Atatürk barajı'nın yıkılması durumunda oluşabilecek subaskınının CBS kullanılarak modellenmesi
GIS based flood risk modelling of possible damage of theAtaturk dam
Yazar: FATİH YEKELER
Danışman: PROF. DR. HİMMET KARAMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Atatürk Barajı = Atatürk Dam ; Barajlar = Dams ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Sel = Flood

Özet:
Su kaynakları, yeryüzünde tüm canlılar için vazgeçilmez bir yaşam kaynağı olmuştur. Dünyada birçok kaynak gibi su kaynakları da sınırlı miktarda var olmaktadır. Canlı popülasyonu ve bilinçsiz kaynak kullanımı arttıkça su kıtlıkları baş gösterebilmektedir. Tarih boyunca su kaynaklarının en optimum şekilde kullanım amacı baraj yapılarının ortaya çıkmasına neden olmuştur. Barajlar bulundukları toplumlara su kaynağı sağlamakla kalmayıp, enerji, sulama, turizm gibi farklı alanlarda da faydalar sağlamaktadır. Barajlar yapıları itibariyle su biriktirme alanı, ana gövde, kret, dolu savak, dip savak ve bentlerden oluşmaktadır. Barajların inşasında yapılan projelendirmelerde, imalatların hassas yapılması ve işletme koşullarının uygun hale getirilmesi baraj güvenliği açısından kritik öneme sahiptir. Geçmiş ve günümüz çalışmalarına bakıldığında barajların yıkılma çeşitleri ve yapılan hatalar üzerinde sıkça değinilmiştir. Gelişen teknolojik koşullarla beraber yeni inşası gerçekleşecek barajlarda baraj güvenliği daha da ön plana konulmuştur. Her ne kadar bu noktalara dikkat ediliyor olsa da, doğal afetler veya dışarıdan kaynaklı etmenler nedeniyle baraj yapı unsurları zarar görerek, bulundukları bölgelere büyük taşkınlar oluşturabilmektedirler. Taşkınlar, akarsu ve nehirlerde de meydana gelebilmektedir. Fakat meydana gelen baraj taşkınları, akarsularda oluşan taşkınlardan, taşıdıkları su kütlesinin daha fazla olması nedeniyle daha büyük felaketlere sebep olabilmektedir. Her ne şekilde olursa olsun taşkınlar, bulundukları bölgede tarım alanlarının toprak yapısının bozulmasına, yapılaşmanın olduğu bölgelerdeki konut ve iş yerlerinin kullanılmaz hale gelmesine, ulaşım ağlarının çökme ve zarar görmesine, temiz su kaynaklarının çamurlaşarak kirlenmesine, hayvan ve insanların taşkına kapılarak vefat etmesine neden olan afetlerdendir. Gelişen teknoloji, hayatta çoğu şeye çözüm sunduğu gibi taşkınlarında oluşma riskini azaltmak adına önemli çözümler sunmaktadır. Barajların yıkılmaları sonucu oluşacak taşkının yayılacağı alanların belirlenmesinde, taşkın dalgasının hızı ve süresinin kestiriminde, etkilenecek alanların sınıflandırılması gibi birçok analizlerin yapılmasıyla taşkın riskine karşı tedbirler alınmaktadır. Yapılan bu çalışmada, taşkın etki alanlarının belirlenmesinde Coğrafi Bilgi Sistemleri
(CBS) teknolojisi ürünlerinden ArcGIS yazılımının ArcMap ara yüzünden faydalanılmıştır. ArcMap ara yüzünde Harita Genel Müdürlüğü (HGM)'dem alınan grafik ve grafik olmayan veriler düzenlenerek hazır hale getirilmiştir. Hazır hale getirilen verileri yine aynı ortamda coğrafi analizleri ve haritalanması yapılmıştır. Taşkınların gerçekleşmesi durumunda taşkın su kütlesinin simülasyonu ve modelleme çalışmaları CADDIES 2D projesinin ürünü olan Caflood yazılımı ile luşturulmuştur. Bu yazılım kullanıcılarına ücretsiz şekilde açık kaynak kodlu geliştirme imkanı sunmaktadır. Yazılıma girdi komut dosyaları csv uzantılı olacak şekilde kodlama yapılarak, taşkın bölgesinin dijital yükseklik modeli ASCII uzantılı olacak şekilde tanıtılmış ve açıklamaları çalışmanın içerisinde değinilecek olan diğer girdiler ile birlikte çalıştırılarak modellemeler oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında, Türkiye'nin en büyük dolgu barajı olan Atatürk Barajı'nın baraj bendinde oluşacak doğal veya dışarıdan etmenlerle zarar görüp yıkılması sonucu taşkın senaryosu üzerine çalışılmıştır. Atatürk Barajı, barındırdığı devasa su hacmi sayesinde ülkemize ciddi ölçüde hidroelektrik üretimi gerçekleştiren barajlar arasında olmuştur. Atatürk Baraj bendinin yıkılması sonucu senaryonun oluşturulmasında öncelikle geometrik veriler taşkının gerçekleşeceği bölgede olacak şekilde yeniden düzenlenmiş, gereksiz veriler temizlenip, ITRF96 (TUREF) koordinat sistemine dönüşümleri yapılmıştır. Ayrıca, OpenStreetMap üzerinden taşkın bölgesindeki
