Rezervuarların basınçlı yıkanması sonucu oluşan oyulma çukuru geometrisinin incelenmesi
Investigation of scour hole geometry due to pressurized flushing of reservoirs
Yazar: AHMED BATUHAN EROĞLU
Danışman: PROF. DR. KEREM TAŞTAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Rezervuar sedimantasyonu = Reservoir sedimentation

Özet:
Baraj göllerinin sedimentle dolması sonucu depolama kapasitelerinin azalması, barajların işletilmesi konusunda yaşanabilecek problemlerin başında gelmektedir. Bu sebeple, baraj gölüne girecek sedimenti azaltmak veya birikmiş sedimenti uzaklaştırmak başlıca hedeflerdendir. Baraj gölünde biriken sedimentin, dipsavaklar vasıtasıyla mansaba bırakılması yöntemiyle (sediment yıkama/sediment flushing) baraj gölünden uzaklaştırılması alınabilecek tedbirlerden birisidir. Sediment yıkama yöntemlerinden biri olan basınçlı yıkamada (pressurized flushing) su seviyesi yüksek bir kotta sabit tutularak dipsavak çevresindeki bölge sedimentten arındırılır. Bu yöntemde dipsavak çevresinde bir oyulma konisi gözlenir. Oyulma konisinin oluşumunun zamanla değişimi, uzunluğu, genişliği ve uzaklaştırılan sedimentin toplam hacmi gibi konuları inceleyen birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalarda, barajın memba eğiminin, dipsavağın tabana ve baraj duvarına göre konumunun oyulma çukurunun geometrik karakteristikleri üzerinde etkisi detaylı olarak incelenmemiştir. Bu çalışma kapsamında ise oyulma çukuru geometrisi ve çukur hacmi üzerinde çıkış yapısı merkezinin tabana ve baraj duvarına olan mesafelerinin ve baraj memba eğimimin etkileri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar, densimetrik Froude sayısının, çıkış yapısı merkezi ile ölü son duvarı arasındaki mesafenin ve ölü son duvarının düşeyle yaptığı açının artışının oyulma çukuru hacmini ve dolayısıyla uzaklaştırılan sediment miktarını arttırdığını göstermiştir. Öte yandan çıkış yapısının tabana olan mesafesinin azalmasının uzaklaştırılan sediment miktarını arttırdığı, çıkış yapısı boşluk oranının ise pompa ile sabit debi çekilen deneylerde incelenen duruma olumlu bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Elde edilen ampirik denklemlerden hesaplanan değerler ile deneysel sonuçlar arasındaki uyum da deneylerin uygulama sınırları içinde tatmin edici ölçüdedir.  Yapılan deneyler, ayrıca bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı ile sayısal olarak da modellenmiştir. Shields sayısının kalibrasyon parametresi olarak kullanılması ile yapılan nümerik analizlerde, deneylerde elde edilen oyulma çukuru karakteristiklerine yakın değerler elde edilebildiği görülmüştür.

Abstract:
One of the main problems that can occur when operating a dam is that the reservoir fills with sediment over time. Preventing the sediment accumulation within the reservoirs is one of the main objectives in operating the dams. Sediment flushing is one of the measures that can be taken in order to remove the accumulated sediment from the dam reservoir. In pressurized flushing, the water level is kept constant at a high elevation and the area around the bottom outlet is cleared of sediment. A scour cone is observed around the bottom outlet in this method. There are many studies that examine the variations in the formation of the scour cone over time, its length, width and the total volume of the removed sediment. In these studies, the effects of dam upstream slope and the position of the bottom outlet relative to the bottom and dam wall on the geometric characteristics of the scour hole were not investigated in detail. Within the scope of the thesis, the effects of the distance of the center of the outlet structure to the bottom and the dam wall and the upstream slope of the dam on the scour hole geometry and scour volume were investigated experimentally and numerically. The results obtained from the experimental study showed that the increase in the densimetric Froude number, the distance between the center of the outlet structure and the dead-end wall along with the angle of the upstream wall with the vertical increase the scour volume and thus the amount of removed sediment. On the other hand, it was observed that the decrease in the distance between the outlet structure and the bottom increases the removed sediment volume, while the void ratio of the outlet structure does not have a positive effect for the pumped discharging at a constant flow rate. The consistency of the values calculated from the obtained empirical equations and the experimental results is also satisfactory. The experiments were also numerically modeled with a computational fluid dynamics software. By using the Shields number as a calibration parameter, it has been observed that good agreement for scour hole characteristics was obtained between numerical and experimental results.