Tuzluca barajı rezervuarının gedik parametrelerine dayalı taşkın simülasyonları ve mansap bölgesindeki etkileri
Flood simulations based on breach parameters of Tuzluca dam reservoir and its effects on the downstream area
Yazar: ÇAĞRI AKGÜN
Danışman: PROF. DR. SALİM SERKAN NAS
Gümüşhane Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tezde Türkiye'nin Iğdır İlinde inşa edilmesi planlanan Tuzluca Barajı'nın 2 boyutlu (2D) ve 3 boyutlu (3D) sayısal yıkılma simülasyonları FLOW3D yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sığ Su Denklemleri (SWE) ve Reynolds-Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) denklemlerinin kullanıldığı analizlerde türbülans modeli olarak RNG k-ε seçilmiştir. Farklı gedik geometrisi ve yıkılma süreleri üzerinden oluşturulan senaryolarda her iki çözüm yönteminde de mansap bölgesinde iki yerleşimde ciddi su derinlikleri tespit edilmiştir. 2D analizler için ilgili senaryo koşullarında Halimcan ve Sürmeli yerleşimlerinde sırasıyla 11.26 m ve 9.61 m maksimum su derinlikleri gözlemlenmiştir. 3D analizlerde ise Halimcan ve Sürmeli yerleşimleri için maksimum su derinlikleri 9.9 m ve 8.9 m olarak tespit edilmiştir. Söz konusu simülasyonlarda baraj aksında meydana gelen pik debiler ise 2D analizlerde 67323 m3/sn, 3D analizlerde 69446 m3/sn olarak gözlemlenmiştir. Çalışma kapsamında Tuzluca Barajı'nın farklı yıkılma senaryolarındaki ölüm oranları ile hız-derinlik çarpımları da araştırılmıştır. Baraj yıkılma süresi ve gedik geometrisinin taşkın yayılımı, taşkın şiddeti ve yerleşimlerdeki ölüm oranları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Doğrulama analizi olarak, literatürde yer alan bir baraj yıkılması deneyi FLOW3D yazılımı kullanılarak sayısal olarak çözülmüş ve deney sonuçları ile sayısal model sonuçları arasında uyum gözlemlenmiştir. 3D sayısal model deneysel sonuçlarının daha doğru bir temsilini sağlasa da çalışmanın ana konusunu oluşturan Tuzluca Barajı'nın yıkılma analizinde simülasyonun çözüm süresi 2D modele kıyasla yaklaşık 20 kat daha uzun sürmüştür. Bu sebeple baraj yıkılması gibi geniş ölçekli çalışmalar için 2D analizlerin daha pratik olabileceği, daha küçük ölçekli çalışmalar veya daha fazla hassasiyet gerektiren durumlar için ise 3D modellemenin uygun olacağı belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, 2D and 3D numerical failure simulation of the Tuzluca Dam, which is planned to be built in Iğdır Province of Turkey, was carried out using FLOW3D software. RNG k-ε was chosen as the turbulence model in the analyzes using Shallow Water Equations (SWE) and Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations. In the scenarios created with different breach geometry and failure times, serious water depths were detected in two settlements in the downstream region in both solution methods (2D SWE and 3D RANS). For 2D analyses, maximum water depths of 11.26 m and 9.61 m were observed in Halimcan and Sürmeli settlements, respectively, under the relevant scenario conditions. In 3D analyses, the maximum water depths for Halimcan and Sürmeli settlements were determined as 9.9 m and 8.9 m. In the simulations in question, the peak flow rates occurring at the dam axis were observed as 67323 m3/sec in 2D analyses and 69446 m3/sec in 3D analyses. Within the scope of the study, mortality rates and speed-depth multiplications in different failure scenarios of the Tuzluca Dam were also investigated. It has been observed that dam failure time and breach geometry have a significant impact on flood propagation, flood severity and mortality rates in settlements. As a verification analysis, a dam failure experiment in the literature was solved numerically using FLOW3D software and a satisfactory agreement was observed between the experimental results and the numerical model results. Although the 3D numerical model provides a more accurate representation of the experimental results, the solution time of the simulation in the failure analysis of the Tuzluca Dam, which is the main subject of the study, takes approximately 20 times longer than the 2D model. For this reason, it has been determined that 2D analyses may be more practical for large-scale studies such as dam break, while 3D modeling will be suitable for smaller-scale studies or situations requiring more precision.