hİdrolİk komİte Çalimalari · dolusavak kapasĠte lerĠnĠn arttirilmasi ve yÖntemler...

KONU : LABĠRENT DOLUSAVAKLAR SUNUMU YAPAN : Dr. ĠHSAN KAġ ESER PROJE MÜHENDĠSLĠK Aġ

ihsankas@espm.com.tr

HİDROLİK KOMİTE ÇALIŞMALARI

DOLUSAVAK KAPASĠTE LERĠNĠN ARTTIRILMASI VE YÖNTEMLER

*)Dolusavaklar bir barajın proje maliyetinde önemli bir yer tutan ve baraj güvenliği ile ilgili önemli fonksiyonları olan yapılardır. Bugüne kadar yapılan araĢtırmalar baraj hasarlarının da yetersiz dolusavak kapasiteleri sonucu oluĢan hasarlarla sıklıkla karĢılaĢıldığını ortaya koymuĢtur. *) Rezervuarlara giren büyük taĢkın debilerinin savaklanması dolusavak kret uzunluğunun arttırılması veya dolusavak üzerindeki proje su yükünün arttırılması ile gerçekleĢtirilebilir. *)Uygulamada proje su yükünün arttırılması kapaklı dolusavaklar kullanılarak sağlanmaktadır. Bu seçim ile dolusavağın birim debisinin büyük oranda arttırılması olasıdır. *)Bundan dolayı eğer dolusavak ve boĢaltım kanalı geniĢliği azaltılırsa kontrollü dolusavaklar kontrolsüz olanlara oranla maliyetin büyük oranda azaltılmasına olanak tanırlar.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

*)Ancak bazı dezavantajları nedeni ile kontrollü dolusavakların kullanım alanı da kısıtlı olabilmektedir, [2]. Bu nedenle kontrolsüz dolusavaklarda kret uzunluğunun arttırılması için çeĢitli tiplerde eĢik Ģekilleri geliĢtirilmiĢtir. *)Bunlardan bazıları üç yanlı dousavaklar, T ve Y formunda dolusavaklar, radyal dolusavaklar ve labirent dolusavaklardır. Bu tiplerden hangisinin kullanılacağı topografik koĢullar dikkate alınarak tespit edilmektedir.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Labirent Dolusavakların Projelendirilmesi

Labirent dolusavaklar belirli bir dolusavak geniĢliğinde doğrusal dolusavaklara nazaran planda çok daha uzun bir kret uzunluğu sağlayan serbest yüzeyli akımın yer aldığı bir dolusavak tipidir

Adlarını geometrilerinden almaktadırlar.

Toplam kret uzunlukları genellikle standart bir dolusavağın kret uzunluğunun 3 veya 5 katı olmaktadır

DeĢarj kapasitesi ise su yükü ile değiĢmekte olup aynı geniĢlikteki doğrusal veya standart bir dolusavak deĢarj kapasitesinin yaklaĢık iki katı olmaktadır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Uygulama Alanları

• Belirli bir kret kotu ve dolusavağın yerleĢtirileceği geniĢlik değiĢtirilmeden dolusavak deĢarj kapasitesini arttırmak

• veya kret kotunu yükselterek deĢarj kapasitesini düĢürmeden rezervuarın depolama kapasitesini arttırmak amaçları ile kullanılabilir.

• Genelde trapez Ģekilli plan formu olanlar tercih edilmektedirler

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Klasik dolusavak ile Labirent dolusavağın karĢılaĢtırılması

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

White water lake dam

Ohau river in New Zealand

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

UTE DAM

REUTER HESS

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Triangular labyrinth weir of the hydroelectric power plant Ohau C in New Zealand.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Trapezoidal labyrinth weir of Cimia dam in Italy.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Physical Model Study – Flow Downstream of Weir

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Yapılan çalıĢmalar • Hay ve Taylor 5 tarafından yapılan çalıĢmalarda ise

üçgen ve trapezoidal forma sahip labirent dolusavakların projelendirme metodu ve deĢarj kapasiteleri ele alınmıĢtır.

• Darvas 4 ve Mayer 11 tarafından yapılan bir çok model çalıĢması ile bazı barajlara uygulanan labirent dolusavaklar incelenmiĢtir.

• Lux 10 ise laboratuvar test kanallarında ve uygulanacak projeler üzerinde yaptığı çalıĢmalarda labirent dolusavakların hidrolik performansını incelemiĢ ve deĢarj kapasitesi ile ilgili bir eĢitlik geliĢtirmiĢtir.

