Nazlı PALAMUT KEMALOĞLU, Müsteyde BADUNA KOÇYİĞİT, Hüseyin AKAY

Baraj Yıkılması Taşkın Dalgası Yayılımının 1-Boyutlu Sayısal Simülasyonlarla İncelenmesi: Rahmanlar Barajı Örneği

Baraj yıkılması sonucu oluşacak taşkın hareketinin belirlenmesi, baraj mansabında herhangi bir yerleşim yeri, ticari veya tarımsal alanların olması durumunda oluşabilecek tehlikenin saptanması açısından önemli ve gerekli bir çalışmadır. Günümüzde söz konusu çalışmalar için sayısal model simülasyonları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında İzmir’in Ödemiş İlçesinde yapımı tamamlanmak üzere olan Rahmanlar Barajı’nın 1-Boyutlu (1B) yıkılma analizleri gerçekleştirilerek barajın yıkılması sonucu oluşacak taşkının mansapta yer alan üç adet köye ulaşıp ulaşamayacağı belirlenmiştir. Çalışmada 1B sayısal benzeşimleri için HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System) yazılımı kullanılmıştır. Taşkın alanları model sonuçlarına göre çizilmiş ve maksimum su yüzeyi yükseklikleri ile pik debilerin oluşma zamanları tespit edilmiştir. Yapılmış olan farklı yıkılma senaryolarına ait simülasyonlara göre 1B dinamik analizlerde akımın doğrusal bir şekilde ilerlemesi nedeniyle arazinin ve akımın fiziksel özelliklerinin istenilen doğrulukta tanımlanamadığı ve bu durumun sonuçları etkileyebildiği, ancak simülasyon süreleri göz önüne alındığında bir saat gibi bir sürede sonuçların elde edilebildiği görülmüştür. Bu nedenle Türkiye’de mevcut veya projelendirme aşamasında olan barajların mansap güvenliği ile ilgili çalışmalar yapılırken çalışmanın önem ve aciliyet durumuna göre öncelikle 1B yıkılma analizlerinin gerçekleştirilip sonuçlarının değerlendirilmesi, sonrasında öncelikle 2B ve gerekli görülmesi halinde 3B analizlerin yapılması önerilmektedir.

Investigation of 1-D Numerical Simulations of Dam Break Flood Wave Propagation: Case of Rahmanlar Dam

Determination of flood wave propagation occuring as a result of dam break is an important and essential study in determining risks on any residential, commercial or agricultural areas located in downstream regions of that dam. Today, numerical model simulations are widely used for such studies. Within the scope of this study, 1-Dimensional (1D) analysis of dam break of the Rahmanlar Dam, which is about to be completed in the Ödemiş District of İzmir was conducted to determine whether or not the flood wave occurred as a result of dam break would reach the three villages located at the downstream of the dam. In the study, the HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System) was used for 1D simulations. Flooded areas have been mapped according to the results of model analysis and the maximum water surface elevations and the time of occurrence of peak discharges have been determined. According to the simulations of different dam break scenarios, it was noted that the physical properties of land and stream flow could not be identified with desired accuracy in the model due to the unidirectional flow propagation in 1D dynamic analysis and this might affect the results of the model. However, when the computational time of the model analysis was taken into account, it was found that the analysis were completed in a short period of time like one hour or so. Therefore, 1-D analysis should be carried out for safety analysis of the downstream regions of any dam in Turkey either in operation or design stage depending on the importance and urgency of the study. After evaluation of those results, it is recommended to perform 2-Dimensional analysis and, if necessary, 3-Dimensional analysis.

