalan toprağa sızan kısmını ifade eder. Toplam yağışa göre bir grafik yardımı ile tahmin edilir. mm/ay cinsindeki sulama suyu ihtiyacı sulama projelerinde gerekli birim dönüşümleri ile lt/sn/ha biriminde sulama modülüne çevirilir ve aşağıdaki formülle hesaplanır. qs = 0,00373 Us ( lt / sn / ha ) Buradan hareketle bir sulama alanında ekimi yapılarak farklı bitkiler de dikkate alınarak sulama için akarsudan çevrilecek debi,

)1)(1( 21

max

ηη −−

⋅= ∑ isi Aq

Q

formülü ile hesaplanır. Bu formüldeki parametreler aşağıda tanımlanmıştır.

1η : Tarla kaybı

2η : Kanal kaybı

maxsiq : i. bitkinin max. sulama modülü

iA : i. bitkinin ekim alanı ( ha ).

Page 19: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

19

Sayısal Örnek 12 000 Hektarlık 40 enleminde bir sulama alanında % 40 buğday % 30 pancar ve %30 pamuk ekimi planlanmaktadır. Sulama için çevrilmesi gereken debiyi bulunuz? Tarla kaybı 0.18, şebeke kaybı 0,28 olup, sulama ihtiyacının en yüksek olduğu üç ay için yağış ve sıcaklık değerleri aşağıda verilmiştir.

Haziran Temmuz Ağustos T(°C) 28 30 30 Aylık Toplam Yağış(mm)

16 — —

P (%) 10,08 10,22 9,54 Buğday kc — — — Pancar kc 1,08 1,22 1,20 Pamuk kc 0,45 0,95 0,87

Bitki büyüme suyu ihtiyacı U U = f k K = 25,4 kt kc Kt= 0,0173(1,8t + 32) – 0,314 F = (1,8t +32 ) p/100

Haziran Ayı için kt= 0,0173(1,8(28) + 32) – 0,314 =1,11 f = (1,8 (28) +32 ) 10,08/100 = 8,31 k = 25,4 (1,11) (1,08) =30,44 U = 8,31 (30,44)=252,95 mm/ay

Page 20: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

20

Haziran Temmuz Ağustos Bugday %40 Kt 1,11 1,17 1,17

K — — — F 8,31 8.79 8.22 U ___ ___ ___

Pancar %30 Kt 1,11 1,17 1,17 K 30.45 36.26 35.66 F 8,31 8.79 8.22 U 253 319 292

Pamuk %30 Kt 1,11 1,17 1,17 K 12.68 28.23 25.85 F 8.31 8,79 8,22 U 105 248 212

Bitki büyüme suyu ihtiyacının bir kısmı yağmur tarafından karşılanacağından sulama suyu ihtiyacı Us Us = U – Re Haziran Ayı Pamuk İçin Us = 105 – 16=89 mm Haziran Temmuz Ağustos Buğday %40 U ___ ___ ___

Us — — — %Us ___ ___ ___

Pancar%30 U 253 319 292 Us 237 319 292 %Us 71 96 88

Pamuk %30 U 105 248 212 Us 89 248 212

%Us 27 74 64 Toplam %Us 98 170 152 Sulama Modülü qs = 0,00373 Us ( lt / sn / ha )

635,017000373,000373,0 max =⋅=⋅= ss uq lt/sn/ha Akarsudan Çevrilecek Debi

)1)(1( 21

max

ηη −−

⋅= ∑ isi Aq

Q

lt/sn = 12,9 m3/sn olarak bulunur.

1290072,0*82,0

1200*635,0)28,01)(18,01(

==−−

⋅=

AqQ s

Page 21: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

21

Sulama sistemlerinin yapısal tasarımı Sulama sistemlerini oluşturan unsurlar tek tek hidrolojik, hidrolik ve mukavemet yönünden tasarlanmalıdır. Çevirme yapısı daha sonra bağımsız olarak detaylı bir şekilde ele alınacaktır. İletim ve dağıtım sistemin sistemin açık yada kapalı sistem olmasına göre ya açık kanal yada basınçlı hidrolik sistemlerin tasarım esaslarına göre boyutlandırılmalıdır. Bu kısımda bir açık ana kanal boyutlaması örnek olarak verilmiştir. Sayısal örnek 1/1,5 şevli (m=1,5), tarapez kesitli, pürüzlülüğü n=0,016 olan bir kanalın Q=12,9 m3/sn su geçirebilmesi için en uygun kesiti veren boyutları bulunuz. (J=0,0004)

𝑉𝑉 = 𝑏𝑏 𝑦𝑦𝑠𝑠 + 𝑚𝑚 𝑦𝑦𝑠𝑠2 = 𝑏𝑏 𝑦𝑦𝑠𝑠 + 1,5 𝑦𝑦𝑠𝑠2 𝑏𝑏 = 𝑉𝑉−1,5𝑦𝑦𝑠𝑠2

𝑦𝑦𝑠𝑠= 𝑉𝑉

𝑦𝑦𝑠𝑠− 1,5𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑃𝑃 = 𝑏𝑏 + 2𝑦𝑦𝑠𝑠√1 + 𝑚𝑚2 = 𝑏𝑏 + 2𝑦𝑦𝑠𝑠�1 + (1,5)2 = 𝑏𝑏 + 3,61𝑦𝑦𝑠𝑠 𝑃𝑃 = 𝑉𝑉

𝑦𝑦𝑠𝑠− 1,5𝑦𝑦𝑠𝑠 + 3,61𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑑𝑑𝑃𝑃𝑑𝑑𝑦𝑦𝑠𝑠

= 0 ⇒ − 𝑉𝑉 𝑦𝑦𝑠𝑠 2 − 1,5 + 3,61 = 0 ⇒ 𝑉𝑉 = 2,11 𝑦𝑦𝑠𝑠2

𝑃𝑃 = 2,11𝑦𝑦𝑠𝑠 2 𝑦𝑦𝑠𝑠

− 1,5𝑦𝑦𝑠𝑠 + 3,61𝑦𝑦𝑠𝑠 = 4,22 𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑏𝑏 = 2,11 𝑦𝑦𝑠𝑠 2 𝑦𝑦𝑠𝑠

− 1,5𝑦𝑦𝑠𝑠 = 0,61 𝑦𝑦𝑠𝑠

𝑅𝑅 = 𝑉𝑉𝑃𝑃

= 2,11 𝑦𝑦𝑠𝑠 2

4,22 𝑦𝑦𝑠𝑠= 𝑦𝑦𝑠𝑠

2

𝑄𝑄 = 1𝑠𝑠𝑅𝑅2/3𝐽𝐽1/2𝑉𝑉 ⇒ 12,9 = 1

0,016�𝑦𝑦𝑠𝑠

2�

23 (0,0004)

12(2,11 𝑦𝑦𝑠𝑠2)

12,9 = 2,641,59

𝑦𝑦𝑠𝑠8/3

𝑦𝑦𝑠𝑠 = 3,16 𝑚𝑚 𝑏𝑏 = 0,61 𝑦𝑦𝑠𝑠 ⇒ 𝑏𝑏 = 0,61(3,16) = 1,92 𝑚𝑚

Page 22: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

22

4. SUDAN ENERJİ ÜRETİM SİSTEMLERİ Sudan elektrik üretmek için yapılan su yapılarına su kuvvetleri sistemleri denir. Suyun bulunduğu konum ve sahip olduğu hızı dolayısı ile kuvveti sistemleri bu enerjileri elektrik enerjisine çevirir. Suyun potansiyel enerjisi suyun elektrik üretecek tesise göre suyun yükseltisi (düşü) ile ifade edilir ve bunun doğal olarak bulunmadığı yerlerde ya yükseltme ya alçaltma şeklinde suni olarak oluşturulması gerekir. İkincisi teknik olarak mümkün değildir. Dolayısı ile su genellikle bir yapı ile yükseltilir ve sahip olduğu potansiyel enerjisi ile kinetik enerjisi ile belli bir ∆t süresince üreteceği enerji kwh cinsinden şu formül ile ifade edilir: E=8.Q.H.∆t Bu ifadede Q: enerji üretmek için kullanılan suyun debisi (m3/sn), H ise Q debisinin düşürüldüğü düşüyü (m) ifade etmektedir. Bu formüle göre üretilen güç ise kw olarak; N =8.Q.H olacaktır. Gerek düşünün oluşumu, gerek kullanılan debi açısından 5 türlü hidroelektrik santral türü vardır. Bu santraller şunlardır: • Nehir içi santralleri • Baraj etek santralleri • Çevirme santralleri • Pompaj - biriktirmeli santral • Gel - git santralleri Yukarıdaki santral türlerinden sonuncusu dışında hepsi akarsu santralı sonuncusu ise deniz santralıdır. Fakat sistemin çalışma prensibi ve uygulama şekli aynı olduğundan hidroelektrik santral kategorisinde değerlendirilmişlerdir. 4.1 Nehir içi santralleri Akarsuların alt kısımlarında debinin yüksek olduğu yerlerde uygulanır. Burada düşü basit bir bağlama ile oluşturulur ve nispeten düşüktür. Kullanılan debi akarsudaki mevcut debidir. Bir nehir içi santralinin şematik plan ve kesitleri aşağıdadır

Page 23: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

23

Dolu savak

Santral Gemi geçidi

Dolu savak

Santral Gemi geçidi

a-a kesiti

a a

b

b

c

c

d

d

b-b kesiti c-c kesiti d-d kesiti Şekilden görüleceği üzere akarsuyun bu kesimleri gemi trafiğine de hizmet edebileceğinden gemi geçitleri ile tertip edilir. 4.2 Baraj etek santralleri Düşü yapılan bir baraj ile oluşturulur. Kullanılan debi barajda biriktirilen debidir. Sistemin şematik boykesiti aşağıdadır.

şalt sahası

enterkonnekte şebekeye

jeneratör =56000v

cebri boru

santral

Baraj

Baraj etek santrallerinde kullanılan debi ve düşü nispeten orta seviyelerdedir. Akarsu Baraj (yükseltme, depolama)

Page 24: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

24

Bir baraj etek santralında santral çıkışına kadar mevcut olan tesisler barajın dolgu baraj olması durumunda su alma ağzıbasınçlı tüneldenge bacasıcebri borusantral şeklinde olmakta ve aşağıdaki plan ve boy kesitte gösterilmektedir. Baraj beton bir baraj ise su alma ağzı cebri boru santral şeklinde daha sade bir düzenleme mevcuttur.

Akarsucebri boru

denge bacası

sulama ağzı

Dolgu baraj

aşırı basınç halinde bu seviyeye çıkar

santral çalışmazken aynı seviyedesantral çalışırken(akım varken)

santralcebri boru

tünel

baraj

Denge bacasının iki temel fonksiyonu vardır: Birincisi, santral aniden çalıştırılmaya başlandığı zaman cebri boru içinde boşluk (vakum) oluşmaması için gereken acil suyu sağlayarak cebri boruyu korumaktır. İkincisi ise, santralın aniden kapatılması durumunda oluşacak aşırı basınçların sönümlenerek tünelin koruması sağlanır. 4.3 Çevirme santralleri Düşünün topografyada doğal olarak mevcut olduğu akarsuların nispeten düşük debili yukarı kısımlarında uygulanır. Düşüler genellikle oldukça yüksektir. Sistemin şematik plan ve kesiti aşağıdadır.