• USBR tarafından bu konuda yapılan çalıĢmalarda Ute ve Hyrum Barajının labirent dolusavakları test edilmiĢtir, 7, 8 .

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Ute Barajının 10 gözlü olan ve Hay ve Taylor proje eğrisine göre 5 projelendirilen labirent dolusavak model çalıĢmalarında dolusavağın maksimum göl kotunda proje debisini geçiremediği tespit edilmiĢtir.

• Modelden elde edilen sonuçlarla Hay ve Taylor proje kriterleri arasındaki farkın su yükü tanımındaki farklılıktan oluĢtuğu belirlenmiĢtir.

• Houston 7,8 ve Lux 10 projelendirme eğrilerinde kret üzerindeki piyezometrik yük yerine toplam yükü gözönüne almıĢtır.

• USBR da Ritschard Barajı labirent dolusavağı model çalıĢmaları tamamlanmıĢtır, 15 .

• Bu model çalıĢmasından elde edilen sonuçlar Standley Lake labirent dolusavağının projelendirilmesinde de kullanılmıĢtır, 14 .

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Utah su kaynakları laboratuvarında (UWRL) çeşitli kret formlarına sahip labirent

dolusavakların deşarj katsayılarını elde etmek için birçok araştırma yapılmıştır,

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

KRET FORMU ÇEYREK DAĠRE OLAN LABĠRENT SAVAKLARDA DEġARJ KATSAYISI

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

A : ÜÇGEN B: TRAPEZ KESKĠN KENARLI KRET FORMUNA SAHĠP LABĠRENT SAVAKLARDA DEġARJ KATSAYISI

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Labirent Savakların Sağladığı Avantajlar 1) Genellikle trapezodial plan formları tercih edildiği için labirent dolusavaklarda

kret uzunluğu oldukça artmaktadır. Bu da sabit bir su yükünde dolusavaktan deĢarj edilen debiyi arttırmaktadır.

2) Büyük debileri daha küçük su yüklerinde geçirebilme özellikleri bu tip yapıların daha çok uygulama bulmasına olanak tanımaktadır.

3) Arazide dolusavağın yerleĢtirileceği bölgenin geniĢliğinin kısıtlı olduğu veya

rezervuardaki taĢkın öteleme hacminin kısıtlı olduğu durumlarda membaya yönelik geometrisinden dolayı savak kret uzunluğunu arttırarak avantaj sağlamaktadır.

4) Kapaklı dolusavaklara nazaran daha düĢük maliyettedirler. 5) Aynı savak kret kotunda labirent dolusavaklar kontrolsuz sabit savaklara

nazaran daha aynı debiyi düĢük bir su yükünde geçridikleirnden dolayı baraj gövdesi kret kotunun düĢürülmesine de olanak tanırlar.

6) Bunun yanında gövde kret kotunun diğer kontrolsuz dolusavaklardakiler ile

eĢit tutulması durumunda, klasik kontrılsuz dolusavaklara oranla rezervuarın aktif depolama kapasitesini arttırır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Türkiye’de yapılan çalıĢmalar

• DSĠ TAKK Daire BaĢkanlığı Hidrolik Model Laboratuvarı ġube Müdürlüğü’nde labirent dolusavakların diğer klasik dolusavaklara göre avantajlarını belirlemek amacıyla:

Kızılcapınar Barajı ve HES,

Sarıoğlan Barajı Dolusavak ve

Belkaya Barajı Yan Dolusavak modellerinde çalıĢmalar yapılmıĢtır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

KIZILCAPINAR BARAJI (ÜZÜCEK E.- YILDIZ D.)

Radyal dolusavağın 74,50 m olan kret

uzunluğu labirent savak ile

aynı genişlikte 240 m’ye artırılmıştır.

Yapılan model çalışmalarında radyal

dolusavak yerine labirent dolusavak

uygulanması durumunda göl su seviyesi

1,88 m daha düşük seviyede deşarj

edilebilmektedir.

Bu durumda baraj gövdesi kret kotunun 2 m

düşürülebilmesi mümkün olacaktır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

SARIOĞLAN BARAJI (ÜZÜCEK E.- YILDIZ D.)

Orijinal proje durumunda

80 m olan savak kret uzunluğu

labirent savakla 358,40 m’ye çıkarılmıştır.