PDF

___

[1] C.V. Bellos, J.V. Soulis, and J.G. Sakkas, Experimental investigation of two-dimensional dam-break induced flows. Journal of Hydraulic Research, 30:1 (1992) 47 - 63.
[2] S.W. Bell, R.C. Elliot, and M.H. Chaudhry, Experimental results of two dimensional dam-break flows. Journal of Hydraulic Research, 30:2 (1992) 225 - 252.
[3] G. Lauber, and W.H. Hager, Experiments to dam-break wave: sloping channel. Journal of Hydraulic Research, 36:5 (1998), 761-773.
[4] B. Nsom, K. Debiane, and J.M. Piau, Bed slope effect on the dam-break problem. Journal of Hydraulic Research, 38:6 (2000) 459-464.
[5] S. Kocaman, ve H. Özmen Çağatay,Gedik Parametrelerinin Baraj Yıkılması Taşkın Dalgalarına Etkisi. Çukurova Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 18:1 (2003)17-34.
[6] F. Aureli, P. Mignosa, and M. Tomirotti, Experimental modelling of rapidly varying flows on wet bed and in the presence of submersible obstacles, in: Proc. River Flow, Naples, Italy, vol. 2 (2004) 849 – 858.
[7] S. Soares-Frazao, Experiments of dam-break wave over a triangular bottom sill. Journal of Hydraulic Research, 45:Extra Issue (2007) 19-26.
[8] H. Özmen Çağatay, and S. Kocaman, Dam-break flow in the presence of obstacle: experiment and CFD simulation. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 5:4 (2011) 541-552.
[9] J.A.Vasquez, and J.G.B. Leal, Two-dimensional dam-break simulation over movable beds with an unstructured mesh. In Ferreira RML, Alves ECTL, Leal JGAB, Cardoso AH (eds) Riverflow 2006, vol I, Taylor & Francis, Portugal, (2006) 1483–1491. ISBN:0-415-40815-6.
[10] R.B. Minussi, and G.F. Maciel, “Dam break-problem-complete solution and shallow water approximation comparison”, In: Altınakar MS, Kökpınar MA, Aydin I, Kirkgoz S (eds) River flow 2008, vol 1, Proceedings International conference on Fluvial Hydraulics, Izmir, Turkey, (2008) 619– 626,.
[11] S. Kocaman, ve H. Çağatay, “Baraj yıkılması akımının analitik ve deneysel karşılaştırılması”, IV. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, Orhantepe, İstanbul, (2009) 77–87.
[12] M.S. Guney, G. Tayfur, G. Bombar, and S. Elçi, Distorted physical model to study sudden partial dam break flows in an urban area. Journal of Hydraulic Engineering, 140:11 (2014) 05014006.
[13] H. Özmen Çağatay, S. Kocaman, and H. Güzel, Investigation of dam-break flood waves in a dry channel with a hump. Journal of Hydro-environmental Research, 8 (2014), 304 - 315.
[14] FEMA P-956. Living with Dams, Know Your Risks, 2013.
[15] Z. Bozkuş, and A. Kasap, Comparison of Physical and Numerical Dam-Break Simulations. Tr. J. of Engineering and Environmental Science, 22 (1998) 429-443.
[16] Z. Bozkuş, and İ. A. Güner, Pre-Event Dam Failure Analyses for Emergency Management, Tr. J. of Engineering and Environmental Science, 25 (2001) 627-641.
[17] Z. Bozkuş, Afet Yönetimi için Baraj Yıkılma Analizleri, İMO Teknik Dergi, 15:4 (2004) 3335 - 3350.
[18] N. Palamut, Baraj Yıkılma Analizi ve Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara, 2014.
[19] Hydrologic Engineering Center. (HEC, 2008). HEC-RAS River Analysis System, User’s Manual, Ver. 4.1, U.S. Army Corps of Engineers, Davis, California, 2008.
[20] E. Francis, and P. E. Fiegle, Embankment Dam Failure Analysis, Issues, Resolutions, and Research Needs Related to Dam Failure Analysis Workshop. Oklahoma City, Oklahoma, 2001.
[21] D.L. Fread, Breach: An Erosion Model for Earthen Dam Failures. National Weather Service, Silver Springs, Maryland,1991.
[22] D.C. Froehlich, Embankment Dam Breach Parameters and Their Uncertainties. Journal of Hydraulic Engineering, 134:12 (2008) 1708-1721.
[23] Guidelines For Dam Breach Analysis. State of Colorado Department of Natural Resources Division of Water Resources, Denver, Colorado, USA, 2010.
[24]Wahl, T. L. Prediction of Embankment Dam Breach Parameters – A Literature Review and Needs Assessment, DSO-98-004, Dam Safety Research Report, U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Dam Safety Office,1998.
[25] D. M. Gee, Use of Embankment Erosion Models to Estimate HEC-RAS Dam Breach Parameters, Dam Safety 2009, ASCE-EWRI, Kansas City, MO, 2009, 17-21 .
[26] V.T. Chow, Open channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Company, New York, 1959.