Barajların buharlaşma ve sediment etkisi altında işletme performanslarının değerlendirilmesi
Evaluation of operation performance of dams under the evaporation and sediment impacts
Yazar: MURAT PINARLIK
Danışman: PROF. DR. ZELİHA SELEK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dünya genelinde oluşan su talebindeki artış ve iklim değişikliği ile birlikte su kaynaklarında meydana gelen azalmalar, barajların önemini daha da arttırmıştır. Baraj rezervuarları, doğal su kaynaklarının depolanması, düzenlenmesi ve kontrol edilmesi için oluşturulmuş su kütleleridir. Rezervuar kapasitelerinin büyüklüğünün belirlenmesinde rezervuara gelen su miktarı ve su talebi önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, buharlaşma ve sedimantasyonun rezervuar işletme performasına etkisi oldukça fazladır. Buharlaşmanın ve sedimantasyonun rezervuarın işletme performansı üzerindeki olumsuz etkisinin incelenmesi büyük önem arz etmektedir. Baraj planlamalarında genellikle sedimantasyonun ölü hacimde birikeceği varsayılmaktadır. Halbuki gerçekte, baraj aktif hacimleri de sedimantasyondan önemli oranda etkilenmektedir. Bu durum, işletme ömrü boyunca barajlardan beklenen faydanın elde edilememesine neden olabilmektedir. Ayrıca, buharlaşma da barajların işletme performansını önemli derecede etkilemektedir. Bu çalışmada, buharlaşma ve sedimantasyonun rezervuarların işletme performansı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Çalışma alanı olarak Yeşilırmak Havzasında yer alan yedi adet baraj ele alınmıştır. Bu barajlar; taşkın kontrolü, hidroelektrik enerjisi, sulama, içme ve endüstriyel su kaynağı gibi çeşitli amaçlara hizmet etmektedir. Bu ihtiyaçları karşılamak için rezervuarların sahip olması gereken minimum su kapasitesi tahminleri Sıralı Tepeler Algoritması (STA) kullanılarak yapılmıştır. İşletme performansları davranış analizi yardımıyla; zamana ve hacme bağlı güvenilirlik, iyileşebilirlik, maksimum eksiklik miktarı ve sürdürülebilirlik kriterleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Ayrıca, her bir rezervuar için WEAP (Water Evaluation And Planning System) modeli oluşturulmuştur. Modeller, davranış analizi sonuçları ve ölçülmüş rezervuar hacimleri ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlardan; hem buharlaşmanın hem de sedimantasyonun planlama aşamasında göz ardı edilmesinin rezervuarın gelecekteki işletme performası üzerinde olumsuz bir etkiye sebep olduğu ve bu havza özelinde buharlaşma etkisinin çok daha önemli olduğu görülmüştür. Analiz sonuçlarına etki eden etmenler tespit edilmiş ve planlama sürecine hem buharlaşma hem de sedimantasyon eklenmiştir. Böylece, bu iki etkenin rezervuar işletme performansına olan etkilerinin azalması ön görülmüştür.

Abstract:
The increase in water demand worldwide and the decrease in water resources with the climate change have further increased the importance of dams. Dam reservoirs are bodies of water created for the storage, regulation and control of natural water resources. The amount of inflow to the reservoir and the demand play an important role in determining the size of the reservoir capacities. However, the effect of evaporation and sedimentation on reservoir operating performance is very high. It is of great importance to investigate the negative impact of evaporation and sedimentation on the operating performance of the reservoir. In dam planning, it is generally assumed that sedimentation will accumulate in dead volume. Whereas, dam active volumes are also significantly affected by sedimentation in reality. This situation may cause to not get the expected benefit from dams throughout the life of the operation. Besides, evaporation significantly affects the operational performance of dams. In this study, the effect of evaporation and sedimentation on the operating performance of the reservoirs was analyzed. Seven dams in Yeşilırmak Basin have been considered as study areas. These dams serve various purposes such as flood control, hydroelectric power, irrigation, drinking and industrial water supply. To meet these demands, the required minimum water capacity of reservoirs was estimated using the Sequent Peak Algorithm (SPA). The operation performances were characterized by time and volumetric reliability, resilience, vulnerability and sustainability criteria using behaviour analysis. Moreover, WEAP (Water Evaluation And Planning System) model was created for each reservoir. Models were compared with behaviour analysis results and measured reservoir volumes. From the results obtained; it was observed that ignoring both evaporation and sedimentation at the planning stage had a negative effect on the future operational performance of the reservoir and the evaporation effect  was much more important in this basin. Impacts affecting the analysis results were determined and both evaporation and sedimentation were added to the planning process. Thus, it is predicted that the effects of these two factors on reservoir operation performance will decrease.