Page 25: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

25

Bağlama çıkartma havuzu

kanal

yükleme havuzu

cebri boru

Santral

çökeltme havuzu

açık kanalyüklama havuzu

cebri borusantral

Bağlama

Yukarıdaki şekilden de görülebileceği üzere bir çevrime santralında akarsudan santral çıkışına kadar suyun izlediği yolda şu yapılar bulunur: Akarsu bağlama kanal tünel (serbest yüzeyli) yükleme odası cebri boru santral Akarsudan çevrilen debi içerdiği katı maddelerden arıtılmak için çökeltinin havuzuna alınır. Arıtılmış su cebri boruya bir yükleme havuzu aracılığı ile alınır. Yükleme havuzları bazen bir miktar büyük yapılarak günlük düzenleme yapılır. Böylece daha fazla güç elde edilmesi mümkün olur. Su santralden sonra vadiye veya tekrar akarsuya gider. Böyle bir santral uygulanabilmesi için nispeten yüksek debilerin düştüğü topografyanın varlığı ve çok yüksek miktarlarda olmasa da güvenilir bir debinin varlığı gerekir. 4.4 Pompaj - biriktirmeli santraller Bu santrallerde, akarsudan pompajla pompalanan su belirli bir yükseltiye inşa edilen havuzu doldurmakta ve bu su cebri boru ile santrale iletilip enerji üretilmektedir. Bir pompaj biriktirmeli santralin şematik planı aşağıdaki gibidir.

pompaj

santralcebri boru

havuz

Ep,, Pompaj kullanılan enerji ve Es, Üretilen enerji olarak ifade edilirse, sistemin hidroliği Es < Ep, olmasını gerektirecektir. Çünkü pompajda su yük kayıplarını da karşılayacak yüksekliğe basılması gerekirken, santral çalışırken yük kayıpları çıktıktan sonra kalan yükselti (net düşü) enerji üretmede kullanılacaktır. Hâlbuki sistem ekonomisi, Ms üretilen enerji, Mp pompaj enerji

Page 26: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

26

bedeli ise, Ms > Mp olmasını gerektirmektedir. Enerji bedelleri birim enerji bedellerine göre ifade edilirse: Ms= Es.ms Mp= Ep.mp

Es < Ep olduğuna göre, Ms > Mp olması için ms >> mp olması gerekir. Bunun anlamı ucuza alınan enerjiyi pahalıya satmak demektir. Başka bir deyişle enerjiye talep düşük (dolayısı ile ucuz) iken pompaj; enerjiye talep fazla iken santrali çalıştırmak gerekir. 4.5 Gel-git santralleri Özellikle okyanuslarda suyun günlük alçalıp kabarmasından enerji üretilmesi fikrine dayanır. Böylece çok yüksek miktarlı debiler oldukça alçak düşülerden de düşürülse yüksek miktarda enerji üretmek mümkün olacaktır.Dünyada çok sınırlı uygulama vardır.Şematik şekli aşağıdadır.

okyanus

sanrtal

1

1

2

2

4.6 Hidroelektrik Enerji Sistemleri Tasarımı Bir enerji santralinin ürettiği güç N = 8QHn dir. Buna göre belli bir ∆t süresince üretilecek enerji E = N∆t olacaktır. Bu formülden hareketle E kadar enerji üretebilmek için Q kadar debi Hn

yüksekliğinden düşürülerek santralden geçirilmesi gerekmektedir. Burada H, santral öncesi ve sonrası su kotları arasındaki geometrik farktan kayıpların çıkarılması ile bulunan net düşüyü ifade etmektedir. Bütün santraller üretebilecekleri maksimum gücü ifade eden bir kurulu güce göre kurulur ve Hn değişmeyeceğinden Na = 8QmaxHn formülü ile hesaplanır. Fakat santraller çoğu zaman bu güçte çalıştırılamaz daha az debiyle daha az güç üretirler. Akarsudaki ortalama debi Q0 olmak üzere santralın sürekli üreteceği güç N0 = 8Q0Hn olacaktır. Buradan hareketle her santral yük faktörü olarak adlandırılan bir orana göre kurulur. Bu değer

Page 27: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

27

aaaf t

tQQ

NN

Y 000 ≅≅=

Şeklinde hesaplanır. Bu formülden görüleceği üzere γ0, Na gücünün üretebileceği süreyi ifade etmektedir. Bütün bu tanımlamalar 24 saatlik bir güç üretimi/kullanım değişimini ifade eden yük eğrisi ve bu eğrideki saatlik güçlerin büyükten küçüğe sıralanması ile elde edilen yük – sürek eğrisinden izlenebilir.

Santrallerin maksimum kapasite yada daha az güçte çalıştırılabilmeleri için bu gücü sağlayacak şekilde kullanılacak olan debinin ayarlanması gerekir. Bu da biriktirme ile sağlanır. Bu açıdan baraj santralleri oldukça esnektir. Çevirme santrallerinde ise biriktirme olanağı olmadığından bu esneklik yoktur. Fakat bazen gün içindeki aşırı talepleri karşılayabilmek için yükleme havuzu hacmin bir miktar arttırılarak sınırlı bir esneklik sağlanır. Yapılacak olan havuzun hacmi günlük

aşırı talep tahmini ΔE ise 3600nH

EVγ∆

= formülü ile hesaplanır. Bu formül ΔE enerjisinin

havuzda biriken sudan sağlanan debiden üretilebileceğini ifade eder. Havuz hacmini hesaplamak için ;

3600)(0 oa ttQV −= ya da

3600)( 0tQQV oa −= formülleri de kullanılır. Sanayinin ya da kentlerin güç tüketimleri zaman içinde değişken olduğundan santrallerin üretim düzeni de bu değişkenliğe uydurulmaya çalışılır. Bu amaçla santral işletmesi genellikle biriktirmesiz çevirme santralleri, işletmeye alınıp çekilmesi zor olan termik santraller ve üst kısımdaki değişkenliği karşılaması kolay olan biriktirmeli baraj santralleri olacak şekilde sıralanır. Çeşitli santrallerin işletme prensibi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Page 28: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

28

Sayısal Örnek 1 Çevirme kapasitesi (Qo) 6,8 m3/sn ve faydalı düşüsü 172 metre olan 23 mW kurulu güçlü bir santral bu gücü gün içinde kaç saat süre ile verebileceğini ve bunu sağlamak için yapılması gereken yükleme havuzu hacmini bulunuz.

saatN

t 8,923

243,923

2400 =

×==

Sonuç olarak santral 23 mW (Na) gücüyle 9,8 saat çalışabilecektir ya da 24 saat boyunca çalışacak olursa 9.3 mW (N0) kadar güç üretir. Santral 9,8 saat çalışacak olursa günün geri kalanında biriktirme yapar. Bu sürede biriktirilecek debi;

HQN aa 8=

37,161728

23000 mQa =×

= /sn bulunur.

Gerekli havuz hacmi ise; 3600)8,924( 0 ××−= QV

36008,62,14 ××=V yada 3600)8.67.16(8.9 ×−=V ifadelerinden yaklaşık olarak 350.000 m3 olarak bulunur. Sayısal Örnek 2 31 m3/sn lik çevrilen debi bir ana kanal üzerinde net 78 metrelik bir düşü yaparak sulama alanına ulaşmaktadır. Bu düşünün değerlendirilmesi için bir santral yapılması planlanmaktadır. Bu santral civardaki bir endüstri merkezinin gün içindeki yaklaşık 5 saatlik bir aşırı talebini karşılamak üzere tasarlanacaktır. Buna göre santralın kurulu gücü ve yük faktörü ne olmalıdır? Santralın bu 5 saatlik sürede kurulu gücü verebilmesi için yapılması gereken yükleme havuzunun hacmi ne olmalıdır? Santral 5 aylık sulama döneminde işletileceğine göre, işletme döneminde üreteceği toplam enerjiyi bulunuz?

mWkWQHNtoN

tNtN aa

3,993001728,6882324

0

0

00

==××==⋅=

=

Page 29: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

29

No= 8*31*78= 19344 KW to= 5 saat ise Yf= to/24= 5/24 = 0.208 Na= No/Yf=19344/0.208= 93000 KW Qa= 93000/8*78= 149 m3 V= (24-5) *31 *3600 = 2120000 m3 V= (149-31)* 5 *3600 = 2120000 E= 93000 *5* 30 *5 = 69750000 KWH = 70 GWH E= 19344 * 24*30*5 =69638000 KWH = 70 GWH Sayısal Örnek 3 Faydalı düşüsü 150 m olan bir çevirme santralinin 1,8 m çapındaki cebri borusunun kaynaklı ve St37 çelikten yapılması halinde, santral girişine yakın kesiminde gerekli levha kalınlığını hesaplayınız. (Spas=0,15 cm, 𝛽𝛽=0,85 , 𝜎𝜎=1200 kg/cm2) . Çözüm Aşırı basınç etkilerini hesaba katmak için basınç %25 arttırılmıştır 𝐻𝐻′ = 1,25 ∗ 150 = 187,5 𝑚𝑚 Levha et kalınlığı 𝑆𝑆 = 0,05 𝐻𝐻′𝑅𝑅

𝜎𝜎 𝛽𝛽+ 𝑆𝑆𝑝𝑝𝐻𝐻𝑠𝑠 denklemi ile hesaplanır.

Burada ; 𝑅𝑅 : Boru çapı 𝜎𝜎 : Çelik emniyet gerilmesi 𝛽𝛽 : Kaynak katsayısı 𝑆𝑆 = 0,05 (187,5)(180)

(1200)(0,85)+ 0,15 = 1,8 𝑐𝑐𝑚𝑚 = 18 𝑚𝑚𝑚𝑚

Sayısal Örnek 4 Bir santralin debisi 8,5 m3/sn, aşırı basınç dahil su yükü 111 m, tek cebri borusunun uzunluğu 1500 m` dir. Yukarıda özellikleri belirtilen santralin cebri boru ekonomik çapı tayin edilecektir. Cebri boruda maksimum hız 6 m/sn, cebri boru fiyatı 25 TL/kg, amortisman ve bakım oranları toplamı %10, santralin çıkışında enerji satış fiyatı 0,15 TL/KWh ve St37 çeliğinin birim hacim ağırlığı 7,8 t/m3 ` dür. (𝛽𝛽=0,85 , 𝜎𝜎=1200 kg/cm2,f=0,02,Spas =2 mm) Çözüm Ekonomik olan cebri boru çapı, cebri boru maliyet fonksiyonunu minimum yapan boru çapıdır. Cebri boru maliyet fonksiyonu, borunun yapımında kullanılan malzeme fiyatı ile bulunan maliyet fonksiyonu ile suyun boru içinden geçerken kaybettiği enerjinin maliyetinin fonksiyonun toplamıdır. Burada bu fonksiyonlar boru çapına bağlı olarak yazılarak maliyet fonksiyonunu minimum yapan boru çapı bulunacaktır.

- Maksimum hız 6 m/sn için bulunan boru çapı analizde kullanılabilecek en küçük çapı vermektedir.

𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 = 𝑄𝑄𝑉𝑉𝑚𝑚𝐻𝐻𝑘𝑘𝑠𝑠

= 8,56

= 1,42 𝑚𝑚2

𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑠𝑠 = �4 𝑉𝑉𝜋𝜋

= 1,34 𝑚𝑚 ≅ 135 𝑚𝑚𝑚𝑚

Page 30: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

30

- Et kalınlığı, boru çapı (D) ye bağlı bir fonksiyon olarak yazılırsa;

𝑆𝑆 = 0,05𝐻𝐻′𝑅𝑅𝜎𝜎 𝛽𝛽

+ 𝑆𝑆𝑝𝑝𝐻𝐻𝑠𝑠 =(0,05)(111)

(1200)(0,85)𝐷𝐷 + 𝑆𝑆𝑝𝑝𝐻𝐻𝑠𝑠 = 0,0054 𝐷𝐷 + 𝑆𝑆𝑝𝑝𝐻𝐻𝑠𝑠

yukarıdaki gibi et kalınlığının çapla değiştiği bir fonksiyon elde edilir. - Borunun ağırlığı, boru çapı (D) ye bağlı bir fonksiyon olarak yazılırsa;

𝐺𝐺 = 𝜋𝜋 𝐷𝐷 𝑆𝑆 𝐿𝐿 𝛾𝛾 = 36,7 𝐷𝐷 𝑆𝑆 ton (D(m), S(mm)) - Cebri borunun kullanılan malzeme nedeniyle oluşan maliyet fonksiyonu

𝑀𝑀𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝐺𝐺 𝑓𝑓 𝑚𝑚 = 2,5 ∗ 103 𝐺𝐺 TL/y elde edilir. Burada dikkat edilecek nokta maliyet 0,1 değeri ile çarpılarak üniform değer olarak ifade edilmiştir. Bu fonksiyon boru çapına (D) bağlı bir maliyet fonksiyonudur.

- Enerji kayıplarından dolayı oluşan kayıp enerji maliyet fonksiyonu boru çapı (D) ye bağlı olarak hesaplamak için;

Önce kayıp enerji miktarı bulunur. Δ𝐶𝐶 ≅ 8𝑄𝑄𝐻𝐻𝑘𝑘𝐻𝐻𝑦𝑦 ı𝑝𝑝 = 8 ∗ 8,5 ∗ 1500 ∗ 8760 ∗ 𝐽𝐽 = 8,94 ∗ 108 𝐽𝐽 (𝐾𝐾𝐾𝐾ℎ

𝑦𝑦)

Burada 𝐽𝐽 = 𝑓𝑓𝐷𝐷𝑉𝑉2

2𝑔𝑔 olan birim boydaki enerji kaybını ifade etmektedir.

Sonra kayıp enerjinin maliyet fonksiyonu yazılır. 𝑀𝑀Δ𝐶𝐶 = Δ𝐶𝐶 𝑓𝑓𝑠𝑠 = 134 ∗ 106 TL/y - Toplam maliyet fonksiyonu elde etmek için elde edile iki maliyet fonksiyonu toplanır.

Bütün fonksiyonları yerlerine yazıp D’ ye bağlı olarak açık şekilde yazarsak Kayıp enerji maliyeti;

𝐽𝐽 = 𝑓𝑓𝐷𝐷

𝑄𝑄2

�𝜋𝜋𝐷𝐷2

4 �2𝑔𝑔= 0,12

𝐷𝐷5

𝑀𝑀Δ𝐶𝐶 = 16𝐷𝐷5 ∗ 106 TL/y

Cebri boru maliyeti; 𝑆𝑆 = 5,4 𝐷𝐷 + 2 mm 𝐺𝐺 = 36,7 𝐷𝐷 𝑆𝑆 = (36,7 𝐷𝐷 )(5,4 𝐷𝐷 + 2 ) = 198,2 𝐷𝐷2 + 73,4 𝐷𝐷 ton 𝑀𝑀𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝐺𝐺 𝑓𝑓 𝑚𝑚 = 2,5 ∗ 103 𝐺𝐺 = 2,5 ∗ 103 (198,2 𝐷𝐷2 + 73,4 𝐷𝐷) = (0,496 𝐷𝐷2 + 0,184 𝐷𝐷) ∗106 TL/y 𝑀𝑀𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑀𝑀Δ𝐶𝐶+𝑀𝑀𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑀𝑀𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝 = 16

𝐷𝐷5 + 0,496 𝐷𝐷2 + 0,184 𝐷𝐷 Ekonomik boru çapı Mtop fonksiyonunun türevi alınıp 0’ a eşitlenmesiyle bulunur. 𝑀𝑀′

𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝 = 80𝐷𝐷6 + 0,992 𝐷𝐷 + 0,184 = 0

Bu denklem çözülürse Dekonomik=1,85 m bulunur.

Page 31: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

31

0

1

2

3

4

5

6

135 140 150 160 170 180 190 200 220

10^6

TL/

Yıl

D (mm)

Cebri Boru Maliyeti

Kayıp Enerji Maliyeti

Toplam Maliyet

Polinom. (Toplam Maliyet)

Page 32: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

32

5. AKARSU ULAŞIMI YAPILARI Bir akarsudan ulaşım amaçlı yararlanabilmek için akarsu belirli bir genişlik ve belirli bir derinliğe sahip olması gerekir. Ayrıca akarsu hızının da makul sınırlarda (az) olması gerekir. Bu amaçla akarsu en kesitinde ve boy kesitinde (eğim) düzenlemeler yapmak gerekebilir. Fakat unutulmamalıdır ki bu düzenlemeler ancak akarsuyun sınırlı kesimlerinde sınırlı şekilde yapılabilir. Aksi halde bir akarsu ulaşıma müsait değilse onu müsait hale getirmek mümkün değildir. Bu nedenle ülkemizde bu konudaki örnekler yok denecek kadar azdır. En kesitin genişletilmesi genellikle yatak kenarlarında akarsu boyunca yapılacak kazılar ile mümkünken enkesit daraltılması hem pahalı hem de teknik olarak uygulaması zor olabilmektedir. Bu nedenle doğal olarak daraltmayı sağlayacak uygulamalar yapılır. Böyle bir uygulamanın şematik şekli aşağıda gösterilmiştir.

katı madde

taş dolgu (mahmuz)

zamanla akarsuyun getirdiği katı maddeyle dolar

Akarsu hızını azaltmak için yatağı genişletmek bir önlem olabilir. Bu durumda akarsu derinliğinin gerekenden daha aşağılara düşürülmemesine dikkat edilmelidir. Eğimin azaltılması teorik olarak hızı azaltılabilirse de teknik olarak bir akarsuyun eğiminin azaltılması oldukça zor bir uygulamadır. Akarsuyun iki noktası arasında yatak dolgusu mümkün olmadığına göre, tek seçenek akarsu boyunun uzatılmasıdır. Bu sınırlı uygulaması olmasına karşın teknik olarak mümkün bir yöntemdir. Nehir içi hidroelektrik santraller anlatılırken bahsedilen gemi geçitleri de akarsu ulaşımı kategorisinde değerlendirilmesi gereken yapılardır. Esasen bir nehir içi santralin sınırlı kabartması, santral membasında akarsu su yüzeyi eğimini belirli ölçüde azaltarak hızın azalmasına katkıda bulunacaktır.

Page 33: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

33

6. TAŞKIN KONTROL SİSTEMLERİ Önceki bölümde anlatıldığı üzere insanlık için yaşamsal önemi olan su bazen korunulacak bir varlık olabilmektedir. Su ya miktarı fazla olduğu ya da kalitesi düşük olduğu zaman zararlı olmaktadır. Bu durumlarda fazla suyun uzaklaştırılması ve kirli suyun arıtılıp uzaklaştırılması gerekmektedir. Fazla suyun kontrolü ve uzaklaştırılması taşkın kontrol sistemleri kirli sulardan korunma ise arıtma ve kanalizasyon sistemleri ile sağlanmaktadır. Bir akarsuda oluşan taşkın akımının zararsız bir şekilde uzaklaştırılması için ya akarsuyun taşıma kapasitesini arttırmak ya da suyun geciktirilerek akarsuyun taşıyabileceği miktarlarda akarsuya vermek gerekmektedir. 6.1 Akarsuyun taşıma kapasitesinin arttırılması Bilindiği gibi bir akarsudaki akım süreklilik denklemi gereği Q=V.A olmaktadır. Burada hız;

2/13/2 ..1 JRn

V = (Manning-Strickler)

şeklindeki Manning-Strickler denklemi ile ifade edilmekte ve denklemdeki parametreler n, R ve J sırası ile pürüzlülük katsayısı, hidrolik yarıçap ve akarsu eğimi olmaktadır. Bu bağıntıya göre Q ‘nin artırılması için ya V ‘nın ya da A ‘nın arttırılması gerekir. A ‘nın arttırılması kesitin artırılması demek olup yöntemler aşağıda açıklanmıştır. V ‘nın artırılması için ise ya n ‘nin azaltılması ya J‘nin artırılması ya da R ‘nin arttırılması gerekmektedir. n ve V artırımı akarsu yatağı çalışmaları olup aşağıda değinilmiştir. R ‘ nin artırılması A artırılırken U ‘nun azaltılması demek olup aslında özel bir kesit ifade eder. Akarsu kesitini artırmak için ya akarsu yatağının bir dizi kazı ile genişletilmesi ya da akarsu kenarına seddeler yapılması ile mümkündür.

Page 34: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

34

Seddeleme yapılırken zaman zaman akarsu kıvrımlarını takip etmek yerine daha direk bir hat tercih edilebilir. Bu durumda toplam sedde boyundan tasarruf edilirken akarsuya terkedilen araziler kullanılamaz hale gelmektedir. Seddeler genellikle sıkıştırılmış toprak dolgularıdır.

Akarsu hızını artırmak için etkili bir önlem akarsu eğiminin artırılmasıdır.

LHJ = ifadesi gereği

eğimi artırmak için ya H ‘nin artırılması yada L ‘nin azaltılması gerekmektedir. Birincisi çok kısa L ‘ler için mümkün olup ikincisi sabit bir L için akarsu yatağının L1 < L2 olacak şekilde kısaltılmasıdır. Akarsu eğiminin artırılması nehir yatağında kısmi kazı yapılması ya da akarsu boyunun kısaltılması ile mümkündür. İlk yöntem nispeten daha kısa akarsu kısımlarında mümkünken yatağın suni kanallar ile kısaltılması daha uzun akarsu kısımlarını kapsayabilmektedir.

Page 35: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

35

6.2 Taşkın akımının geciktirilmesi Taşkın akımının geciktirilerek zirve değerinin düşürülerek mevcut taşkın uzaklaştırma sisteminin kapasitesinin yeterli olmasının sağlanması amaçlanır. Geciktirme işlemi kısa süreli fakat büyük miktardaki taşkın debisinin daha uzun bir süreye yayılmasından ibarettir. Taşkın geciktirme genellikle geçici olmakla beraber bazen süreklide olabilmektedir. Geçici taşkın geciktirme yapıları sel kapanları olarak adlandırılır ve akarsu yatağı üzerinde veya yanında, akarsu kapasitesinden fazla debinin kendisine alınıp bir süre depolandığı taşkın akımı geçtikten sonra kapanın savaklarının açılarak depolanan suyun akarsuya verilmesi esasına göre çalışan bir yapıdır. Çalışma prensibi aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

1) Q =>Qmax olursa sel kapanınca Q – Qmax debisi depolanır. 2) Taşkın akımı azaldığında Q < Qmax olunca sel kapanından su nehre bırakılır. Sel kapanları nispeten sınırlı bir uygulama alanına sahipken genelde barajlarla düzenlenmiş bir akarsuda bu işleri barajlar yapar. Barajlarda taşkın kontrolü iki türlü gerçekleşir. Ya ilave taşkın hacmi ayrılarak sürekli depolama yapılması ya da baraj haznesinin geçici depolaması ile taşkın akımının kendiliğinden ötelenmesi ve zirve değerinin düşürülmesi şeklinde taşkın kontrol işlevi yapılır. Birinci durum taşkın akımının önemli olduğu yerlerde baraj maksimum işletme kotu üzerinde bir hacmin taşkın için ayrılması şeklinde sağlanır. Bu ya barajı gereğinden daha büyük yaparak ya da baraj işletme politikaları ile taşkın döneminde baraj boş hacim bırakılarak gerçekleştirilir. Baraj gölüne gelen taşkın akımının haznede geciktirilmesi ise otomatik bir süreçtir ve aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Büyük bir su kütlesinin bulunduğu gölden suyun atılması için suyun dolu

Page 36: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

36

savak kret kotu üzerinde bir irtifa kazanması gerekir. Buda göl yüzey alanı düşünülürse zaman alan bir süreçtir. Sonuç olarak baraj hazneleri taşkın akımını savaklarken taşkını geçici olarak depolayarak taşkın akımını daha uzun sürede daha uzun zamana yayarak daha küçük debiler halinde akarsuya bırakır.

