Atatürk baraj bendinin yıkılmasıyla oluşacak taşkın ve etkilerinin CBS yardımıyla incelenmesi
Investigation of the flows and effects as a result of Atatür dam break with the help of GIS
Yazar: TUĞBA ŞEN
Danışman: DOÇ. DR. HİMMET KARAMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Barajlar, suların biriktirilmesi amacıyla akarsu vadilerinde kurulan yapılardır. Dünya üzerinde düzensiz dağılım gösteren suların daha verimli kullanılabilmesi barajlar sayesinde gerçekleştirilebilmektedir. İnsanların su ve enerji ihtiyacının giderilmesi, tarım alanlarının sulanması ve hidroelektrik enerji üretimi gibi alanlarda barajlardan yararlanılmaktadır. Baraj yapıları gövde, göl alanı, dolu savak, dip savak, kret ve bent kısımlarından oluşmaktadır. Bent, barajlar üzerinde suların toplanmasını sağlayan bariyer kısımdır.
Birçok faydası bulunan barajlar ve yapısında bulunan bentler; suyun gövde üzerinden taşması, deprem ve terör gibi insan faaliyetleri sonucunda yıkılarak büyük kayıplara neden olan taşkınların oluşmasına neden olmaktadır. Barajlar taşkınların önlenmesi amacıyla inşa edilse de barajların yapımında yükseklik ve su debisi hesapları doğru yapılmadığında depolanan sular baraj seviyesini aşmaktadır. Bununla birlikte baraj yıkıldığında ise depolanan sular bir anda akarsu yatağını aşarak bölgenin sular altında kalmasına neden olmaktadır. Barajlarda çok büyük hacimde su depolandığından olası yıkılma ya da hasar görme durumunda meydana gelecek taşkın, çoğu zaman nehirlerde oluşacak taşkınların büyüklüğünden daha fazla olmaktadır.Taşkınlar meydana geldikleri bölge ve çevresinde can kayıplarına, yaralanmalara, toprak kaybına ya da toprağın kullanılamaz hale gelmesine, tarım arazilerinin ve hayvanların zarar görmesine, meskûn yerlerin ve altyapının hasar görmesine, ulaşımın ve iletişimin aksamasına, içme sularının kirlenmesine neden olmaktadır. Taşkından etkilenebilecek alanların önceden belirlenmesi, oluşabilecek kayıpların minimum düzeye düşürülmesi açısından büyük önem taşımaktadır.
Herhangi bir sebep ile baraj bentlerinde meydana gelebilecek yıkılma ya da kısmi hasar görme durumlarında oluşabilecek su baskını tehlikelerinin su miktarına ve bölgenin arazi koşullarına bağlı olarak risklerinin ve etki alanlarının belirlenmesinde Coğrafi Bilgi Sistemleri teknolojisinden yararlanılmaktadır. CBS teknolojisi programlarından Arcgıs programının Arcmap ara yüzü çalışmada kullanılmıştır. Arcmap, grafik ve grafik olmayan verilerin görüntülenmesi, güncellenmesi, sorgulanması, analiz edilmesi ve sonuçların raporlanması işlevlerini kullanıcıya kartografik sunumlar sağlayarak gerçekleştiren hidrografik modelleme programları ile entegre olarak çalışarak taşkın analizi ve haritalama işlemlerini gerçekleştirebilmektedir. Taşkın analizi işlemlerinde taşkın sularının modellenebilmesi için çeşitli yazılımlar mevcuttur. Hecras düzenli ve düzensiz akımlara ait modellemelerin yapıldığı, veri saklama ve yönetim kapasitesi olan hidrografik modelleme bir yazılımıdır. Hecras programında suyun 1 ve 2 boyutlu ilerleme simülasyonu bölgede belirlenen pürüzlülük değerleri, birim zamanda gelen debi, arazi topoğrafyası gibi veriler yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Hecras yazılımı ile CBS çalışmalarında kullanılan Arcgis yazılımı, Arcgis yazılımında bulunan Hec-georas modülü yardımıyla entegre bir şekilde çalışmaktadır.
Bu çalışmada, Türkiye'nin Güneydoğu Anadolu Bölgesinde bulunan ve en büyük baraj göllerinden biri olan Atatürk Barajında olası bir hasar meydaa gelmesi durumunda oluşacak taşkın incelenmiştir. Atatürk Barajı GAP'ın Aşağı Fırat Kolu kapsamında  kurulmuş üzerinde hidroelektrik enerji üretimi gerçekleştirilen barajdır. Barajın inşa edilmesiyle birlikte bölgede tarımsal faaliyetlerde büyük oranda artış görülmüş ve bölgedeki ekonomik faaliyetlerin hızlı bir şekilde artması sağlanmıştır. Baraj gövdesi, Şanlıurfa ve Adıyaman illeri arasında bulunmaktadır ve bölgede deprem riski taşıyan aktif fay hattı olan Doğu Anadolu Fay hattına ortalama 50 km uzaklıktadır. 
