Yanal su alma yapılı dolu gövdeli bağlamalarda ayırma duvarının sürüntü maddesine etkisi

Abstract

ÖZET Adı Soyadı Derece Enstitü Yıl Tülay Özbek Ph.D. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü 1986 Akarsulardan suyun alınması ile ilgili olarak, bağlama ile kabartılan suyun, sürüntü maddesi içermeden kanallara iletilmesi, su almada önemli bir sorunu oluşturmaktadır. Söz konusu katı madde kısa zamanda, iletim kanallarının dolmasına neden olduğu gibi, hidroelektrik santrallarda ise türbinlerin aşınmasını ve su kuvveti tesisinin kısa sürede devreden çıkmasını beraberinde getirmektedir. Ayrıca, su alma yapılarında olan kumlanmalar sürekli su almaya olanak vermemektedir. Ülkemizde su alma yapılarının çoğunluğunu yanal su alma yapıları oluşturmaktadır. Bu yapılarda, sürüntü maddesi sorunu, arazi bitki örtüsü zayıf ve akarsuların eğimlerinin büyük olması nedeni ile önemli bir şekilde kendini göstermektedir. Yanal su alma yapılarında, az sürüntü maddesi içeren su almak için, su alma yapısı ve kapağın konumu, eşik yüksekliği, bağlamanın tipi ve yeri, klavuz şeddeleri, çakıl geçidi gibi etkenlerin yanında; çakıl geçidi ile bağlamayı ayıran ayırma duvarının da büyük önemi bulunmaktadır.Konu ile ilgili kaynak araştırması yapıldığında, ayırma duvarı dışındaki diğer etkenlerin yeterince araştırıldığı ve bulunan sonuç ların uyum içinde olduğu, ancak ayırma duvarı ile ilgili araştırmaların az olduğu, araştırma sonuçlarının birbirinden oldukça ayrıcalık gösterdiği görülmektedir. Yanal su alma tipli dolu gövdeli bağlamalar ile ilgili projeler incelendiğinde; ayırma duvarının konumu ve boyutları ile ilgili olmak üzere birbirinden çok farklı düzenlemeler olduğu görülmektedir. Bu nedenle ayırma duvarının konumu ve boyutlarının, su alma yapısına girecek sürüntü maddesine olan etkisi incelenmiş ve bu `yapının konum ve boyutlarına, bu yönden açıklık getirmeye çalışılmıştır. Bu çalışmada, yanal su alma yapıları ve katı madde hareketi ile ilgili gerekli bilgiler verildikten sonra, sürüntü maddesi yönünden yanal su alma yapıları için, yapılan araştırmalar üzerinde durulmuştur. İlgili parametreler saptanmış, sonra boyutsal analiz yapılarak fonksi yonel bağıntı bulunmuştur. Yapılan bazı yaklaşımlarla, olayda etkenliği az olduğu belirlenen bazı parametreler elimine edildikten sonra, su alma oranı/ ayırma duvarı uzunluğu ve ayrıca duvar konumunu parametre olarak alan deneylere başlanmıştır. Deneyler 1/20 ölçekli, sabit tabanlı distorsiyonsuz bir model üzerinde yürütülmüştür. Bu deneyler için, sürekli katı madde vermeyi sağlayan, bir düzenek geliştirilmiştir. Deneyler, çeşitli su. alma IIoranları, çeşitli uzunluktaki ayırma duvarlarının, çeşitli konumları için yürütülmüş ve her deney sonunda, su alma yapısında biriken sürüntü maddesi miktarı ölçülmüştür. Bundan sonra deney sonuçlarının değerlendirilmesine geçilmiştir. Fonksiyonun bir doğru olduğu boyutsal analiz sonucunda bulunmuş olan bağıntının doğru denklemlerinin tanımlanmasında, en küçük kareler metodu kullanılmış, ve bu şekilde bulunan denklemlerle çizilen doğru ların tartışması yapılarak, fonksiyonel bağıntı ile uyum içinde olduğu gösterilmiştir. Deney sonuçlarının değerlendirilmesi sonunda üç tür diyagram geliştirilmiştir : 1. Tür diyagramlarda ayırma duvarı uzunluğunun; çeşitli su alma oranları ve çeşitli ayırma duvarı konumlarında, sürüntü maddesi oranına olan etkisi görülmektedir. 2. Tür diyagramlarda, su alma oranının; çeşitli ayırma duvarı konumu ve çeşitli ayırma duvarı uzunlukları için, sürüntü maddesi oranına olan etkisi verilmiştir. 3. Tür diyagramlar yardımıyla ayırma duvarı konumunun; çeşitli su alma oranları ve çeşitli ayırma duvarı uzunluklarında sürüntü maddesi oranına olan etkisi belirlenmiştir. IIIBu diyagramlar incelendiğinde özellikle ayırma duvarı boyunun ve su alma oranının sürüntü maddesi miktarında, etkili olduğu görül mektedir. Uygun boyda düzenlenen ayırma duvarlarında, sürüntü maddesi oranında, yaklaşık % 3D luk azalmalar bulunmuştur. DSİ'ce halen uygulanan projeler de, yıkama görevini yapmaya yönelik projelendirildiği anlaşılan ayırma duvarının, bu araştırma sonucunda belirlenen uygun konum ve boyutta düzenlendiği zaman, oluştur duğu spiral akımlar sayesinde, sürüntü maddesi konsantrasyonu fazla olan taban sularının bağlamaya doğru yöneldiği, su alma yapısına ise buna oranla temiz yüzey sularının geldiği, ayırma duvarının akımda bir dış kurb oluşturduğu anlaşılmıştır. Su alma ağzını örten ve akım yönü ile su almanın karşı tarafına doğru olmak üzere 15-20 lik açılar oluşturan, maksimum kabarma kotun dan daha yukarda düzenlenen ayırma duvarları; su alma sırasında DSİ'ce uygulanan işletme biçiminin aksine olarak çakıl geçitlerinin kapalı olduğu bir işletme biçiminde, su alma yapısına yönelik sürüntü maddesi hareketinin önemli ölçüde azalmasına neden olmaktadır. IV