Q max.2 < Q max.1

Q max.2Q max.1

normal şartlar altında max. su seviyesi

t

Q akarsu

Q

t

çıkan akım Qç taşkın hidrografı Qg

taşkın hacmi

Sadece akarsularda değil bazen kentsel yağmur suyu drenaj sistemlerinde de şehir içinde taşkın akımlarının geciktirilmesi uygulamaları yapılabilmektedir. Taşkının geciktirilerek zirve değerinin düşürülmesi prensibi kentsel yağmur suyu şebekesi içinde uygun noktalarda geçici depolama hazneleri yapılmak suretiyle kentsel drenajın maliyetinin düşürülmesi ve yapılacak bir hazne ile zaman zaman kirlilik kontrolüne yarar. Şekilde 1 2 ve 3. kollardan gelen debileri taşıyacak 4. kolun kapasitesi ( Q1 + Q2 + Q3 ) ‘ den daha az bir debiye göre inşa edilebilir.

Q=Q1+Q2+Q3Q4=Q1+Q2+Q3

2)1)

Q2

Q1

Q3

Q4

Q3

Q2

Q1

Kentsel su geciktirme prensibinin daha sınırlı ve daha yeni bir başka uygulanması ise şehir içinde geniş alanların ( park alanları vs.) alt tarafına yağmur suyunun hareket edebileceği borulu şebekeler yaparak suyun bir süre orada depolanmasını sağlamaktır.

Page 37: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

37

6.3 Vahşi dere yatağı düzenlemeleri Taşkın akımının miktarını kontrol etmenin yanında bazen hızını kontrol etmekte gerekebilir. Özellikle vahşi derelerde kontrolsüz yüksek hızlar akarsu yatağı ve civarında ciddi hasarlara yol açabilmektedir. Yüksek eğimden dolayı yüksek hızlı akan akarsu yatakları sürüklenme ve oyulma tehlikesine maruzdur. Böyle yatakların düzenlenmesi için akarsu eğiminin azaltılması gerekir. Akarsu eğimini azaltmak akarsu yatağına beton harçlı duvarla şeklinde şekiller yapılarak mümkündür. Daha düşük eğimli kısımlarda akarsuda su seviyesi yükselecektir.

6.4 Taşkın kontrol sistemleri tasarımı Yukarıda sözü edilen taşkın kontrol önlemlerinden barajlar ve sel kapanları gibi biriktirmeli sistemler ilerde bağımsız olarak ele alınacağından burada daha fazla detaya girilmeyecektir. Akarsu yatağı ile ilgili önlemler tasarlanırken proje tasarım debisinin belirlenmesi anahtar bir role sahiptir. Can kaybı riskinin olmadığı akarsularda bu debi ekonomik esaslara göre belirlenmelidir. Ekonomik debi belirlenirken bölgede çeşitli taşkın riskleri için beklenen debiler

Page 38: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

38

hesaplanır. İlgili akarsuda geçmiş gözlemler mevcut ise bu gözlemlerin yıllık maximum debi değerlerinden hareketle T tekerrürlü yada 1/T riskli taşkın debisi tahmin edilebilir. Böylece tahmin edilecek debiler taşkın kontrol debilerinin hesabında kullanıldığı gibi ilerde bahsedilecek olan dolu savak kapasitesi hesabında da kullanılabilir. Yıllık maksimum debilerin Gumbel olasılık davranımına uyduğu kabul edilir. Eldeki veri dizisinden dağılımın parametreleri hesaplandıktan sonra istenilen tekerrür süreli (geri dönme periyodu) taşkın debisi bulunur. Örnek olarak bağlama dolu savaklar için 100 yıllık debi esas alınır.

TeP

ye 11 =−=−− T=tekerrür süresi

P= asılma olasılığı

SSxxy

⋅+−

=78,0

45,0 x = T süreli debi

x = yıllık max.debilerin ortalama S= standart sapma Sayısal Örnek Aşağıda verilen 12 yıllık max. Debilerden hareketle T=10 ve 100 yıl için beklenen taşkın debilerini ve %20 ve %80 olasılıkla oluşması beklenen taşkınların tekrarlanma sürelerini bulunuz. YIL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 DEBİ 118 115 30 35 45 52 768 445 200 100 50 195

smN

xx /183

)12(3== ∑

S=218 (hesap makinesinden) Y=-ln[-ln(1-1/T)] T=10 yıl için y = 2,25 T= 100 yıl için y = 4,6 Taşkın Kontrol Debisinin Ekonomik Kriterlere Göre Belirlenmesi Bu kısımda konu Küçükmenderes Nehrinin yan kollarından olan Karacaali Çayının taşkın risk analizinin yapılarak taşkın risk haritaları oluşturulması ve trapez kesitli toprak kanal taşkın koruma yöntemine göre kanal taşkın kontrol debisinin optimum frekansı belirlenmesi örneği üzerinden ele alınmıştır. Taşkın altında kalacak alanların belirlenmesi: Karacaali Çayı üzerinde yapılan taşkın debisi hesaplamalarında yeterli miktarda yağış ve akış ölçüm bilgileri mevcut olmadığı için taşkın debileri sentetik yöntemlerden olan Mockus Yöntemine göre hesaplanmıştır. Karacaali Çayının Mockus Yöntemine göre bulunan 10, 50, 100, 500 ve 1000 yıllık Taşkın Debileri aşağıdaki şekilde elde edilmiştir.

10 50 100 500 1000

39.62 54.5 60.7

Tekerrür Periyodu (T, Yıl)

TAŞKIN DEBİLERİ (m³/s) 18.12 32.71

Page 39: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

39

Yukarıda bulunan debiler akarsu üzerinde aşağıdaki şekilde alındığı gibi çeşitli kesitler alınarak akarsu üzerinde akıtılır.

Alınan kesitlerde oluşan su seviyeleri birleştirilirse her debinin arazi üzerinde kapladığı taşkın alanları aşağıdaki gibi elde edilir.

Taşkın risk haritaları oluşturulan 5 farklı senaryoya göre, taşkın suları altında kalacak arazilerin büyüklükleri ilgili yazılımlar aracılığı ile aşağıdaki gibi bulunmuştur.

Yineleme Dönemi (Tr, Yıl) 10 50 100 500 1000

Su Altında Kalan Alan (ha) 149,87 163,17 168,17 177,06 179,87

Taşkın Zaraının Hesaplanması: Bölgenin özelliklerine göre taşkından etkilenecek zarar kalemi olarak yalnızca tarımsal zarar değerlendirilmiştir. Devlet Su İşlerinin verilerinden hareketle Taşkın Öncesi Üretim Değeri dekar başına 578,02 TL iken taşkın Sonrası 401,86 TL ye düşeceği tahmin edilmiştir. Buna göre dekar başına taşkın zararı 176,16 TL olarak alınmıştır. Bu değer aynı zamanda taşkın kontrolü faydasına denk gelmektedir. Bu değer kullanılarak çeşitli taşkın senaryolarına göre su altında kalacak alanların taşkın zararı aşağıdaki şekilde hesaplanmıştır.

Page 40: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

40

Yineleme Dönemi (Tr, Yıl)

Su Altında Kalan Alan (da)

Bir Dekarda Meydana Gelen

Taşkın Zararı (TL/da)

Toplam Taşkın Zararı (TL)

10 1498,7 176,16 264.010,99

50 1631,7 176,16 287.440,27

100 1681,7 176,16 296.248,27

500 1770,6 176,16 311.908,90

1000 1798,7 176,16 316.858,99

Taşkın Kontrolünün Maliyetinin Hesaplanması: Taşkın kontrolü çalışmalarının maliyeti de proje taşkın frekansına bağlıdır. Maliyetin proje taşkın frekansı ile değişimini belirlemek için yapılan çalışmalarda birden fazla önlemin beraber kullanılması halinde bunların en iyi (en ucuz maliyetli) kombinezonunu belirlemek gerekir. Bu çalışmada taşkın koruma yöntemlerinden biri olarak Karacaali Çayında trapez kesitli toprak kanal çalışılmasına karar verilmiş olup, maliyet analizi yapılacak olan kanal detayı aşağıda verilmiştir. Taşkın su seviyesi her bir taşkın frekansı için ayrı ayrı belirlenmiş ve seddede 0.50 m.lik hava payı alınmıştır. Bu seviyeler açık kanallarda üniform akımın hesaplanmasında kullanılan Manning formülü ile bulunmuştur. Manning formülü kullanılarak hesaplanan su seviyeleri aşağıda belirtilmiştir.

T Q b (m)

h (m) 1/m J n P

(m) H

(m)

10 18.120 5.00 1.00 2.00 0.00500 0.022 0.50 1.50

50 32.710 5.00 1.40 2.00 0.00500 0.022 0.50 1.90

100 39.620 5.00 1.55 2.00 0.00500 0.022 0.50 2.05

500 54.500 5.00 1.80 2.00 0.00500 0.022 0.50 2.30

Page 41: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

41

1000 60.700 5.00 1.90 2.00 0.00500 0.022 0.50 2.50

Yukarıda verilmiş kanal kesiti için çeşitli taşkın senaryolarına göre hesaplanan ve yine yukarıda verilen ıslah kesitleri için hesaplanan kanal maliyetleri aşağıda verilmiştir. Karacaali Çayında ıslah maliyet tahmini sırasında çizim üzerinden metraj çalışmaları yapılarak ilgili imalatlar için DSİ’nin 2012 yılı için önermiş olduğu ilgili birim fiyatlar kullanılmıştır.

Yineleme Dönemi (Tr, Yıl)

Taşkın Koruma Yapısının Maliyeti (103 TL)

10 121,94 50 160,25

100 175,00 500 204,31

1000 225,59 Her bir debi dönüş aralığı için taşkın kontrol yönteminin maliyeti hesaplandıktan sonra optimum proje taşkın dönüş aralığının hesaplanması için yıllık tesis maliyetlerinin hesaplanması gerekmektedir. Bunun için dikkate alınan 0.094 amortisman oranı ile yıllık tesis maliyetleri aşağıdaki şekilde bulunmuştur.

