Heyelanların baraj göllerinde oluşturacağı dalgalarınfiziksel ve 3 boyutlu matemetiksel modellerlesimülasyonu: Hardısağır heyelanı örneği
Simulation of landslide-induced impulse waves in dam lakes using physical and 3 dimensional mathematical simulations: The case of Hardisağır landslide
Yazar: MURAT KARAHAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN ERSOY
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Mühendislik jeolojisi = Engineering geology

Özet:
Proje kapsamında Kürtün Barajı göl alanında bulunan Hardısağır heyelanının olası bir hareketi sonucu oluşacak itki dalgaları 3 boyutlu nümerik simülasyonlarla değerlendirilmiş, sediment birikimine bağlı olarak değişen taban topografyasının itki dalgalarının yayılımı ve fiziksel özellikleri üzerindeki etkisi modellenmiştir. Proje kapsamında DSİ 22 Bölge Müdürlüğü tarafından yapılan sondajlara ait veriler, arazide yapılan ölçümler ve laboratuvar deneylerden elde edilen veriler kullanılarak 3 boyutlu analizler yapılmıştır. 3 boyutlu analizlerde, Harita Genel Komutanlığı'ndan ve arazide dron ölçümlerinden elde edilen ortofotolardan üretilen nokta bulutları kullanılarak güncel arazi topografyasını temsil eden katı model oluşturulmuş, güncel rezervuar taban topografyası ise göl üzerinde Multibeam Echosounder kullanılarak yapılan batimetrik ölçümler sonucunda üretilmiştir. Olası bir hareket sonucu göl alanına akacak heyelan kütlesinin hacmi üç boyutlu limit denge analizleri ile hesaplanmış, oluşacak itki dalgası analizleri ise 3 boyutlu simülasyonlara dayalı nümerik modeller kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İtki dalgası analizlerinde her iki durumda tüm sınır koşullar sabit tutulup sadece taban topografyası değiştirilmiş, analizlerde maksimum su seviyesi 645 m olarak kabul edilmiştir. Yapılan 3 boyutlu limit denge analizleri sonucu olası bir kütle hareketi sonucunda 875.240 m3 lük malzemenin rezervuara akacağı hesaplanmıştır. Göl tabanının güncel topografyası hakkında bilgi elde etmek için yapılan batimetrik ölçümler sonucunda rezervuarda farklı alanlarda 3.05 ile 23.23 m arasında sediment biriktiği belirlenmiştir. Barajın su tutmaya başladığı ilk dönemdeki taban topografyası için kurulan katı model kullanılarak yapılan 3 boyutlu analizlerde çarpma zonunda oluşan maksimum dalga yüksekliği 30 m, karşı kıyıdaki ilerleme miktarları düşey ve yatay mesafeler için sırasıyla 75 ve 193 m, baraj gövdesine ulaşan dalga yüksekliği 2.5 m olarak hesaplanmıştır. Güncel taban topografyası için kurulan model üzerinde yapılan analizlerde ise çarpma zonunda oluşan maksimum dalga yüksekliği 35 m, karşı kıyıdaki ilerleme miktarları düşey ve yatay mesafeler için sırasıyla 97 ve 218 m, baraj gövdesine ulaşan dalga yüksekliği 4.5 m olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar yıllara bağlı olarak biriken sedimentin taban topografyasını değiştirdiği, bu durumun da dalga heyelan kaynaklı dalgaların yüksekliğini arttırdığı görülmüştür. Bu durum itki dalgası analizlerinde barajın ilk dönemki topografyası dikkate alınarak yapılacak analizlerin yanıltıcı olabileceğini, zamanla birikecek sediment dikkate alınarak analizlerin belirli aralıklarla tekrarlanması gerektiğini net olarak ortaya koymaktadır

Abstract:
Within the scope of the project, impulse waves that will occur as a result of the possible movement of the Hardısağır landslide in the Kurtün Dam Lake area were evaluated with 3D numerical simulations, and the effect of the floor topography, which changes depending on the sediment accumulation, on the propagation and physical properties of the impulse waves was modeled. Within the scope of the project, 3D analyzes were carried out using data from boreholes drilled by the State Water Works 22 Regional Directorate, the measurements made in the field and the data obtained from the laboratory experiments. A solid model representing the current land topography was created by using point clouds produced from orthophotos obtained from the General Command of Mapping and drone measurements in the field to be used in 3D analysis, and the current reservoir floor topography was produced by bathymetric measurements made on the lake using Multibeam Echosounder. The volume of the landslide mass that will flow into the lake area as a result of a possible movement has been calculated by three-dimensional limit equilibrium analysis, and the analysis of the impulse wave that will occur was carried out using numerical models based on 3D simulations. In the impulse wave analysis, in both cases, all boundary conditions were kept constant and only the floor topography was changed, and the maximum water level was accepted as 645 m in the analysis. As a result of the 3-dimensional limit equilibrium analysis, it was calculated that 875.240 m3 of material would flow into the reservoir as a result of a possible mass movement. As a result of bathymetric measurements made to obtain information about the current topography of the lake floor, it was determined that sediment accumulated between 3.05 and 23.23 m in different areas in the reservoir. In the 3-dimensional analyzes made using the solid model established for the floor topography of the dam in the first period when the dam started to hold water, the maximum wave height in the impact zone was calculated as 30 m, run-up on the opposite shore was calculated as 75 and 193 m for vertical and horizontal distances, respectively, and the wave height reaching the dam body was calculated as 2.5 m. In the analyzes made on the model established for the current floor topography, the maximum wave height in the impact zone was calculated as 35 m, the run-up on the opposite shore was calculated as 97 and 218 m for vertical and horizontal distances, respectively, and the wave height reaching the dam body was 4.5 m. The results showed that the sediment accumulated over the years changed the bottom topography, which in turn increased the height of the waves caused by landslides. This situation clearly reveals that the analyzes to be made by considering the floor topography of the dam lake in the first period in the impulse wave analyzes can be misleading, and the analyzes should be repeated at certain times considering the sediment that will accumulate over time.