Proje debisinde; labirent dolusavakta,

radyal dolusavağa göre göl su seviyesi

1,02 m daha da düşürülmüştür.

Gövde hacmi labirent savak yapılması

durumunda 272 000 m3 daha azaldığı

belirlenmiştir

Baraj gövde hacminin % 9,4’üne karşılık

gelmektedir

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Savak Eşitliği

Bir labirent savağın projelendirilmesi için önerilen bu metodda lineer bir savağın temel eĢitliği kullanılmıĢtır.

Burada;

Cd = Boyutsuz deĢarj katsayısı g = Yerçekimi ivmesi

L = Savağın etkili uzunluğu Ht = Kret üzerindeki toplam yük

Q C L g Hd ef t

2

32

1 5. . . .

,

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Labirent Dolusavağın Deşarj Katsayısını Etkileyen Değişkenler

• Labirent savak duvarının yüksekliği, kalınlığı ve kret Ģekli deĢarj katsayısı üzerinde önemli etkiye sahiptir,

Keskin kenarlı ve düz kretli savakların deĢarj katsayılarının yuvarlatılmıĢ kret formuna sahip savaklardan daha düĢük olmaları nedeniyle genellikle tercih edilmemektedir.

En uygun ve pratik kret formu çeyrek daireli form olarak kabul edilmektedir,

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Labirent dolusavakta ise su yükü arttıkça Cd azalmaya devam eder ve dolusavak kapasitesi aynı geniĢliğe sahip bir doğrusal savak kapasitesine yaklaĢır.

• Bu nedenle labirent dolusavağın etkinliğinin sağlanması için Ht / P oranının belirli sınırlar içerisinde kalması gereklidir.

• Maksimum debide Ht / P oranının yaklaĢık 0,9 olarak alınması önerilmektedir.

• Labirent ucunun A geniĢliği de dolusavak deĢarj kapasitesini etkiler. Bu parametre labirent savağın net geniĢliğini azaltarak dolusavak kapasitesini düĢürebilir.

• Bu nedenle A değeri mümkün olduğu kadar küçük alınmalıdır

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Labirent dolusavak mansabındaki akım batıklık tesirini ortadan kaldırabilmek için sel rejiminde olmalıdır.

• Burada verilen proje kriterleri mansap kanalının en azından belirli bir bölümünün yüksek eğimde yapılması ve batıklığın önlenmesi durumu için kullanılabilir.

• YaklaĢım kanalındaki akımın açısı ( ) yaklaĢım kanalı geometrisi ve labirent dolusavağın yerleĢim Ģekline bağlı olarak labirent eksenine dik olmayabilir.

• Labirent dolusavaklar Ht / P nin 0,1 ile 0,2 değerleri arasında düĢük negatif basınç değerleri ile çalıĢır.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Doğrusal savaklarda debi deşarj katsayısı [1]

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Labirent dolusavaklarda deşarj katsayıları [1]

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 0 24 120 217 103 6 2

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 108 527 6 79 283 8 3

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 106 4 43 518 197 12 4

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 100 357 382 138 15 5

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 132 413 4 24 150 18 6

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 151 383 340 105 25 7

2 3 4. . / . . . / ; ..... .....( )

C H P H P H P H Pd t t t to0 49 169 4 05 362 110 35

2 3 4. . / . / . / . / ; ..... .....(8)

C H P H P H P H P ved t t t to0 49 146 2 56 144 0 7 90 9

2 3. . / . / . / ; . / . . ..... .........( )

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Projelendirme Yöntemi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

a)Ht / P oranı labirent boyutunun minimum utulabilmesi için

Ht / P oranı 0,45-,55 arası önerilmektedir.

Ht / P oranı 0,70 oranına kadar ekonomik çözüm olabilmektedir.

Bu değerden daha büyük değerler için yükün artması ile debi katsayısı azalacağından klasik dolusavak tipi daha uygun olmaya baĢlamaktadır.

Projelendirme Yöntemi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

b) Duvar yüksekliği (P)

4,5 m yüksekliğe kadar ince kenarlı duvarlar için yapı

göreceli olarak küçük gerilmelere sahip olup bir ankastre

duvar analizi ile projelendirilebilir.

Bu değerden yüksek değerler için detaylı statik analiz

yapılmalıdır. Ağırlık duvar olarak projelendirilmesi önerilir.

c) W / P oranı

* W / P oranının 3-4 arasında olması önerilmektedir

* Bundan büyük değerler için savağın performansını

artırmayan daha büyük yapılar ortaya çıkar.