Yineleme Dönemi (Tr, Yıl)

Taşkın Koruma Yapısının Maliyeti (103 TL)

Yıllık Tesis Maliyeti (103 TL)

10 121,94 11,43 50 160,25 15,02

100 175,00 16,41 500 204,31 19,16

1000 225,59 21,15 Optimum taşkın kontrol debisinin belirlenmesi: Proje taşkın frekansı küçüldükçe (yani taşkın kontrolü daha seyrek görülen daha büyük taşkınları önleyecek şekilde yapılınca) proje çalışmalarından sonra oluşabilecek yıllık ortalama taşkın zararı azalır, buna karşılık projenin maliyeti artar. Bu iki büyüklüğün toplamının minimum değerine karşılık gelen frekans, proje taşkın frekansının optimum değeridir. Bu hesaplamalar aşağıdaki tabloda özetlenmiştir. Tablonun 5. Sütununda daha önce toplam olarak hesaplanmış olan taşkın zararlarının yıllık karşılıkları bulunmuştur.

Page 42: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

42

Dönüş Aralığı T (Yıl)

Yıllık Aşılma

Olasılığı F(Q)

Taşkın Zararı D (103 TL)

∆E(D) (103 TL)

T Yıllık Proje

Taşkını İçin Yıllık Ort. Zarar

(103 TL)

T Yıllık Proje

Taşkını İçin Yıllık Maliyet (103 TL)

T Yıllık Proje

Taşkını İçin

Toplam Yıllık

Maliyet (103 TL)

36,05 10 0,1 264,011 26,4 9,65 11,43 21,08 50 0,02 287,44 5,75 3,9 15,02 18,92

100 0,01 296,248 2,96 0,94 16,41 17,35 (*) 500 0,002 311,909 0,62 0,32 19,16 19,48

1000 0,001 316,859 0,32 0 21,15 21,15 ∑ 36,05

Yukarıdaki tablonun son üç sütunundaki değerler grafik olarak aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Hem tablodan hem de grafikten optimum proje taşkın debisinin 17.35.000 TL minimum toplam maliyetle 100 yıllık debi olan 39.62 m3/sn olduğu görülecektir.

Page 43: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

43

7. ATIKSU UZAKLAŞTIRMA SİSTEMLERİ Suyun kalitesinin düşmesi normalde besleyici ve temizleyici olan suyu sağlığa zararlı ve kirletici yapmaktadır. Sular kullanıldıktan sonra kirlenirler. Evlerden kirlenen suyun uzaklaştırılması için kentsel kanalizasyon sistemleri, tarımda kullanılmış suların uzaklaştırılması içinse tarımsal drenaj şebekeleri inşa edilir. Tarımsal drenaj(kurutma) sistemleri sulama sistemlerine paralel olarak inşa edildiğinden ilgili bölümde değinilmişti. Dolayısı ile burada sadece kentsel atık su uzaklaştırma(kanalizasyon) sistemlerine değinilecektir. 7.1 Kanalizasyon şebekeleri Kanalizasyon şebekelerinin şematik şekli aşağıdaki gibidir.

ana kanalizasyon mecrası

şehir içi toplama şebekesi

arıtma tesisi

Kanalizasyon şebekelerinde akım serbest yüzeyli olmakta şebeke dairesel beton ya da plastik borulardan oluşmaktadır. Sistemden toplanan atık sular doğaya iade edilmeden mutlaka arıtılmalıdır. Kanalizasyon şebekeleri ayrık sistem - bileşik sistem şeklinde olmak üzere iki türlü olabilmektedir. Ayrık sistemde kullanılmış sular ve yağmur suları için ayrı ayrı toplama sistemi döşenirken birleşik sistemde her ikisi aynı borularla uzaklaştırılmaktadır. Geçmişte şebekeler genellikle birleşik yapılmışsa da kullanılmış suların arıtma zorunluluğu ayrık sisteme geçişi zorunlu kılmaktadır. Kanalizasyon mecraları serbest yüzeyli çalışır mecradaki akım hızı belli sınırlar içinde olması gerekir. Bu sınırları sağlamak için arazı eğimi yeterli oluyorsa mecra araziye paralel arazi eğiminde döşenir. Arazi eğimi çok düşük ise mecralar arazı eğiminden büyük eğimli, çok yüksek ise mecralar arazi eğiminden küçük eğimli döşenir. Böyle durumlarda aralıklı olarak yükseltmeler (pompaj) yada düşürmeler (şütler) yapılır. Bu konuda tipik bir örnek aşağıda şematik şekli verilen İzmir büyük kanal projesidir. Başlangıcı (Güzelbahçe) ve sonu (Çiğli) denize sıfır olan bir sistem ancak aralıklı pompajlar ile yükseltilmiş akışlı bir sistem olabilir.

Page 44: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

44

Page 45: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

45

8.ÇEVİRME YAPILARI

bb

a

ac

c

d

d

eşik

anroşman mansap

ayırma(gido duvarı)

düşü havuzu

dolu gövde(dolu savak)

çakıl geçidi

menba örtüsü çevre duvarları

su alma ağzı, kapak, ızgara

parafuy duvarı

menba

rakortman

ana kanal

çökelme havuzu

su alma ağzı, kapak, ızgara

a - a kesiti

dolu gövde

Page 46: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

46

düşü yatağı(beton)

c - c kesiti

ızgara

kapak

dalgıç perde ana kanalrakortman

yıkama kanalı

çökeltme havuzu

d - d kesiti

b - b kesiti

bağlama çevre duvrı(kütle beton)

gido duvarı betonarme

dalgıç perde

Page 47: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

47

Bağlamalar akarsu yatağında suyu bir miktar kabartarak iletim yapısına çeviren dolayısıyla hem su almak için gerekli elemanları hem de suyun fazla olduğu zaman fazla suyun zararsızca mansaba aktarılması için gereken elemanları içerir. Suyu belli bir miktar kabartmasına rağmen barajların aksine bir biriktirme söz konusu değildir. Su alma yapısı ızgara kapak gibi kontrol elamanları çökeltim havuzu gibi alınan su içerisindeki katı maddenin arıtıldığı yapı ve dikdörtgen kesitli çökeltim havuzundan trapez kesitli iletim yapısına geçişi sağlayan rakortman gibi elamanları içerir. Çökeltim havuzunda biriken rüsubat (katı madde ) aralıklı olarak yıkama kanalının kapağı açılarak temizlenir. Bağlamada suyu dolu gövde denen sabit bir beton kütle (sabit bağlama ) ya da daha alçak bir dolu gövde üzerine yerleştirilen kapaklar ile (hareketli bağlama ) yapılır. Bu yapı (dolu gövde) fazla suyu mansaba güvenlice aktaracak şekilde dolu savak olarak tertiplenir. Dolu savaktan atılan debilerin enerjisi dolu gövdenin hemen mansabında yapılan düşü havuzunda kırılır. Bağlamanın akarsu yatağı ile kesişimi taş dolgu ile sağlanır. Dolu gövde mansabında yüzey gerekirse beton kaplanır (menba örtüsü ). Burada gereken şart bağlama altından sızma boyunun artırılma ihtiyacıdır. Bu amaçla menbada düşey bir beton duvar daha tertiplenir.(Parafuy) 8.1.Bağlama İnşaatının Yapılışı Bağlama inşaatları, ya akarsu yatağını tamamen kuruya alarak yada akarsu yatağını kısmen kuruya alarak iki türlü yapılabilmektedir. Akarsu yatağını tamamen kuruya alarak bağlama inşaatının yapılışı:

derivasyon kanalı(barajlarda derivasyon tüneli)

inşaat alanı

menba batardosu

mansap batardosu

Page 48: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

48

Akarsu yatağını kısmen kuruya alarak bağlama inşaatının yapılışı:

2. sedde/ palplanj

1, kademe inşaat

2. kadem inşaat

sedde (toprakpalplanj)

8.2.Bağlama Hesapları • Su ihtiyacı hesapları (Çevirme debisi) • Hidrolojik hesaplar (dolu savak debisi, anahtar eğrisi) • Hidrolik hesaplar (Eleman boyutları ) • Mukavemet hesapları • Ekonomik hesaplar Su ihtiyacı hesapları (Çevirme debisi): suyun çevirme amacına göre (sulama yada enerji) Çevrilecek debi bulunur. Bu debi bağlamada ana kanal, çökeltim havuzu ve giriş ağzı hesaplamalarında kullanılır. Hidrolojik hesaplar (dolu savak debisi, anahtar eğrisi): dolu savak boyutlamasında kullanılacak olan 100 yıllık tekerrürlü debi ve düşü havuzu boyutlamasında kullanılacak olan akarsu anahtar eğrisi belirlenir. Ekonomik hesaplar : Bağlama yeri Bağlama türü Hareketli mi (beton + kapak )? Sabit mi (Daha fazla beton ) Bağlama uzunluğu çevre duvar yüksekliği

Page 49: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

49

Lopt

Mh

Ml

L

M

Ml+Mh

Mh

H

Ml

L

Bağlamanın fiziksel boyutları hidrolik, ekonomik hesaplarla belirlenir. Mukavemet hesapları ile tahkik edilir. Kapak Çelik Cebri boru Çelik Dolu gövde Beton Ana kanal Beton Denge bacası Betonarme yada Çelik Örnek: h = 1,755 Sh = 1,006 (hesap makinesinden bulunur.) Her h bir Q ya denk gelir 100 yılda bir gelen taşkın debisi 100 yılda bir gelen h seviyesine eşittir.

TeP

ye 11 =−=−−

T=100 P=0,01 , y=4,6 , h100 = 5,1 A=A1+A2+A3+……..+An U=U1+U2+U3+……..+Un R=A/U J=0,0003

AJRn

Q ⋅⋅⋅= 21

321

Page 50: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

50

8.2.1.Bağlama Hidrolik Hesapları

rakortmançökeltme havuzu

ana kanal taban kotu

ana kanal su kotu

talveg

kabartma kotu

dalgıç perde

Ana Kanal Su Yüksekliği Hesabı

p1

mhbmh

h

p2

1

1

m: Şev (1/eğim) P1: Beton hava payı P2: Toprak hava payı Bilinmeyenler : m , b , h Bilinenler : Q(sulama suyu ihtiyacı yada enerji ihtiyacı) Çözüm: M seçilir (Arazi cinsine göre genellikle 1,5) B, h için iki denklem gerekir.

1) 21

321 JR

nV ⋅⋅=

Page 51: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

51

2) En uygun kesit yada ampirik bağıntılar b.h bulunur, b yuvarlatılır.2Ah = h yeniden

hesaplanır. Su Alma Ağzı Yersel Yük Kayıpları • Rakortman kaybı • Eşik kaybı • Çökertme havuzu tedrici genişleme kaybı • Çökeltim havuzu girişi ani genişleme kaybı • Dalgıç perde kaybı • Izgara kaybı • Su alma ağzı girişi ani daralma kaybı Kabartma bağlama ile sağlanır. Bağlama Yüksekliği Hesabı : Kret : Bir yapının üst kotu Talveg : Akarsu taban kotu Su Yükü Hesabi (H0) Q: Savaklama debisi C: Debi katsayısı L: Net savak uzunluğu N: Köprü ayağı sayısı A0: Ayak genişliği Kp: Orta ayak büzülme katsayısı Ka: Kenar ayak büzülme katsayısı Lbürüt: Ekonomik düşüncelerden hareketle belirlenir

)KNK(ALL pbrütnet 002 −−=

U= 4,85 Q

SQL =

C: debi katsayısı 2~2,2 arasındadır. Bağlama yüksekliğine, bağlama memba yüzü eğimine, mansap su yüksekliğine bağlıdır. Uygulamada bir C0 seçilir. Sonra diğer durumlar için çeşitli grafikler yardımı ile düzeltilir. Örnek: Bağlama inşa edilecek bir akarsu kesitinde minimum debi 42 m3/sn maksimum debi 380 m3/sn, çevirme debisi 20 m3/sn, talveg kotu :12.3 m ana kanal su kotu 16.4 m bağlama net genişliği 96 m. Yersel kayıplar 0.22 m olduğuna göre bağlama yüksekliğini bulunuz. Bağlama Yüksekliği kabarma kotu = ana kanal su kotu+yersel kayıplar+0,2 = 16,4+0,22+0,2 = 16,82

Page 52: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

52

kret kotu = 16,82 – h0,min

32

min,min,0 )(

CLQ

h sav=

Qsav = Qmin –Qçev =42-20 =22 C0=2,1 seçelim

Hmin = 32

)1,296

22(⋅

=0,23m

Kret kotu = 16,82 – 0,23 =16,59m Hb = 16,59-12,3 = 4,29m Hb = 4,3 alalım Debi katsayısının C0 ın düzeltilmesi Hb/h = 4,3/0,23 = 18,7 için grafikten c=2,15 okunur.

c

Hb/h0

hmin = 32

1529622 )

,(

⋅=0,22m

KK=16,6 m Hb=16,6-12,3=4,3 m

m,,,

hHb 618

22034== için grafikten c=2,15 okunur.

