Barajlar ve Önemi

BARAJLAR VE ÖNEMİ
Türkiye’nin içinde bulunduğu ekonomik ve teknik koşullara bağlı olarak sorunlarından birisi de elektrik enerjisinin miktarıdır.

Kömür, linyit, ****, petrol, doğal gaz ve su enerjisi gibi enerji kaynaklarının önemi elbette ki tartışılamaz ama su kaynaklarından enerji yönünden faydalanma hususunun ayrı bir özelliği vardır. Çünkü ülkemizin sahip olduğu en ucuz enerji kaynağı olan su onu kullanmadığımız her saniye boşa akıp gidiyor.
Türkiye’nin elektrik enerjisini şu anda %60‘ı doğalgaz kaynaklarınca üretiliyor.HES potansiyeline bakacak olursak; yeterli doneye sahip olmadığımız 1930’lu yıllarda HES potansiyelimiz 10 milyon KW/saat olarak ölçülmüştür.1970 ten bu yana ise HES potansiyelimiz 450 milyar KW/saat’e ulaşmıştır. Bu değer teknolojik olarak 250 milyar KW/saat’e kadar düşüyor.Yani ekonomik olarak Türkiye’nin HES potansiyeli toplam 155 milyar KW/saattir.
Ancak bu değerin sadece %30-35’ ini üretebilme imkanına sahip gibi görünsek de HES’lerimizin inşaat yerinden dolayı seviyeleri düşük olduğundan ülkemiz sahip olduğu HES potansiyelin %20-25’ni üretebiliyor.İşte bu nedenlerden dolayı hidroelektrik santraller geliştirilmeli ve sayıları mümkün olduğunca çoğaltılmalı ülkemize ve bölgelerimize uygun baraj tipleri araştırılarak kurduğumuz Hidroelektrik Santrallerin maksimum verimle çalışması sağlanmalıdır.
İnsanoğlunun yaşamında vazgeçemediği dört unsur vardır. Su, hava, güneş ve toprak. Bu unsurlardan suyun, gezegenimizin dörtte üçünü meydana getirdiğini düşünürsek su kaynaklarının yaşamımızdaki önemi daha iyi anlaşılabilir.
Su kaynakları ile su ihtiyaçları birçok şekilde yapılabilir. Su teminin su ihtiyaçlarının, istenilen yönde, istenilen kalitede ve istenilen miktarda karşılanması gerekir. Bu dört baz üzerinde yapılacak çalışmalarda yetersizliklerle karşılaşabilir. Mesela su yetersiz olur veya zaman içindeki dağılımı ihtiyacı istenilen zamanda karşılayamaz.
Suyu doğrudan doğruya akarsudan alan bir şehrin içme suyu, sulama, hidroelektrik veya başka bir maksat için yapılan tesisleri debinin azalması durumunda devreden çıkabilir. Yaz aylarında kuruyan bir akarsu daha sonraki aylarda daha şiddetli yağmur ve kar yağışı ile çevreye zarar verebilir. Bütün bu amaçlar için baraj hazneleri yapılır.

Bir Barajı Oluşturan Unsurlar:
Gövde: Suyu arkasında toplayan irtifa sağlayan elemandır.
Dolusavak: Membadan gelen fazla suyu mansaba aktaran kısımdır. Dolusavaklar gövdenin üzerinde veya ayrı olabilir.
Su Alma Tesisleri: Suyun amacına uygun olarak kullanılabilmesi için baraj gölünden su alınmasında kullanılır.
Diğer Unsurlar: Dipsavaklar ,balık geçitleri, akarsu üzerinde navigasyon için yapılan havuzlardır
Bir baraj yapımı için çalışmalar çeşitli safhalardan meydana gelir. Önce istikşaf çalışmaları yapılır. Bu çalışmalarda bölgenin su ihtiyacı belirlenir. Burada göz önünde bulundurması gerekli olan husus hangi alternatifin daha ekonomik olduğudur. Bu çalışmaların aşamasında sıra, baraj yerinin tespitine gelinmiştir. Baraj yerinin seçiminde bazı hususlar dikkate alınması gereklidir. Bölgenin topoğrafyası, zeminin ve göl sahasının jeolojisi, istimlak bedeli, ekonomik olması bakımından bölgede inşaat malzemesinin mevcudiyeti, biriktirilecek suyun kalitesi, dolusavak yerleştirme durumu, yol durumu, gibi faktörler değerlendirilerek ekonomik mukayese ile baraj yerinde karar verilmelidir.
1 . BARAJ YERİNİN SEÇİMİ
TOPOĞRAFYA :
Baraj yeri seçimi harita üzerinde vadinin daralaştığı yerlerin tespiti ve bu yerlerin arazide darlaşarak görülmesiyle başlar. Arazi için en uygun yerler arkalarında büyük kapasiteli hazneleri teşkilinde imkan verecek darboğazlardır. Bunun yanında dolusavak maliyeti de önemlidir. Çünkü dolusavak maliyeti baraj maliyetine yakın hatta daha fazla tutabilir.Bu iki unsur karşılaştırılarak baraj yeri tespit edilmelidir. Dolusavak tip ve yeri ile baraj yer ve tipi doğrudan doğruya ilgilidir. Dolusavak için müsait yerin bulunması baraj yeri seçimine tesir eder.
Barajın aktif depolama kapasitesi buharlaşma kayıplarına bağlı olarak değişir. Göl alanı ne kadar geniş olursa buharlaşma miktarı o kadar fazla olur. Bu bakımdan tabanı düz derin vadiler daha uygundur.

