Büyük su yapılarının tasarımında fiziksel yöntem kullanılarak olası maksimum yağış yüksekliğinin ve olası maksimum taşkın hidrografı (dolusavak proje giriş hidrografı) nın tahmini

Abstract

ÖZET Akarsular üzerinde inşa edilecek her çeşit yapının, örneğin baraj, regülatör, köprü veya taşkın kontrol şeddelerinin optimum pro jelendiri lebi lmeleri, ilgili proje yerine ait taşkın (pik) debilerinin güvenilir tahminlerine bağlıdır. Taşkın tahminleri konusunda çok çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. En uygun taş kın tahmin yönteminin seçimi, hidrometeorolojik kayıtların nite liğine ve niceliğine çok sıkı bir şekilde bağlıdır. Yoğun bir yer leşim merkezinin menbaında yer alacak bir baraj dolusavağının en ekonomik bir şekilde boyut landırı labilmes i için ilgili proje kesi tinde en az 500 veya 1000 yıllık dönüş aralıklarına sahip taşkın büyüklüklerinin tahminine gereksinim vardır. Bu kadar büyük taş kınların tahmininde kullanılacak geleneksel yöntemler, örneğin istatistik ağırlıklı `taşkın frekans analizleri`, doğru sonuçla ra her zaman götürmeyebilir. Bu konuda en güvenilir yöntemler bölgede görülebilecek `olası maksimum yağışlara` (yağışların fi ziksel üst limitlerine) dayalı taşkın tahmin yöntemleri olmalı dır, özellikle toprak barajların dolus av ak ları, öyle boyutlandı rılmalıdır ki, ilgili havzanın üretebileceği taşkın akımlarının fiziksel üst limiti olan `olası maksimum taşkın`ı geçirebilmeli dir. Bu çalışmada, çok şiddetli yağışlara neden olan `fırtına me kanizmaları `na dayalı ve meteoroloji ağırlıklı `fiziksel yöntem` temel alınmıştır. Bu yöntem yardımıyla ilk önce `olası maksimum yağış` tahmin edilmiş, sonra da `birim hidrograf` tekniğinden giderek `olası maksimum taşkın debisi` (dolusavak proje giriş hidrografı) 'nın tahmini amaçlanmıştır. Olası maksimum yağışın tahmini için önce gözlenmiş en şiddetli yağışlara (tarihi fırtı nalara) göre havzanın yağış derinlik--alan-süre eğrileri hazır lanmıştır. Sonra bu eğrilerdeki yağış derinlikleri iki yönden artırılmıştır. Bir yandan gözlenmiş olan yağışlardaki hava küt lelerinin su buharı içeriği ve subuharını yağışa çeviren meka nizmanın etkinliği olanaklar ölçüsünde maksimum değerlerine çı karılmış, öte yandan meteorolojik bakımdan benzer olan komşu bölgelerde gözlenmiş şiddetli yağışlarda meteorolojik farklargözönüne alınacak şekilde o bölgeye kaydırılmıştır. Böylece göz lenmiş olan sağnaklarda ölçülen yağış derinlikleri fiziksel ba kımdan olanaklı en büyük değerlerine çıkarılmıştır. Uygulama havzası olarak Doğu Karadeniz bölümünde yeralan fırtına deresi seçilmiştir. Belirlenen tarihi fırtınalara ait yağış derinlik-alan-süre eğrilerinin çiziminden sonra 12-saat süreli hakim max. buhar basınçlarının frekans analizleri yapıl mış ve dönüş aralıkları 100 yıl olan buhar basıncı zarf eğrileri çizilmiştir. Her tarihi fırtına için buhar basınçları doyma sı caklığına, nem adyabatları yardımıyla deniz seviyesi doyma sıcak lığına (işba sıcaklığına) dönüştürülüp ortalamaları alınmış ve yağabilir su tahmin edilmiştir. Ayrıca bu fırtınalar için akış engeli düzeltmesi yapılmış, gerçek yağabilir su ve max. yağabi lir su değerleri belirlendikten sonra `maksimizasyon oranı` olan W__v/W=` elde edilmiştir. Yağış derinlik-alan süre eğrilerindeki yağış derinlikleri, bu oran ile çarpılarak en yüksek değerlerine çıkarılmışlardır. Benzer şekilde, noktasal maksimiz as yo nla da ya pılmış ve varılan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Her fırtına yağı şıyla ilgili toplam yağışın zamansal dağılımı ve yağış blokları hesaplanmış, yağış-akış eğri numarası belirlenerek net yağış (dolaysız akış) blokları hesaplanmıştır. Hidrometri istasyonunda gözlenmiş hidrograftan 12 saatlik birim hidrograf elde edilmiş, sonrada olası max. yağmurun akış hidrografı elde edilmiştir. De rece-gün yöntemine göre fırtına deresi-Topluca hidrometri istas yonu yağış alanının toplam erime, erime oranları hesaplanmış ve doğrusal korelasyon uygulanarak max. erime oranı elde edilmiştir. Kaptanpaşa meteoroloji istasyonu sıcaklık proje verileri (sıcak lık dizayn paterni) hesaplanmış, proje yerine taşınmış, günlük kar erime hacmi ile debisi hesaplanmıştır. Taban (baz) akımı de bisi hesabedildikten sonra ayrı ayrı hesaplanan pik debiler ça kıştırılarak kar erime mevsimi için olası max. yağışın akım hid rografı +kar erime akımı hidrografı +baz akımı değerleri hesap lanmış, kar erime mevsimi dışında olası max. yağışın akım hidrog raf ı + baz akım değerleri hesabedilmiştir. Böylece, sonuç olarak `maksimum taşkın debisi hidrografı (dolusavak proje giriş hidrog rafı)` belirlenmiştir. Değişik tarihi fırtınaların verdiği sonuç lar kıyaslandığında, kar erime mevsiminde hesaplanan olası max. taşkın debisi hidrografı (OMTDH),kar erime mevsimi dışında hesap lanandan daha küçük olduğu görülmüştür.

SUMMARY The concept of `Probable Maximum Precipitation` is reconised that there is a physical upper limit to the amount of precipitation that can fall over a specified area in a given time. In other words, by the definition given by Wiesner (1970) `the depth of precipitation which for a given area and duration can be reached but not exceeded under known meteorological conditions`. If required meteorological data at the projected area are adequate, the estimated value obtained by this method is generaly considered as a better approximation than that of the statistical method. The basin of Fırtına (Deresi) River where several hydro electric generation schemes have been planned and projected near future is the biggest among others in the Eastern Part of Black Sea Region. This study describes the derivation of the probable maximum precipitation and the probable maximum flood, which has been based on a comprehensive hydrometeorological study. The estimated flood has been adopted for spillway design purposes. The probable maximum precipitation over the catchment was estimated by maximizing major historic storms. Many aspects of storm precipitation and their causes, snowfall and snowcover, were examined. Unit hydrograph procedures were then applied to the findings of these studies to derive the hydrograph of the probable maximum flood. The estimated maximum (peak) discharge is 3086.008 cumecs and the 5-day volume is 23 millon cubic-meter. The analysis consider the physical causes of major floods in the Fırtına River Basin and attempt to assess their upper limits. The Author considers that this is the only realistic approach to the estimation of spillway design floods when there must be no risk of overtopping the impounding structures.