karayolu ağları alınmış ve gerekli düzenlemeler sonrası kullanılmıştır. Öte yandan, hidrolik modelin oluşturulması için Caflood yazılımı üzerinden girdi dosyaları (taşkın akış debi bilgileri, pürüzlülük katsayıları ve diğer bilgiler) hazır hale getirilmiştir. Çalışma içerisinde bölgede yağış bilgisi temin edilemediği için yağışın olmadığı, baraj hacminin tam kapasite dolu olduğu varsayılarak çalışılmıştır. Hidrolik modelin oluşması için baraj bendinde dikdörtgen yapısında bir gedik oluştuğu varsayılmıştır. Baraj bölgesinde taşkın su akım hızını saptayabilmek için eğim hesaplanmıştır. Taşkın
sonrası taşkın dalgalarının derinliği ve hızı modellenmiştir. Tüm bu sonuç verileri birleştirilerek 6 saatlik sıklıkta 1 Günlük (24 Saat) olacak şekilde, CBS yardımıyla taşkın yayılım haritaları oluşturulmuştur. Oluşan 6, 12, 18 ve 24 saatlik modeller göstermiştir ki, bölgenin geçim kaynağı olan tarım alanları ve ormanlık alanlar en çok etkilenen alanlar olmuştur. Taşkının gerçekleşeceği bölgede yapılaşmanın daha seyrek olması nedeniyle taşkın etkisinin yerleşim alanlarında daha düşük olabileceği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Water resources have been an indispensable source of life for all livings on earth. Like many other resources in the world, water resources also exist in limited quantities. As the living population and unconscious resource use increase, water shortages may occur. Throughout history, the aim of using water resources in the most optimum way has led to the emergence of dam structures. Dams not only provide water resources to the communities in which they are located, but also provide benefits in different fields such as energy, irrigation and tourism. Dams consist of water collection area, main body, crest, spillway, bottom weir and weirs. It is critical for dam safety to make the productions sensitively and to make the operating conditions suitable in the projects made in the construction of the dams. When we look at the past and present studies, the types of failure of the dams and the mistakes made are frequently mentioned. With the developing technological conditions, dam safety has been put even more in the foreground in new dams to be constructed. Although attention is paid to these points, dam building elements may be damaged due to natural disasters or external factors, and large floods may occur in the regions where they are located. Due to the existence of the dam, it provides
employment opportunities for thousands of people. In a flood scenario that may occur, it will cause the people living in the region to lose their jobs and cause great migration, except for the damage to their lives and properties. Floods can also occur in streams and rivers. However, dam floods that occur can cause greater disasters than the floods occurring in streams, due to the greater amount of water they carry. In any case, floods are among the disasters that cause the
deterioration of the soil structure of agricultural lands in their region, the collapse and damage of transportation networks, the pollution of clean water sources, the death of animals and people by flooding. Developing technological opportunities offer solutions to many things in life, as well as important solutions to reduce the risk of flooding. Measures are taken against flood risk by performing many analyzes such as determining the areas where the flood will occur as a result of the collapse of the dams, estimating the speed and duration of the flood wave, and classifying the affected areas. In this study, ArcMap interface of ArcGIS program, which is one of the Geographical Information Systems (GIS) technology products, was used to determine the flood impact areas. In the ArcGIS-ArcMap, graphical and non-graphical data received from the General Directorate of Mapping (GDM) were arranged and made ready. Geographical analysis and mapping of the prepared data were made in the same environment. In case of floods, the simulation and modeling studies of the flooded water body were created with the Caflood program, which is the product of the CADDIES 2D project. This program offers its users the opportunity to develop open source code free of charge. The input scripts to the program were coded with csv extension, the digital elevation model of the flood zone was introduced with ASCII
