Barajlarda farklı yaklaşımlar: Bartın Bahçecik yeraltı barajı örneği
Different approaches to dams: The case of Bartin Bahçecik underground dam
Yazar: HALİS YUSUF KILIÇ
Danışman: PROF. DR. TÜLAY EKEMEN KESKİN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Barajlar = Dams ; Jeomembranlar = Geomembranes ; Jeosentetikler = Geosynthetics ; Taşkın debisi = Flood flow ; Yer altı suyu beslenimi = Groundwater recharge

Özet:
Kuraklık, iklim değişikliği ve temiz su kaynaklarında yaşanan sıkıntıların her geçen gün daha da arttığı dünyamızda, yeni su politikaları ve su kontrol teknikleri önemini giderek artırmaktadır. Suyun temiz ve kullanılabilir şekilde kontrol altında tutulması, yönetilmesi ve geri kazanılması ciddi çalışmalar gerektirmektedir. Bu kapsamda son yıllarda önemi giderek artan yeraltı barajları ülkemiz için de önem arz etmektedir. Hali hazırda ülkemizde yapılmış, yapılmakta olan ve yapımı planlanan birçok yeraltı barajı bulunmaktadır. Farklı yapım yöntemlerine ve kullanım amaçlarına sahip olan bu barajlardan bir tanesi de yapımına 2020 yılında başlanan Bartın Bahçecik Yeraltı Barajıdır.

 Bu çalışmada, Bartın Bahçecik Yeraltı Barajı özelinde bir değerlendirme yapılmış olup; yeraltı barajları gövde tipleri ve Bahçecik Yeraltı Barajı gövde tipi olan Slurry-Trench (Bulamaç Hendeği-Plastik Beton) yöntemi hakkında bilgiler verilmiştir. Özellikle maliyet açısından daha ekonomik olabilecek ve özgün bir yaklaşım olarak çalışma bölgesine farklı derinliklerde (6 m, 11 m, 16 m) geosentetik/jeomembran bir gövde tipi önerilmiş ve ayrıca mevcut projeden hali hazırda alınan su miktarından bir miktar daha fazla su alınabilmesi amacıyla, su alma yapısının (drenaj boruları) yerleştirilme derinliğindeki artışa bağlı olarak su artış miktarlarına ve dolayısıyla da artan kazı kübajlarına dair hesaplamalar ve değerlendirmeler gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda mevcut projede ki kazı kübaj işlerine dair bilgi sahibi olabilmek ve su alma yapısının kotunun değişmesine bağlı olarak oluşacak ek kazı hacimlerini ve dolayısıyla ek maliyet hesaplamalarını ortaya koyabilmek amacıyla bir yazılım kullanılmıştır. Bu kapsamda mevcut Slurry-Trench geçirimsizlik perdesi hacmi, derivasyon kanalı hacmi, iletim/isale hattı kazı hacmi, drenaj borularının yerleştirilmesi için kazı hacmi ve bu tez kapsamında önerilen 3 farklı derinlikteki (6 m (mevcut), 11 m, 16 m) drenaj boruları kotunun değişimden kaynaklı olarak oluşan ek kazı hacmi ve maliyeti hesaplanmıştır.  Böylece mevcut kazı hacimleri; geçirimsizlik perdesi (başlık dahil) 3708,236 m³, derivasyon kanalı 135645 m³, isale hattı 21773 m³, drenaj alanı (6 m için) 113057 m³ olarak hesaplanmış olup, drenaj alanında kot değişimi yapılması durumunda 11 m derinlikteki kazı için 226520 m³ ve 16 m derinlikteki kazı için ise 336984 m³ olarak hesaplanmıştır. Bu durumda drenaj borusu kazı hacimlerinde 113463 m³ ve 223927 m³ artışların olacağı hesaplanmıştır. 

Mevcut Slurry-Trench gövde yüksekliği yaklaşık 5 m ile 26 m arasında değişmekte olup, etkili su alma yapısı olan drenaj borularının derinliği 6 m'dir.  Dupuit Denklemi kullanılarak akiferin önceki dönemlerde gerçekleştirilmiş arazi ölçüm bilgilerine göre tüm yıl boyunca doygun olacağı kabulü ile, 6 m'ye yerleştirilen drenaj boruları vasıtasıyla alınabilecek su miktarı 19 L/s olarak saptanırken, drenaj borularını kazı derinliği artışıyla alınabilecek su miktarları ise 30,04 L/s ve 36,16 L/s olarak öngörülmüştür.  
  
Bu çalışma kapsamında yüzeyden itibaren 6 m, 11 m ve 16 m olarak tasarlanan geosentetik/jeomembran gövde ve aynı derinliklerde tüm drenaj kazısı boyunca zemine uygulanacak geosentetik/jeomembran taban örtüsü tasarım önerisi, mevcutta olan 5-26 m Slurry-Trench gövde tipi ile kıyaslandığında; gövde derinliğinin daha az olarak tasarlanması, kullanılacak malzemelerin daha ekonomik olması ve işçiliğinin daha hızlı olması gibi sebeplerden dolayı daha ekonomik olarak değerlendirilmiştir. DSİ 23. Bölge Müdürlüğü ve ilgili uygulayıcı firmalardan alınan 2021 fiyat bilgilerine göre Slurry-Trench gövde tipinin yaklaşık olarak 18.100.100 TL (2.436.083 DOLAR) olduğu saptanmış olup, bu tez kapsamında önerilen 6 m, 11 m ve 16 m derinliklerdeki geosentetik tasarımlı yapıların ise aynı yılın fiyat bilgilerine göre ek kazı maliyetleri ile birlikte yaklaşık olarak sırasıyla 1.382.623 TL (186.086 DOLAR), 4.543.997 TL (611.574 DOLAR) ve 6.759.895 TL (909.811 DOLAR) olarak hesaplanmıştır. 