Çalışma doğrultusunda, Atatürk Baraj Bendinde kısmi hasar olması durumunda meydana gelebilecek taşkının Hecras programında modellenebilmesi için bölgeye ait SYM verisi temin edilmiş ve koordinat sistemi tanımlanmıştır. SYM yeryüzü topografik verilerinin 3 boyutlu gösterildiği, yükseklik bilgisi içeren raster verileridir. ASTER uydu görüntülerinden elde edilen SYM verileri elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinden termal kızıötesi bölgesine uzanan 14 farklı dalga boyunda görüntülerden oluşmuş ve yüksek çözünürlüğe (15m-90m ) sahiptirler. SYM üzerinde Atatürk Barajı ve Fırat Nehrine ait geometrik veriler oluşturulmuştur. Nehrin akış yönünün belirlenebilmesi için gerekli tanımlamalar yapılmıştır. Nehir yatağının topografik özelliklerini belirlemek amacıyla enkesit çizgileri nehri dik kesecek şekilde oluşturulmuştur.  Geometrik verilerin Hecras programında kullanılabilmesi için geometrik verilerin oluşturulmasında Arcmap programına eklenen Hec-georas modülü kullanılmıştır. Hazırlanan geometrik veriler üzerinde veri dönüştürme işlemi gerçekleştirilerek Hecras programına aktarılmıştır. Hecras ortamında geometrik verilerin doğru görüntülenebilmesi için birim seçme işlemi gerçekleştirilmiştir. Geometrik veriler üzerinde gerekli düzeltmeler yapılarak taşkın modellemesinin sınırlarının belirlnebilmesi için Baraj Mansap Bölgesi tanımlanmıştır. Baraj ile barajdan taşan suların yayılacağı alan arasındaki bağlantıyı sağylayacak yapı olarak baraj bendi tanımlanmıştır.
Geometrik verilerin hazırlandıktan sonra bölgeye ait hidrolik verilerin düzenlenmesi işlemi gerçekleştirilmiştir.  Bölgeye ait yağış ve debi verisi elde edilemediğinden barajın tamamen dolu olduğu ve bölgede yağış olmadığı varsayılmıştır. Meydana gelebilecek düzensiz akım analizine gerçekleştirecek bir taşkın senaryosu oluşturulmuştur. Senaryoya göre; Atatürk Baraj Bendinin yapısında gediklenme olduğu varsayılmıştır. Oluşacak gediğin genişliğinin hesaplanabilmesi için gedik alt kotu ve bent genişliği bilgileri tanımlanmıştır. Suyun Baraj ve mansap bölgesi arasındaki akış simülasyonunun oluşturulabilmesi için eğim hesaplanmıştır. Taşkın senaryosu oluşturulduktan sonra taşkın sularının akış simülasyonu elde edilmiştir. Taşkın simülasyonundan taşkın sularının hız ve derinlik bilgilerine ulaşılabilen görselleştirilmeler yapılmıştır.
Taşkın modelleme sonucunda 6 saatlik periyotlarla taşkın yayılım haritaları elde edilmiştir. Taşkından etkilenecek yerleşim bölgelerinin belirlenebilmesi amacıyla elde edilen taşkın yayılım haritaları Arcmap programına uygun hale getirilerek analiz işlemleri için CBS ortamına aktarılmıştır. Bölgede bulunan yapı türleri, toprak arazilerinin kullanım bilgilerine ait veriler kullanılarak analiz işlemleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda taşkından en fazla tarım arazilerinin etkileneceği görülmüştür. Atatürk Barajının kurulmasıyla artış gösteren tarımsal faaliyetlerin zarar göreceği ve bölge ekonomisini kötü etkileyeceği tespit edilmiştir. Bununla birlikte Atatürk Barajının yakın çevresinde yerleşim yerlerinin çok fazla olmadığı görülmüştür. Ayrıca taşkın sularının 24 saatten daha kısa sürede Birecik Barajına ulaşacağı ve ikinci bir baraj taşkınına neden olabileceği tespit edilmiştir. Bu nedenle taşkın analizi işlemleri 21 saati kapsayacak şekilde oluşturulmuştur.

Abstract:
Dams are structures established in river valleys for the purpose of accumulating water. Dams can make more efficient use of the disordered waters on earth. Dams are utilized in areas such as water and energy needs of people, irrigation of agricultural areas and hydroelectric power generation. Dam structures consist of body, lake area, filled sluice, bottom sluice, crest and enbankment portions. The enbankment is the part of the barrier that allows water to collect on dams.