extension, and the models were created by running their explanations together with other inputs that will be mentioned in the study. Within the scope of the study, the flood scenario as a result of the destruction of Atatürk Dam, which is the largest filling dam in Turkey, by natural or external factors that will occur in the dam, has been studied. In addition, the dam is located on the eastern Anatolian Fault Line. Studies have shown that the dam may be damaged as a
result of a major earthquake in this region and the dam may collapse due to leaks, so there is a possibility of flooding. Thanks to the huge water volume it contains, the Atatürk Dam has been among the dams that have produced a significant amount of hydroelectricity in our country. Although it is the largest hydroelectric power plant in Turkey, it provides significant revenues to the public. The money spent for this dam investment paid for itself in a short period of 5 years thanks to the generation of electrical energy. In the creation of the scenario as a result of the collapse of the Atatürk Dam, first of all, the geometric data were rearranged to be in the region where the flood would occur, unnecessary data were cleaned, and their conversions were made to the ITRF96 (TUREF) coordinate system. In addition, road networks in the flood zone were taken from OpenStreetMap and used after editing. The unconfirmed road information was cleaned and compared with other data and used in the study. On the other hand, input commands (flood flow rate information, roughness coefficients and other information) were made available via the Caflood program to create the hydraulic model. Since precipitation information could not be obtained in the region, it was assumed that there was no precipitation and that the dam volume was full at full capacity. In order to form the hydraulic model, it was assumed that a rectangular breach occurred in the dam. In order to determine the flood water flow rate in the dam area, the slope was calculated. The depth and velocity of the post-flood flood waves were modeled. By combining all
these result data, flood spread maps were created with the help of GIS, with a frequency of 6 hours, for 1 day (24 hours). In fact, 3 hours of data were obtained during the analysis phase. The reason for this is to make alternative comparisons in case of possible data loss or similar problems. The resulting 6, 12, 18 and 24-hour models showed that agricultural areas, which are the livelihoods of the region, were the most affected areas. It has been observed that the flood effect may be lower due to the less frequent construction in the area where the flood will occur. The Caflood software used in the study allows users to access their own interface while creating these modeling studies, and offers the opportunity to make more specific arrangements according to the flood types. Thus, it offers more practical use than software with other stereotypical interfaces. This study has shown that Caflood software will frequently be mentioned in flood analysis. In the conclusion part of the study, inferences were made by making comparisons with the work done with Hec-RAS software in the similar region. As a result of the comparison, it was observed that the flood patterns that emerged in HecRAS affected a wider area. The reason for this is that the downstream region from the inputs of the Hec-RAS software must be defined as a polygon. In fact, with this area created, it contains the information to which area the water flow should flow at the time of the flood. As a result of the analysis by drawing the flood area in Hec-RAS in
this way, the flood spread has caused a larger area of influence. The flood area in the study with Hecras revealed an impact area almost 3 times the flood area in the study with Caflood. Likewise, the building and vegetation areas, as a result of the demarcation of the downstream region in the study with Hec-RAS, revealed a much more impact area than the study with Caflood. Many studies with this and similar software show that societies need to take precautionary measures against flood disasters. Even though its incidence is low, similar studies should be increased in regions with flood risk in countries. The use of GIS technology also plays a more explanatory role in the analysis and mapping of these possible disasters.