DOLUSAVAK YAPILARININ FİZİKSEL VE SAYISAL MODELLEME YÖNTEMİ İLE ANALİZİ

Adana il sınırları içerisinde bulunan ve Kavşak Bendi Hidroelektrik Santralinin 20 km membaında kurulan Köprü Barajı Seyhan Nehrinin Göksu kolu üzerinde inşaa edilmiştir. 155,85 MW kurulu gücü ile yıllık 381 GWh elektrik üretimi hedeflenmiştir. Hidrolik yapıların tasarlanması aşamasında, projeyi etkileyen parametrelerin tamamının matematiksel olarak tanımlanması mümkün olmadığı için, yapım maliyeti oldukça yüksek olan bu yapılarda hatalardan kaçınmak ve en uygun çözümü bulmak için fiziksel model çalışmaları yapılarak projenin uygunluğunun test edilmesi mümkündür. Bu amaçla, Köprü Barajı dolusavak yapısının da fiziksel model çalışmaları yapılmıştır. Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı (TAKK ) Hidrolik Laboratuvarında yürütülen fiziksel deneyler 1/60 model ölçeği ile inşa edilmiştir. Köprü Barajı, 100 metre yüksekliğinde olup gövde dolgusu silindirle sıkıştırılmış beton (SSB) ile yapılmıştır. Dolusavak yapısı 125 metre genişliğinde ve kontrolsüz olarak karşıdan alışlıdır. Enerji kırıcı yapısı ise batık çalışan sıçratma eşiği seçilmiş olup, hidrolik sıçramaların kontrol altına alınması, memba aşınmalarının engellenmesi, işletme süresi boyunca baraj stabilizesinin ve mansap yapılarının korunması hedeflenmiştir. Akım derinliği, debi ve basınç okumaları üç farklı debi için yapılmış olup bunlar; 500 m³/s, 2/3*QFEYEZAN ve QFEYEZAN‘dır. Basınç ölçümlerinden de piezo-elektrik basınç vericisi, akım derinliği ölçümlerinde limnimetre, hız ölçümlerinde ise mikro-muline kullanılmıştır. İnşaatı tamamlandıktan sonra işletmeye alınan su yapılarında oluşabilecek sıkıntıların yaşanmaması, deneysel çalışmalarda oluşabilecek ölçek etkisi gibi sorunlar ile karşılaşılmaması için; deneysel çalışmalara destek ve alternatif olarak sayısal modellemeler de yapılmaktadır. Bu çalışmada, laboratuvarda yapılan deneysel çalışmaların doğrulanması için sayısal modelleme yapılmış ve Reynolds ortalamalı Navier-Stokes (RANS) denklemleri çözen FLOW-3D ticari matematiksel programı kullanılmıştır. Fiziksel ve sayısal model çalışmalarından elde edilen anahtar eğrisi, hız ve basınç ölçümleri karşılaştırılmış, benzerlikler ve farklılıklar tespit edilmiştir. Deneysel çalışma ve matematiksel modelleme sonuçlarının %2 farklılıkla oldukça birbirine yakın oldukları görülmüştür.

EXPERIMENTAL STUDY AND NUMERICAL MODELING ANALYSIS OF THE KOPRU DAM SPILLWAY STRUCTURES

The Kopru Dam spillway, constructed on the Seyhan River - Göksu branch at the 20 km upstream of Kavsak Dam in Adana province of Turkey, produces 381 GWh energy per year with 155,85 MW installed capacity. Since it is not possible to define all the parameters that affect the project in the design phase of the hydraulic structures, it is possible to test the suitability of the project by physical model studies in order to avoid mistakes and to investigate the most suitable solution. For this purpose, physical model studies of the spillway structure of the Köprü Dam have been carried out. The physical model experiments, executed in Hydraulic Laboratory of State Hydraulic Works in Turkey, is constructed with 1/60-scale. The dam consists of a 100 m high RCC dam body, uncontrolled 125 m spillway chute located on the dam body, and a 155,85 MW installed capacity power house. At the end of the chute the submerged flip bucket was selected for energy dissipater in order to control of hydraulic jump, prevention of downstream erosion, protection of dam stability and downstream structures during operation period. Flow depth, discharge and pressure data were recorded for 3 different flow conditions as; 500 m³/s, 2/3 of QPMF and QPMF. Piezo-electric pressure transmitter for pressure, Limnimeter for flow depth and micro-muline for velocity measurements are utilized. Although the hydraulic modeling is still widely accepted and utilized mechanism for the experimental investigation of flow over a spillway structure, numerical simulations for hydrodynamic processes became alluring with increasing computer processing capacity and without the necessity of time & budget consuming physical build-up progress. In this study, FLOW 3D, a commercially available CFD program, solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS)

___

  • [1] S.Y. Kumcu, M.A. Kokpinar, and I.O. Guler, “Investigation of flow over spillway modelling and comparison between experimental data and CFD analysis,” KSCE Journal of Civil Engineering, vol.21, no.3, May, pp. 994-1003, 2017.
  • [2] Ozaltin. [Online]. Available: http://www.ozaltin.com.tr/insaat/barajlar/kopru-baraji-ve-hes[Accessed: Jan. 19, 2019].
  • [3] C. Ozcan, Hydraulic Model Studies of Kopru Dam and HPP. Hi-1011, Ankara: General Directorate of State Hydraulic Works, 2011.
  • [4] Bureau of Reclamation, “Cavitation in chute and spillways,” Engineering Monograph, no.42, 1990.
  • 5] B.D. Nichols, and C.W. Hirt, “Methods for calculating multi-dimensional,” Proc. of First Intern. Conf. Num. Ship Hydrodynamics, Transient Free Surface Flows Past Bodies ’10, 1975, pp. 20-23.
  • [6] C.W. Hirt, and B.D. Nichols, “Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries,” Journal of Computational Physics, vol. 39, no. 1, Jan., pp. 201-225, 1981.
  • [7] C.W. Hirt, “Volume-fraction techniques: Powerfull tools for flow modeling,” Flow Science Report, no. FSI-92-00-02, Flow Science Inc., Santa Fe, N.M., 1992.
  • [9] H.K. Vesteeg, and W. Malalasekera, Eds., An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman Scientific and Technical, New York: Pearson Education Limited, 1996.
  • [10]M.C. Johnson, and B.M. Savage, “Physical and numerical comparison of flow over ogee spillway in the presence of tailwater,” J. of Hydraulic Engineering, ASCE, vol. 132, no. 12, Jan., pp. 1353-1357, 2006