Although there are many benefits of dams, flooding of water through the hull can result in floods resulting in great losses by collapsing as a result of earthquakes and human activities such as terror. Although dams are built to prevent flooding, when height and water flow calculations are not performed correctly in the construction of dams, the stored water exceeds the dam level. However, when the dam is demolished, the stored water overflows the stream bed at a time, causing the area to be flooded. Since the dams store large volumes of water, the flood that will occur in the event of possible collapse or damage is often more than the size of the flood that will occur in the rivers. Floods in and around the area they draw from deaths, injuries, soil, or unusable soil loss of agricultural land and animals, causing damage to housing and damage to infrastructure, disruption to transport and communication, leads to the pollution of drinking water. Determining the areas that may be affected by flooding in advance is of great importance in order to minimize the losses that may occur.
Geographical Information Systems technology is used to determine the risks and impact areas of flood hazards that may occur in case of collapse or partial damage in dam embankments for any reason, depending on the amount of water and the terrain conditions of the region. Arcmap interface of GIS technology program Arcgis is used in the study. Arcmap is able to perform flood analysis and mapping operations by integrating hydrographic modeling programs that provide graphical and non-graphical data viewing, updating, querying, analyzing and reporting of results by providing cartographic presentations to the user. Various software is available for modeling flood waters in flood analysis processes. Hecras is a hydrographic modeling software with data storage and management capacity where steady and unsteady flows are modeled. In Hecras program, 1 and 2 dimensional progress simulation of water is performed with the help of data such as roughness values determined in the region, flow rate per unit time, land topography. Arcgis software used in Hecras software and GIS works integrally with the help of Hec-georas module in Arcgis software.
In this study, Atatürk Dam is located in the Southeastern Anatolia Region of Turkey and one of the largest dam will occur in case of a possible flood damage occurred examined. Atatürk Dam is a dam that was established within the scope of the Lower Euphrates part of the GAP region. With the construction of the dam, agricultural activities in the region have increased considerably and economic activities in the region have increased rapidly. The dam body is located between Şanlıurfa and Adıyaman provinces and is 50 km away from the East Anatolian Fault Line, which is an active fault line with earthquake risk in the region.
In the direction of the study, in order to model the flood that may occur in the event of partial damage in the Atatürk Dam level in the hecras program, the DEM data for the region was provided and the coordinate system was defined. DEM is a 3 dimensional representation of Earth topographic data, raster data containing altitude information. The DEM data obtained from ASTER satellite images are made up of 14 different wavelength images extending from the visible region of the electromagnetic spectrum to the thermal infrared region and have a high resolution (15m-90m). Geometric data of Atatürk Dam and Euphrates River were created on the SYM. Necessary definitions have been made to determine the flow direction of the river. In order to determine the topographical features of the river bed, the lines of the cutlines were formed to cut the river steeply.  In order for geometric data to be used in Hecras program, the HEC-georas module added to Arcmap program was used to create geometric data. The data conversion process was carried out on the prepared geometric data and transferred to hecras program. In order to display the geometric data correctly in the Hecras environment, unit selection was performed. In order to determine the limits of flood modeling by making necessary corrections on the geometric data, the downstream zone of the dam was defined. The dam is defined as the structure that will provide the connection between the dam and the area where the flood waters will spread. 
After the geometric data has been prepared, the hydraulic data for the region has been arranged. Since the precipitation and flow data of the region could not be obtained, it was assumed that the dam was fully filled and there was no rainfall in the region. A flood scenario has been created to perform unsteady flow analysis. According to the scenario; it was assumed that there was a breach in the structure of Atatürk Dam Enbankment. In order to calculate the width of the breach to be formed, breach bottom elevation and weir width information were defined. The slope was calculated to create a flow simulation between the dam and the downstream area of the water. After the flood scenario was created, flow simulation of flood waters was obtained. Visualizations were made from the flood simulation where speed and depth information of the floodwaters could be accessed.
As a result of flood modeling, flood propagation maps were obtained at 6 hour intervals. In order to determine the settlements to be affected by the flood, the flood propagation maps were adapted to Arcmap and transferred to the GIS environment for analysis. Analysis operations were carried out using data related to building types and usage information of soil plots in the region. As a result of the analyzes, it was seen that the agricultural lands will be affected the most from the flood. It has been determined that agricultural activities, which have increased with the establishment of Atatürk Dam, will suffer and affect the economy of the region badly. However, it is observed that there are not many settlements in the immediate vicinity of Atatürk Dam. Flood waters were found to have a depth of over 90 m in the river bed and as the flood waters progressed the depth in areas close to the dam began to decrease over time, but still floodplains with a depth of more than 30 m were found. The flood waters reached the villages of Şanlıurfa and Adıyaman provinces at a depth of more than 50 m. It was also determined that the flood waters would reach the Birecik Dam in less than 24 hours and cause a second flood. Therefore,  flood analysis operations have been set up to cover 21 hours.
In the flood analysis studies, using GIS technology, both the possibility of further analysis on the studies and the results are provided to be more understandable and visually expressable.