Çevre duvarları üst kotu (ZÇ.D. ) Bağlama üzerinden max. debi savaklanırken oluşan su yüksekliği ( h0,max.) + 0,30 metre emniyet payı

mhZmhZZ

kretDÇ

3,06,163,0

max,0..

.max,0..

++=

++=

H0,max (100yıl tekerrürlü debinin oluşturduğu su yükü) -- proje su yükü Q =380 Co=2,17 Hb = 4,3m

Page 53: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

53

8,215

3,4

5,1)17,296

380( 32

max,0

==

≅⋅

=

hH

mh

b

Grafikten C=2,17 okunur. Dolayısıyla h0,max=1,5m Zçd=16,6+1,5+0,3=18,4m 8.2.2. Dolu Gövde Profili Dolu gövdeye keskin kenarlı bir savaktan akan suyun alt napının profili verilir. Bunu sebebi savaklanma halinde su napı altında hava boşluğu oluşmasını engellemektir. Hava boşluğu oluşup malzemenin zarar görmesine kavitasyon denir. Bu profil deneysel olarak saptanmış ve 1 m. lik su yükü için creager tarafından verilmiştir. Ho proje su yükü için yukarıda verilen değerler ho ile çarpılarak uygulanacak profil bulunur. Ho: 100 yıl tekerrürlü debinin oluşturacağı su yükü

L

e

Hb

eşikdolu gövde

Zkret

düşü havuzu

eşik yüksekliği

Page 54: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

54

8.2.3.Düşü Havuzu Boyu

kabartma kotu

Zohidrolik çevirme

Hb

İki kesit arası oldukça kısa olduğu için hk (enerji kaybı) ihmal edilebilir. Bu durumda yukarıdaki denklemden h1 bulunur.

B: bağlama uzunluğu= 1

2

11 2

)(z

gBhQ

h ++

21

21

21

1

2

26

2181

hFrhhavuzboyuL

)ıfroudsayıs(ghVFr

ü/])Fr[(hh

+⋅=

=

−+=

Hidrolik sıçrama sonrası su derinliği (h2) bağlama çıkışında h3 olarak devam etmesi için havuza belli bir derinlik verilir.( e ) Buna göre : • h2 = h3 ise ise yukarıda istenen amaç sağlanır (ideal yanı istenen durum) • h2 > h3 ise ise hidrolik sıçrama mansaba kayar. Daha uzun bir havuz yapmak gerekir. • h2 < h3 ise ise sıçrama geri teper (menbaya kayar) Havuz boyutlamasındaki amaç birinci durumu sağlamaktır. Fakat bazen kırılacak enerji miktarına göre ( foude sayısı ile ölçülür) basit bir eşik ile bu amaç sağlanamaz. Bunun için özel havuz tipleri yapılır( genelde 3 tip vardır.) Örnek: Aşağıdaki verilere ve bağlama boy kesitine göre yapılacak düşü havuzunun boyu ve derinliği ne olmalıdır?

smQ /400 3100 = C=2,17

gVhk 2

05,02

110 =−

J=0,0007 n=0,03 B=60m

Page 55: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

55

3210 L9m

ho

h2h3

Zo h1

7m

Ho hesabı:

mCBQh

CBhQ

11,2)6017,2

400()( 32

32

0

23

0

=⋅

==

=

z1= 0 kabul ederek 0 ve 1 kesitleri arasında Bernouilli denklemi yazılırsa,

smV

mhh

ghh

gVh

hhBhQ

AQV

h

hzg

VhhHz

k

k

/07,1351,0*60

40051,0

83,212,9

)05,01(2

)67,6(

205,0

67,66040011,27)9*0007,0(

2

1

1

21

2

11

21

1

11111

1

11

21

100

==

=

++==

====

+=+

+++=++

651,0*81,9

07,13

11 ===

ghVFr

4,5 < Fr1 < 9 sıçrama kararlıdır 4,5 < 6 < 9 sıçrama kararlı

Page 56: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

56

mhFrhLh

hh

Jh

hUAR

n

JRn

Q

hesabıh

mh

h

Frhh

272648,3

)0007,0()260

60(

03,01400

0007,0260

*6003,0

1

08,4

2/]1)6,81[(51,0

2/]1)81[(

211

3

21

32

3

3

3

3

21

32

3

2

21

22

21

21

1

2

≅+⋅==

+=

=+

==

=

=

=

−+=

−+=

8.3.Bağlama Stabilite Hesapları Bir bağlamanın stabilitesi aşağıdaki kontroller yapılarak güvence altına alınır: • Bağlama altından borulanma kontrolü • Kayma kontrolü • Devrilme kontrolü • Kaldırma kontrolü • Zemin gerilme kontrolü 8.3.1.Borulanma Tahkiki Bağlamalar su altında bir yapı olduğu için bağlama altında doğal olarak sızma oluşur. Sızma mesafesi belli bir değerden küçük olursa sızan sular zemininin taneciklerini sürükleyerek (borulanma ) yapının göçmesine yol açar. Bunun için sızma mesafesi arttırılır. Bu amaçla dolu gövde menbasını beton kaplama (menba örtüsü) ve menba örtüsü bitimine akarsu kesiti boyunca düşey bir duvar (parafuy) veya dolu gövde altına palplanj uygulanır.

Page 57: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

57

palplaj

Zkret

mamba örtüsü

Bağlama altında borulanma oluşmaması için

LemL CASM

C ≥∆Η

= olmalıdır.

Bu formülde CL borulanma katsayısı, ΔH: menba- mansap su seviyeleri farkı, ASM: Toplam ağırlıklı sızma boyudur. ASM hesabı yapılırken düşey mesafeler aynen alınırken yatay mesafeler 1/3 oranında azaltılarak toplanır. Çeşitli zemin cinsleri için CLem aşağıdaki tabloda verilmiştir.

ZEMİN CİNSİ CLem

Çok ince kum 8,5 İnce kum 7,0 İri kum 5,0 İnce çakıl 4,0 İri çakıl 3,0 Kaya 2,5 Yumuşak kil 3,0 Sert kil 1,6

Eğimli yüzeyler ASM hesabında şev(eğimin tersi)< 1 ise düşey, şev > 1 ise yatay kabul edilir. 8.3.2.Kaldırma Kontrolü Düşü yatağı ve menba örtüsü için bu kontrol yapılır. Kaldırma basınçlarının hesabı yapılırken bağlama altındaki herhangi bir i noktasındaki kaldırma basıncı o noktadaki hidrostatik basınçtan o noktaya kadar oluşan yük kaybı çıkarılarak bulunur. En uygun olmayan durum için toplam yük kaybı dikkate alınarak,

Page 58: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

58

i noktasındaki yük kaybı = iASM

aybıtoplamyükk

ASM i = i noktasına kadar toplam ASM i noktasındaki hidrostatik basınç = (Memba su kotu – i noktası kotu) suγ Kaldırma kontrolü yapılacak olan elamanın altındaki kaldırma basınçları kullanılarak o eleman için kaldırma emniyeti :

Kaldırma emniyeti = kuvvetikal

elemanağ.

. > 1,1 olmalıdır.

8.3.3.Kayma Kontrolü Genellikle sadece dolu gövde için yapılır.

Kay.em. = ∑∑ ⋅

.

.

uvkaydıaydır

katsurtdüşüşk > 1,2

Zemin cinsi Sürtünme katsayısı

Sağlam kaya 0,75 Yumuşakve ayrışmış kaya 0,65 İri kum (çakıl) 0,58 Kum 0,50 Killi kum 0,45 İnce kum 0,40 Kil 0,35

Dolu gövdeye etkiyen kuvvetler

U

Ea H2

H1

Wsu

G

Page 59: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

59

8.3.4.Devrilme Kontrolü Dolu gövde için yapılır. Aşağıdaki şekilde tanımlanan devrilme emniyet katsayısı 1,5 tan büyük olmalıdır.

Devrilme emniyeti = 5,1≥∑∑

D

k

MM

Bu formülde ∑ =KM Devrilme noktasına göre koruyucu momentler toplamını, ∑ =DMDevrilme noktasına göre devirici momentler toplamını ifade etmektedir. 8.3.5.Zemin Gerilmeleri Kontrolü Dolu gövde altındaki zeminde oluşan gerilmeler.

WM

AV o∑∑= 12σ

∑V : düşey kuvvetler toplamı A: Dolu gövde taban alanı

∑ 0M = Temel orta noktasına göre momentler toplamı

W (mukavemet momenti) = 6

2bd (b= 1 m için hesaplanır.)

zemσσ ≤max 0≥mimσ ( Zeminde çekme gerilmesi istenmez.)

Devrilme noktasına göre alınan momentler toplamı temel orta noktasına taşınarak toplam MO bulunur. Nasıl taşıyoruz :

b

d

A= b*d (b= 1m için hesap yapılır.)

Page 60: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

60

.MO

MK

MD

O

∑V

.

∑ ∑=

−=

∑∑ ∑−=

∑ ∑ ∑=−

e.VM

cde

VMMc

c.VMM

O

KD

KD

2

Örnek:

0,6 0,750,39,03,00,26,00,3

1,3

13

1211109

8

76

4 5

32

1

2,3

197,1197,1

199,8

202

200

197,1

1) Borulanma Tahkiki Eğimli bölümlerde 45 ten büyük ise eğim düşey, 45 ten küçük ise eğim yatay kabul edilir.