* W / P oranının < 2 değerleri için savağın hidrolik performansı ani bir Ģekilde düĢüĢ göstermektedir.

Projelendirme Yöntemi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

d) K / W oranı

Savağın maksimum performansı için K / W oranının en

küçük değeri kullanılmalıdır.

K / W oranı < 0,0765 değerine sahip trapez plan Ģekli en uygun form olarak önerilmektedir.

e) L / W oranı * L / W > 6 değerlerinin çok küçük su yükü ile yapılan iĢletme durumu hariç deĢarj kapasitesinde çok az artıĢ olmaktadır.

* L / W oranının < 2 değerleri için klasik savak profili kullanmak daha ekonomik olmaktadır.

Projelendirme Yöntemi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

f) Savak Gözleri Taban kotu

Savak gözlerinin menba ve mansap taban kotları aynı

tutulmuĢtur. Savagın Batık çalıĢtırılması yönünde mansap koĢulları oluĢturulması gerekmektedir.

g) Savak Kret Formu Savak kretinin menba yüzü R= p/12 olan çeyrek daire formu en çok tercih edilen formdur.

Keskin kenarlı ve yarım daire formu da tercih edilebilmektedir.

h) YaklaĢım Akım KoĢulları GiriĢ akım koĢullarının düzgün olmassı istenmektedir.

Akım koĢullarının düzgün olmadığı durumlarda %182e varan performans düĢüklüğü gözlenebilir.

Projelendirme Yöntemi

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Projelendirme Yöntemi 1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Belkaya Barajı Labirent Dolusavağı Model Çalışmaları Sonuçları (Kaş İ.) BARAJ Kret kotu : 111900 Kret geniĢliği : 10,00 m Kret uzunluğu : 306,00 m Temelden yüksekliği : 61,00 m DOLUSAVAK Yeri : Sağ sahil Maksimum hesap yükü : 2,32 m Tipi : Yandan alıĢlı,kontrolsuz Max.deĢarj kapasitesi : 464,25 m3/s YaklaĢım kanalı kotu : 1114,30 m Savak kret kotu : 1115,30 Savak kret uzunluğu : 60,00 m

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Foto 1- Belkaya Barajı

yandan alışlı ve labirent

dolusavağı,

Q=464,25 m3/s

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Belkaya Barajı Yandan alıĢlı ve Labirent dolusavaklarının modelden elde edilen debi-göl su seviyesi eğrileri.

Labirent dolusavak

Yandan alıĢlı dolusavak

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

S O N U Ç L A R • Labirent dolusavakların deĢarj kapasitesi toplam yük (Ht)

etkili kret uzunluğu (Lef) ve dolusavak deĢarj katsayısı (Cd) nin bir fonksiyonudur.

• Cd ise savak yüksekliğine (P), toplam yüke (Ht), savak duvar kalınlığına (t), savak kreti Ģekline, savak gözönün uç Ģekline, ve savak yan duvarları açısına ( ) bağlı bir katsayıdır.

• Önerilen proje metodu maksimum debide Ht/P=0,9, t= P/6, kret memba yüzünde daire yayı çapı R=P/12 değerlerini sağlayan bir labirent savak için geçerlidir.Bu bildiride verilen debi deĢarj katsayıları, kretteki daireselliğin yarıçapı R=P/12 olduğu sürece dolusavak duvarının eğimli olmasından etkilenmezler.

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

• Sabit bir kret formu için Cd deĢarj katsayısı sadece ve su yükünün bir fonksiyonu olur. Önerilen savak yerleĢimi ve açısının 6o -35o arasındaki değerleri için Cd deĢarj katsayısı ġekil 14'ten veya (2-9) nolu eĢitliklerden elde edilebilir.

• Seçilen ( ) değerleri ve labirent göz sayısı (N),Labirentin geniĢliğini, uzunluğunu ve diğer geometrik özelliklerini önemli bir Ģekilde etkiler. (N) ve ( ) değerlerindeki serbestlik ölçüsünde birçok labirent dolusavak projesi alternatifi elde edilebilir.

• En uygun projelendirme yönteminde ise arazi kısıtları, hidrolik ve ekonomik analiz sonuçları, taĢkın ötelemesi verileri gözönüne alınmalıdır.

)

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Staged Labyrinth (one cycle low stage)

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

Notched

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012

TEġEKKÜR EDERĠZ

1. Barajlar Kongresi – Ekim 2012