Ayrıca Bartın Bahçecik Yeraltı Barajı aksında Ovacuma Çayı Havzası'ndan kaynaklanabilecek taşkın afeti meydana gelmesi durumundaki taşkın yayılım alanlarının saptanabilmesi amacıyla çay üzerinde herhangi bir akım gözlem istasyonu bulunmadığı için yağış verileri kullanılarak bir yazılım yardımıyla DSİ Sentetik ve Mockus yöntemleri ile taşkın analizleri gerçekleştirilmiş ve DSİ Sentetik yöntemine göre 100 yıllık tekerrür süreli gelmesi muhtemel taşkın debisi 188,496 m³/s olarak hesaplanmıştır. Bu muhtemel taşkın debisine göre baraj rezervuarında mevcut arazi ve topografik şartlar altında yüzeysuyu seviyesi yükselişi yaklaşık olarak ortalama 1 -1,5 m olarak hesaplanmıştır. Bu durumda suların barajın hemen yakınında bulunan Karabük-Bartın Karayolunun bazı kesimlerini etkisi altına alabileceği, bu açıdan çeşitli tehlikeler doğurabileceği saptanmış olup, barajın karayolu ile yakınlaştığı kesimlerde taşkın düzenleme ve koruma yapılarının inşasının uygun olabileceği önerilmektedir.

Abstract:
In our world where drought, climate change and problems in clean water resources are increasing day by day, new water policies and water control techniques increase their importance. Keeping clean and usable water under control, management and recovery requires serious studies. In this context, underground dams, whose importance has been increasing in recent years, are also important for our country. Currently, there are many underground dams built, under construction and planned to be built in our country. One of these dams, which has different construction methods and usage purposes, is the Bartın Bahçecik Underground Dam, the construction of which started in 2020.

  In this study, an evaluation was made on the Bartın Bahçecik Underground Dam; information about the body types of underground dams and the Slurry-Trench (Slurry Trench-Plastic Concrete) method, which is the body type of Bahçecik Underground Dam. In particular, a geosynthetic/geomembrane body type at different depths (6 m, 11 m, 16 m) was proposed for the study area as a more cost-effective and original approach. Calculations and evaluations were carried out on the amount of water increase due to the increase in the depth of placement of the intake structure (drainage pipes), and therefore the increased excavation cubes. In this context, software was used in order to have information about the excavation and cubage works in the current project and to reveal the additional excavation volumes that will occur due to the change in the elevation of the water intake structure, and therefore additional cost calculations. In this context, the existing Slurry-Trench impermeable bulkhead volume, the diversion channel volume, the transmission/conveying line excavation volume, the excavation volume for the placement of drainage pipes and the drainage pipes of 3 different depths (6 m (existing), 11 m, 16 m) proposed within the scope of this thesis. The additional excavation volume and cost resulting from the change in elevation were calculated. Thus, the existing excavation volumes; The impermeability bulkhead (including the hood) is 3708,236 m³, the diversion channel is 135645 m³, the transmission line is 21773 m³, the drainage area (for 6 m) is 113057 m³. In the case of elevation change in the drainage area, it has been calculated as 226520 m³ for excavation at 11 m depth and 336984 m³, for excavation at 16 m depth.

The existing Slurry-Trench body height varies between approximately 5 m and 26 m, and the depth of the drainage pipes, which is an effective water intake structure, is 6 m. Assuming that the aquifer will be saturated throughout the year, using the Dupuit Equation, the amount of water that can be taken through the drainage pipes placed at 6 m is determined as 19 L/s, while the amount of water that can be taken through the drainage pipes with the increase in the excavation depth is 30,04 L/s. and 36,16 L/s.
  
Within the scope of this study, the geosynthetic/geomembrane body designed as 6 m, 11 m and 16 m from the surface and the geosynthetic/geomembrane base cover design proposal is to be applied to the ground throughout the entire drainage excavation at the same depths, when compared with the existing 5-26 m Slurry-Trench body type; It has been evaluated as more economical due to the reasons such as the design of the trunk depth is less, the materials to be used are more economical and the workmanship is faster. According to the 2021 price information obtained from the DSI 23rd Regional Directorate and the relevant implementing companies, the Slurry-Trench hull type was determined to be approximately 18.100.100 TL (2.436.083 DOLAR), and the geosynthetic design at 6 m, 11 m and 16 m depths recommended within the scope of this thesis. According to the price information of the buildings of the same year, the additional excavation costs were calculated as 1.382.623 TL (186.086 DOLAR), 4.543.997 TL (611.574 DOLAR) and 6.759.895 TL (909.810 DOLAR), respectively.

In addition, since there is no flow monitoring station on the stream, flood analyzes were carried out with the help of DSI Synthetic and Mockus methods with the help of software, in order to determine the flood propagation areas in the event of a flood disaster that may arise from the Ovacuma Stream Basin on the axis of the Bartın Bahçecik Underground Dam. According to the report, the possible flood flow rate of 100 years is calculated as 188,496 m³/s. According to this probable flood flow, the rise in surface water level in the dam reservoir under the existing land and topographic conditions has been calculated as approximately 1 -1,5 m. In this case, it has been determined that the waters may affect some parts of the Karabük-Bartın Highway, which is located in the immediate vicinity of the dam, and pose various dangers in this respect, and it is suggested that the construction of flood regulation and protection structures in the sections where the dam is close to the highway may be appropriate.