Kum)(Kalın CH

ASMC LemL 5=≥∆

= (CL:Süzülme Katsayısı)

Page 61: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

61

m,Hm,,Halırsak dikkate olmadığını savaklanma hiçsavaktan Dolu

m,,HKotuSu Mansap -Kotu Su Memba H

2

1

92921197200

228199202

=∆⇒=−=∆

=−=∆=∆

- Ağırlıklı Sızma Mesafesi (ASM) Hesabı:

Eminiyetli 5 ,,,

HASMC

m,ASM

,,,,,,,ASM

L ⇒⟩==∆

=

=

+++++++++++=

575921516

1516

32375050

39

3350

3602

362

33032

C L < LemC olsaydı Gerekli ASM = C HLem ∆∗ İlave ASM = Gerekli ASM – mevcut ASM Gerekli yatay eleman(memba örtüsü) boyu = 3*ilave ASM Gerekli düşey eleman (Palplanş, parafuy) derinliği = ilave ASM / 2 Zemin ince kum olsaydı ( LemC = 7 ) C L =5,6 < LemC = 7 olduğu için emniyetsiz olurdu. Bu durumda Gerekli ASM = 7 * 2,9 = 20,3m İlave ASM = 20,3 -16,35 = 3,95 m İlave ASM yi memba örtüsü boyunu uzatarak karşılarsak İlave memba örtüsü boyu = 3 * 3,95 = 11,85 m İlave ASM yi palplanş ile karşılarsak İlave palplanş boyu = 3,95 / 2 = 1,975 m Aynı şekilde parafuy duvarı da gerekli palplanş boyu kadar uzatılır. 2) Kaldırma Tahkiki Kaldırma basınçları = memba su kotu – nokta kotu – kayıp

Yük kaybı = iASMASM

H∗

∑∑ TB de y ler yatayı gösterir.

Page 62: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

62

1 2 3 4 5 = 3*0,177

6 = 4 - 5

Nokta ASM iASM Hidrostatik Basınç

Yük kaybı Kaldırma Basıncı t/m 2

1 0 0 2,9(200-197,1) 0 2,9 2 2,3 2,3 5,2(2,9+2,3) 0,41 4,79 3 0,1(y) 2,4 5,2 0,43 4,77 4 2,0 4,4 3,2 0,79 2,41 5 2,0(y) 6,4 3,2 1,15 2,05 6 2,0 8,4 5,2 1,51 3,69 7 0,2(y) 8,6 5,2 1,54 3,66 8 0,5 9,1 4,7 1,63 3,07 9 1,0(y) 10,1 4,7 1,81 2,91 10 3,0(y) 13,1 4,7 2,35 2,35 11 0,5 13,6 5,2 2,44 2,76 12 0,25(y) 13,85 5,2 2,49 2,71 13 2,3 16,15 2,9 2,90 0 (200-197,1)olmalı Hidrostatik kot = memba su kotu – geometrik kotu

ii ASM,,,ASM 1800151692

== her birini iASM ile çarp (yük kaybı için)

H∆ = Toplam yük kaybı Memba Örtüsü Kaldırma Tahkiki: 6 m

U= kaldırma kuvveti 381316

2052412 ,**,,

=+ t /m

G = örtü ağırlığı = 6,0 * 0,3 * 2,2( demirsizbeton −γ ) = 3,96 t / m

suW ( örtü üstündeki su ağırlığı ) = 6*2,9*1 ( suγ ) = 17,4 t / m

Kaldırma kuvveti = 5913813

417963 ,,

,,UWG su =

+=

+> 1,1 EMNİYETLİ

Düşü Havuzu Kaldırma Tahkiki:

0,3 m.

2,41 2,05

U

Page 63: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

63

0,50

1,5/x=2/1,64 => x=1,23

Dolu gövdenin alt noktasındaki basınç2,05+1,23 = 3,28 t

3,69-2,05=1,64

x

2,05

H1

H3H2

2,89

3,28

3,28

U2

U1

G2G1

G35

1

9

2,052,9

9 m

U = 582392

352892 ,*,,=

+ t /m

Havuz ağırlığı = 742522931 ,,**, = t / m Havuzdaki su ağırlığı = 9*0,5 = 4,5 t / m ( 0,5 = havuzun derinliği)

Kaldırma emniyeti = 09158237425 ,,,

= < 1,1 ( Susuz )

Kaldırma emniyeti = 2815823

547425 ,,

,,=

+ > 1,1 ( Sulu )

3) Kayma Tahkiki : Dolu gövde tahkikleri yaparken dolu gövde kesiti düzgün geometrik şekillere indirgenerek basitleştirilir. Kaldırma kuvvetleri :

1,3 m.

2,89 2,35

U

Page 64: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

64

U1 =2,89*3,8 =10,98 U2 = (3,28-2,89)*3,8*1/2 =0,74

∑U = U1+U2 =11,72 t /m Ağırlıklar : G1= 3,4* ( 3,8-1) *1/2*2,2 = 10,47 t /m G2 = 3,4*1,0*2,2 = 7,48 t /m G3 = 1,3*3,8*2,2 = 10,87 t /m ∑G = G1+ G2 +G3 = 28,82 t /m Yatay Kuvvetler: H1=1/2*2.92=4,21 t/m H2=1,5*2,05=3,08 t/m H3=1,5*(3,28-2,05)*1/2=0,92 t/m ∑H = H1+H2+H3 =8,21 t /m Zemin İtkisi:

590330811121

3302

4521

1111230

2

22

,,*,*,*E

,)(tank k*h**E

,,

a

aada

sukumdo

==

=−==

=−=−==δγ

γγγδ

∑ ∑ =+= 88,EaHkuvvetleryatay t /m ∑ ∑ =−=∑−= 11772118228 ,,,UGkuvvetlerdüşey t /m ( hafifletilmiş ağırlık ) F:sürtünme katsayısı = 0,58 ( iri kum )

kayma emniyeti = ∑

∑.kuv.yatf*kuv.düş =

88580117

,,*, =1,13 <1,2 emniyetsiz

Bu durumda düşü havuzunun ağırlığı da dikkate alınarak işlemler tekrarlanır. Fakat bu kez emniyet katsayısı 1,5 alınır. Yine güvenli bulunmazsa dolu gövde memba yüzü eğimli yapılarak ağırlık arttırılır. Düşü havuzu ağırlığı = 23,76 (havuz) +4,5 ( havuzdaki su) = 28,3 t Duşu havuzuna etkiyen kaldırma kuvveti = 22,91 t Hafifletilmiş havuz ağırlığı = 28,3 – 22,91 = 5,35 t 4) Devrilme Tahkiki

Devrilme Emniyeti = 51,momentler DeviricimomentlerKoruyucu

≥∑∑

Page 65: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

65

Kuvvet Moment Kolu Moment H1 = 4,21 4,7-2,9.2/3= 2,77 11,66 Md H2 = 3,08 1,5/2= 0,75 2,31 Md H3 = 0,92 1,5.1/3= 0,5 0,46 Md U1 = 10,98 3,8/2= 1,9 20,86 Md U2 = 0,74 3,8.2/3= 2,53 1,87 Md Ea = 0,59 1,8/3=0,6 0,35 Md G1 = 10,47 2,8.2/3= 1,87 19,58 Mk G2 = 7,48 ½+2,8= 3,3 24,68 Mk G3 = 10,87 3,8/2= 1,9 20,65 Mk

Emniyetli 1,5 ,37,5164,91emniyeti Devrilme

tm,Mtm ,M

k

d

⟩==

∑ =∑ =

731

91645137

5) Zemin Gerilmeleri Tahkiki:

11772118228 ,,,VUGV

=−=∑∑−∑=∑

d=3,8 m

b=1 m

c V

1,9 1,9 A

Mk-Md=64,91-37,51 =27,4 tm.

e

O

Page 66: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

66

0 ,,,

,,

kum) (iri ,,,

,,

WM

AV

tm ,,*,Me*VM

toplamımomentler göre noktasına ortaTaban :M

m,,,cde

m ,,,

VMM

c c*VM

m ,d.bW

m ,*,A

2

emn

O,

O

O

O

dkA

⟩=−=

=⟨=+=

∑∑=

∑ ==∑ ∑=∑

=−=−=

==∑

∑ ∑−=∑ ∑ ⇒=

==

==

372412135

83117

8636412135

83117

13530117

3061283

2

61117427

4126

83183

1

21

32

2

σ

σσ

σ

Page 67: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

67

9. ÇÖKELTİM HAVUZLARI

Bağlamaların su alma ağızlarında, alınan su içerisindeki askıdaki katı maddeleri çökeltmek için yapılır. Çökeltim havuzları enerji santrallerinde katı maddelerin türbinlere vereceği zararı önleyeceği için önemlidir.Sulama sistemlerinde iletim hatlarında ve özellikle sanat yapılarında birikme yapmaması için uygulanır.

Tanecik

Çökeltim Havuzu (L)

W

V

h

V = Akım Hızı W = Çökelme hızı h = Havuzdaki su yüksekliği (1,5m. ile 4m.arası seçilir.)

36a mm 1d44a mm 1d0,151a mm 0,1d

Katsayı:a(mm) çapı Tane:d

(cm/s) d.aVHızı Akım:V

L WL VL h

WV.hLBoyu Havuz

Wh

VL

/

=⇒>=⇒<<=⇒<

=

↓↑

↑↑

↑↑

==⇒=

21

Page 68: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

68

[ ]

'WWW.kullanılırk azaltılarakadar 0,132.V/hW'

hızları çökelme yukarıdaki nde tesislerikuvvetiSu 0,5 katsayısı Dirençc

2,65 ağırlığı Taneözgül)sn/cm(1,3.10 iviskoziteskinematik Suyun

) W(dm/sn, mm)(d dWise mm d, )

c./d.g.)(W

Akım) lı(Türbülans ise mm d )./d.g)(W

Hali) Akım(Laminer ise mm 0,1d 1)Hızı Çökelme:W

kul

1/2

d

2-

/d

d

−==

≅=≅=

=

=<<−=

>−=

<

ρυ

ρ

υρ

2

21

2

1103341

12181

Havuzlar işletme kolaylığı için bölmeli yapılır.Temizlik için 1 yedek fazla bölme yapılır. Havuzdaki bir bölme genişliği:

sayısı Bölme:n n.h.V

Qb =

Bir bölme genişliği (5-1) bölme için

sayısı Bölme:n m 7,5b =−

=15

30

Page 69: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

69

Örnek: İşletme debisi 14 m3/sn olan biri yedek 5 bölmeli çökeltim havuzunun 0,3 mm’ye kadar olan taneleri çökeltmesi istenmektedir.Havuzun boyutlarını hesaplayınız.(Su kuvveti bağlaması)

m ,.h.V

QB

:Genişliği Havuz

m ,

.,W

V.hL

: UzunluğuHavuzm/sn ,,,'WWW

m/sn ,/20,132.0,24W'deseçildiğin mh

h/V.,'Wsn/m,sn/cm44.(0,3)V

olduğundan 44a göre yed' a.dVm/sn 0,03cm/sn 3dm/sn 0,3dW

;olduğundan mm 1d0,1 mm,d

kul

1/2

/

1/2

1/2

302402

14

600080

2240

008002200300220

21320

24024

30

21

≅==

≅==

=−=−===

==

===

==

====<<⇒=

Page 70: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

70

Baraj gövdesi

Ölü hacimAkarsu

Minimum işletme seviyesi

Taşkında geçici depolama

Baraj haznesi(faydalı hacim) Dip savak

Su alma ağzı

Maksimum su seviyesi

Maksimum işletme seviyesi

10.BARAJLAR Barajlar • Su depolamak • Suyu yükseltmek ve • Taşkın koruma amaçlarından biri yada bir kaçı için yapılırlar. Barajla yükseltilen su daha yüksek kotlara iletileceğinde, aşağıdaki şekilde görüldüğü üzere belli bir yükseltinin pompajla yükseltilme gereği ortadan kalkar.

e tasarrufedilenpompaj

10.1.Baraj hazneleri: Bir bara haznesinin başlıca kısımları aşağıdaki şekilde gösterilmiş ve kısaca tanımlanmıştır.