ZUSAMMENFASSUNG EINFLUSS DER TRENNWAENDE ZUR VERHÜTUNG VDN VERLANDUNGEN DER 5EITLICHEN WASSERENTNAHMEN DER FESTEN WEHRANGLAGEN Unter einer Wasserableitung wird ein Bauwerk an einem Flusse verstanden, das zur Wasserentnahme für Landesbewaesserung, fur die Energieezeugung öder für die gewerbliche und öffentliche Wasserversorgung dient. Bei den Hauptproblemen der Wasserentnahmen handelt es sich unter anderen darum, den Eintritt von Feststoffen zu verhindern. Denn die Feststoffe erschweren eine reibungslose Betrieb der Art, dass die Wasserentnahme manchmal sogar unmöglich wird. Sie vermindern den Wirkungs- grad der Kanaele und verringern den Nutzraum von Speicherbecken erheblich. In Wasserkraftwerken führen Feststoffe noch zu Abriebserscheinungen an Turbinenteilen. Bei der feststoffreien Wasserentnahme sind entscheindend; neben der Lage des Wehres und der seitlichen Wasserentnahme, die Höhe der Entnahmeschwelle, die Anordnung des Kiesgaengeş,der Leit-und Trennwaende. Die Trennwaende sind zwischen des festen Wehres und des Geschiebeablaes- ses liegende bauliche Anordnungen. Die eingehende Untersuchungen über die Wirkung der Trennwaende sind selten, und die veröffentlichten Ergebnisse geben kaum ein einheitliches Bild.Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Bestimmung der grundlegenden Entwurfsbedingungen der Trennwaende von Entnahmebauwerken um die mögliche Verhinderung der Eeststoffeintritt in die Wasserentnahme. In der vorliegenden Arbeit sind der Reihe nach, die Wasserentnahme- bauwerke (insbesondere die seitlich angeordneten),die allgemeine Fest- stoffsprobleme und die Feststoffsförderungen, und die speziellen Probleme der Feststoffe für die seitlichen Wasserentnahmebauwerken behandelt worden. Nachdem der Festlegung der Veraenderlichen, ist die Dimensionsanalyse durchgeführt. Unter der Beachtung des vorhandenen Schrifttums wurde eine analytische Untersuchung des Problems vorgenommen und vier kennzeichnende dimensionslose Parameter aufgestellt. Diese sind : das Verhaeltniss der Feststofförderung, das Verhaeltniss der Trennwandlaenge zur Oberwassertiefe, das Verhaeltniss der Wassermengen, der Lagewinkel der Trennwand. Die Untersuchungen sind auf einem Model mit unbeweglicher Sohle durchgeführt. Die gewaehlte Höhen-und Laengenmasstab ist 1/20. Die Festsoffe konnten durch eine Spezialanlage ununterbrochen zugeführt und nach jedem Versuch in dem Wasserentnahmebauwerk nach ihrerSammelmenge gemessen worden. Die Versuche sind für verschiendene Wassermengenverhaelt- nisse, für verschiedene Trennwandlaengen und für verschiedene Trennwand- lagen durchgeführt. VINach der Dimensionsanalyse ist festgestellt worden, dass die Beziehungen der veraenderlichen linear Funktionen sind. Mit den Messwerten der Versuche sind die Gleichungen der Linearen Beziehungen aufgestellt. Die Zeichnungen der aufgestellten Gleichungen bestaetigen die analytischen Überlegungen sehr gut. Von diesen Diagrammen ist es feststellbar, dass die Lage und die Grösse der Trennwaende, sowie Wassermengenverhaeltniss spielen eine grosse Rolle bei der Verlandungen. Bei der richtig gewaehlten Trennwandlaengen sind eine Verminderung von % 30 an der Feststoffmenge auf dem seitlichen Wasserentnamebauwerken zu erwarten. Durch die richtige Aufgestalltung der Trennwand, und Betrieb des Kiesganges wird eine Flechtströmung erzeugt. Die Geschiebe wird zum Wehr getrieben. Dadurch kommt ein verhaeltnissmaessig sauberesOberflaechenwasser zur Wasserentnahme. Neben der Höhe, Laenge und die Lage der Trennwand sind auch die Betriebsbedingungen sehr bedeutungsvoll. Es ist zu empfehlen, in DSİ vorhandene Betriebsvorschrift fur Wehre in dieser Hinsicht so zu verbessern, dass waehrend der Wasserentnahme Geschiebeablass nicht im Betrieb sein darf. VII