Ölü Hacim: Baraj haznesinde akarsuyun getirdiği askıdaki katı maddelerin depolanması için ayrılan kısımdır.Barajın ekonomik ömrü boyunca bu hacmin dolacağı kabul edilir. Faydalı Hacim: Çeşitli kullanım amaçları için (içme-kullanma-sulama gibi) su depolanan kısımdır.Bu hacmin üst kotuna maksimum alt kotuna ise minimum işletme seviyesi denir.

Page 71: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

71

Taşkında geçici depolama: Akarsuda taşkın oluştuğu zaman fazla suyun dolu savaktan atılması sırasında suyun kabardığı kısımdır.Baraj haznesi bu özelliği ile taşkın akımının zirve değerini düşürür. 10.2.Baraj Gövde Elemanları Dip Savak: Gerektiğinde barajı boşaltmak ve mansaba ilave su bırakmak için yapılır. Su alma ağzı: İçme,sulama yada enerji için suyun alındığı yapıdır.Vanalı bir sistemdir. Dolu Savak: Hazneye gelen taşkın akımının fazlasını mansaba zarar vermeyecek şekilde savan(akıtan) barajın güvenlik organıdır. 10.3.Haznede Su Kayıpları Sızmalar zeminden yada gövdeden olabilir. Sızmaları önlemek için birtakım önlemlerin alınması gerekir. Bu amaçla, zeminde yaygın biçimde enjeksiyon yapılır. Arazideki çatlaklar; çimento,kum yada kil enjeksiyon edilerek sızdırmaz hale getirilmelidir. 10.4.Hazne Hesapları: Ölü Hacim Hesab: Askıdaki katı madde (AKM) konsantrasyonu ölçümlerinden yada ampirik bağıntılar yardımıyla hesaplanır. Aktif Hazne Hacmi Hesabı Gözlenen aylık toplam akımlar baraj faydali hazne hacmi hesabinda kullanılır bunun için Ripply eklenik hacimler diyagramı kullanılır. Bu yöntemde baraj yerine gelen akımlar dizisinde kurak dönemi de içine alan belli bir t periyodu seçilir. gelen akımların eklenik değerler grafiği çizilir. İstenen düzenleme oranına göre çekim eğrisi eklenik olark çizilir. Giren akımlar grafiğinin tepe ve çukurlar noktalarından çekim doğrusuna paraleler çizilir. Tepe-çukur farkının maksimum olduğu değer hazne hacmi olarak alınır.

0,00

250,00

500,00

750,00

1000,00

1 6 11 16 21 26 31 36

Page 72: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

72

Bu hesaplamalar grafik yerine sayısal olarak da yapılabilir. Seçilen gelen akımlar dizisi mutlaka kurak periyodu içermelidir. Kurak periyodun gözlem dizisinin sonuna denk gelmesi halinde, akım dizisi tekrar dizinin sonuna eklenerek hesaplamalar yapılır. Sayısal Örnek Aşağıda verilen aylık gelen (106 m3) akımları kullanarak, yapılacak barajın tam düzenleme ve %80 düzenleme durumları için aktif hacimlerini bulunuz.

Aylar Qg Toplam Qg

Tam düzenleme hali % 80 düzenleme hali Qç Toplam

Qç Farklar Qç Toplam Qç Farklar

1 34 34 34,125 34,125 -0,125 27,3 27,3 6,7 2 31 65 34,125 68,25 -3,25 27,3 54,6 10,4 3 59 124 34,125 102,38

21,625 27,3 81,9 42,1

4 29 153 34,125 136,5 16,5 27,3 109,2 43,8 5 37 190 34,125 170,63 19,375 27,3 136,5 53,5 6 16 206 34,125 204,75 1,25 27,3 163,8 42,2 7 20 226 34,125 238,88 -12,88 27,3 191,1 34,9 8 22 248 34,125 273 -25 27,3 218,4 29,6 9 28 276 34,125 307,13 -31,13 27,3 245,7 30,3

10 22 298 34,125 341,25 -43,25 27,3 273 25 11 68 366 34,125 375,38 -9,375 27,3 300,3 65,7 12 50 416 34,125 409,5 6,5 27,3 327,6 88,4 13 33 449 34,125 443,63 5,375 27,3 354,9 94,1 14 23 472 34,125 477,75 -5,75 27,3 382,2 89,8 15 53 525 34,125 511,88

13,125 27,3 409,5 115,5

16 21 546 34,125 546 0 27,3 436,8 109,2 17 30 576 34,125 580,13 -4,125 27,3 464,1 111,9 18 16 592 34,125 614,25 -22,25 27,3 491,4 100,6 19 27 619 34,125 648,38 -29,38 27,3 518,7 100,3 20 36 655 34,125 682,5 -27,5 27,3 546 109 21 37 692 34,125 716,63 -24,63 27,3 573,3 118,7 22 25 717 34,125 750,75 -33,75 27,3 600,6 116,4 23 49 766 34,125 784,88 -18,88 27,3 627,9 138,1 24 53 819 34,125 819 0 27,3 655,2 163,8

Tam düzenleme hali: %80 Düzenleme hali: VH1 = 21.625 -(-43.25) = 64,875 VH1 = 53.5-25 = 28,5 VH2 = 13.125 - (-33.75) = 46,875 VH2 = 115.5-109 = 6,5

Page 73: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

73

H

G

Hazne hacmi= 65 milyon metreküp Hazne hacmi= 29 milyon metreküp

Taşkın Ötelemesi: Geçici depolama yüksekliği ve dolu savak çıkış debisinin bulunması açısından önemlidir. Kret Kotu Hesabı: Baraj kret kotu, maksimum su kotuna belirli bir hava payının ilave edilmesi ile bulunur. Hava payı rüzgârda suyun kabarması ve dalga yüksekliği bileşenlerinin toplamına göre belirlenir. 10.5.Baraj Gövdesinin Teşkili Barajlar beton ve dolgu barajlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. 10.5.1.Beton Barajlar: 1. Beton Ağırlık Barajlar: Su yükünü ,kendi ağırlığı ile zemine taşıtırlar, memba yüzleri düşey yada taban genişliğini artırmak için bazen eğik yapılırlar. 2. Payandalı Barajlar:

Payandalı barajlarda beton tasarrufu sağlanır.Alttan kaldırma kuvveti azalır.İnşaatı biraz daha zordur.Payanda alt temeli daha sağlam yapılmalıdır. Payandalı barajlar düz döşemeli, başlıklı ve sürekli kemerli olmak üzere üçe ayrılır.

-100

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30Ekl

enik

Far

klar

Aylar

Tam düzenleme %80 düzenleme

Page 74: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

74

R R

N N

H

Boşluklarla beton tasarrufu yapılan kısım

Payanda

3. Kemer Barajlar: Su yükleri kemer etkisi ile yan yamaçlara aktarılır.Bu nedenle yamaçlar bu yükleri taşıyabilecek kadar sağlam olmalıdır. Kemer etkisinin oluşması yada inşaatının mümkün olması için vadi nispeten dar olmalıdır. En az beton kullanılan baraj tipidir. Hassas işçilik gerektirir. L : Kret Uzunluğu H : Baraj yüksekliği

Yarıçap :Raçı Merkez:

HL

ϕ

5≤

Kemer barajlar sabit merkez açılı, sabit yarıçap değişken açılı ve değişken yarıçap değişken merkez açılı olmak üzere üçe ayrılır. 9.5.1.Beton Baraj Hesapları Kademeli olarak her beton dökme seviyesi için olmak üzere aşağıdaki stabilite hesapları yapılır. • Kayma • Devrilme • Zemin gerilmeleri • Beton içindeki gerilmeler • Alttan kaldırma

Page 75: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

75

10.5.2.Dolgu Barajlar Dolgu malzemesinin cinsine göre: • Toprak Dolgu Barajlar (homojen) • Kaya Dolgu Barajlar • Zonlu Dolgu Barajlar olarak ayrılırlar. Dolgu barajlarda en önemli sorun sızdırmazlıktır. Bu yüzden sızdırmazlığın sağlanması için • Kil çekirdek • Memba yüzünün beton yada bitümlü malzemelerle kaplanması uygulamaları yapılır. Toprak Dolgu Barajlar

hendek

11

m2m1

m1: memba şevi (2-3) m2: mansap şevi(2) genellikle m1 > m2 olur.Çünkü memba şevi hazne suyunun etkisine maruzdur. Kapak aniden açılırsa su düşer ve şevi harekete zorlar.Yatık şevler daha stabildir.

geçirimsizgeçirimli

mansap şevikorumasıriprap

Toprak dolgu

ince malzeme(kum-çakıl)

iri malzeme

A DetayıA Detayı

d2d1

Riprap: Memba şevini korumak için serilen kaya malzeme. d1> d2 riprap daha iri malzemeden yapılır.

Page 76: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

76

Toprak (kil) dolgu; kademeler halinde serilen geçirimsiz malzemenin genellikle keçi ayağı silindirlerle sıkıştırılmasıyla oluşturulur. Eğer toprak dolgunun üstüne sadece ince malzeme konsaydı bu gömülürdü ve zamanla yok olurdu.Bu yüzden granülometrik geçiş sağlanarak önce toprak, ince malzeme ve üzerine iri malzeme konulur. Malzeme kamyonla gelir, greyder ile serilir, sulanır (optimumda) ve silindirle sıkıştırılır. Akarsu yüzeyi gevşek bitkisel topraktır.Bu tabaka sıyrılır.Hendek geçirimsiz tabakaya kadar indirilerek sızdırmazlık sağlanır. Kaya Dolgu Barajlar Kil çekirdek ile sızdırmazlık aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Kaya / Çakıl / Kum / Kil şeklinde, filtre kuralına göre çaplar belirlenerek filtreler teşkil edilir. Böylece granülometrik geçiş sağlanmış olur. Memba örtüsü ile sızdırmazlığın sağlanması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

kaya dolgu

geçirimsiz zemin

beton bitümlü kaplama

Page 77: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

77

kayma yüzeyi

Zonlu Dolgu Barajlar

filtre

kaya

kil çekirdek

alüvyon

Dolgu Baraj Hespları: 1.Şevlerin Stabilitesi Farklı durumlar için hesap (baraj boş ve dolu iken,aniden boşalma ve aniden dolma durumları) yapılır. Bu amaçla genellikle İsveç dilim yöntemi kullanılır. 2. Gövde içinden sızacak debi ve sızma hattı (freatik hat)

Page 78: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

78

freatik hat

barajinşaatalanı

derivasyontüneli

akarsu

mansap batardosu

memba batardosu

Toprak dolgu

freatik hat

Topuk(kaya dolgu)

dren büzü

Freatik hattın mansap şevini kestiği yerden aşağısı kaya dolgu yapılır. Sızan toplam debi belli bir miktardan az olmalıdır. Çok su sızması durumunda su kaybı ve borulanma olabilir. Mansap şevi yatık yapılırsa freatik hat zemine iner. Fakat bu çok maliyetli olacağından topuk yapmak daha ekonomiktir. Dolgu barajlarda; ana yapıdan bağımsız ya dolgunun yanında yapılacak bir beton baraj içine yada tamamıyla ayrı bir yerde - Dip savak - Dolu savak - Su alma ağzı gibi yapılar yapılır. 10.6.Baraj İnşaatının Yapılışı

Page 79: SU KAYNAKLARI MÜHENDİSLİĞİ - insaatmuh.cbu.edu.trinsaatmuh.cbu.edu.tr/db_images/site_115/file/su-yapilari-ders-notu... · 1 Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

79

Derivasyon tünelleri özellikle dolgu barajlarda çoğu zaman dip savak olarak düzenlenir.