İSTİMLAK VE ALTYAPI:
Su altında kalan meskenlerin ve arazilerin istimlak bedelleri ve sanayi tesislerinin, yol, demiryolu, köprü ,yüksek gerilim hatları, telekominikasyon hatları gibi altyapı tesislerin su altında kalması halinde bunların başka yerlere taşınması önemli masraflara yol açarlar. Baraj yeri seçilirken maliyet hesaplarında bütün masrafların dikkate alınması gerekir.
JEOLOJİK YAPI :
Baraj ve hazne yerinin jeolojik yapısı emniyete ve fonksiyona tesir eden en önemli faktörlerdir. Zemin üzerindeki ağır yapıyı taşıyacak sağlamlıkta ve az geçirimli olması gereklidir. Çünkü zeminlerin temel maliyetleri geçirimli zeminlerin sızma problemleri baraj maliyetini çok arttırabilir. Karstik arazilerde yapılan pek çok baraj su tutmamış ve geçirimsizliği zemini için aşırı yatırım gerektirdiğinde iş görmez hale gelmiştir.
MALZEME OCAKLARININ UZAKLIĞI:
Mevcut yollardan faydalanılarak taşınacak olsa bile malzeme nakliye masrafları baraj maliyetini çok arttırabilir. Yer seçiminde istenilen özelliklere sahip yeterli miktarlarda malzemenin yakın çevrelerde bulunmasına dikkat edilir.
ULAŞIM VE PERSONEL İMKANI:
Baraj yerinin mevcut yolların yakınında bulunması yeni yol yapımı için gerekli masrafların minimum olmasını sağlar. Mevcut yollardan ekonomik şekilde yararlanmak mümkün değilse yeni yol yapımı için yapılacak masraflar minimum olmalıdır. Baraj şantiyeside çalışacak personelin iskanı ve ihtiyaçlarının kolay giderilmesi de yer seçimine tesir eden bir faktördür.
KATI MADDE DEBİSİ:
Akarsular aynı zamanda akan sedimentler olduğuna göre depolama inşaatı katı madde debisinin göz önüne alınması gerekir. Katı madde birikiminin baraj kapasitesinin azaltacağı açıktır. Katı madde birikimi için teksip edilen ölü hacim büyüklüğü baraj ömrüne ve maliyetine tesir eden bir faktördür. Ölü hacim dışında çökelen katı madde ise barajın faydalı kapasitesini azaltır. Bu sebeple akarsu taşıdığı katı madde miktarı baraj yeri seçiminde dikkate alınması gerekir.

DERİVASYON KOLAYLIĞI:
Akarsuyun inşaat sırasında uzaklaştırılmasına derivasyon denir. Derivasyon bir tünel veya kanalla sağlanır. Suyun derivasyon kanal veya tüneline inşaat sahasına hiç su akmamasının sağlanması için batardo denilen alçak barajlar da gerekir. Baraj yerinin ucuz derivasyona olanak vermesi de istenir.
2. BARAJLARIN YAPI TÜRLERİNE GÖRE SINIFLANDIRILMASI

AĞIRLIK BARAJLAR:
Kütle beton veya kagir olarak inşa edilen maruz kaldıkları, kuvvetlere kendi ağırlığı ile dayanabilen barajlara ağırlık barajlar denilebilir. Dik üçgen şeklindedir. Setin tavanı devrilme, kayma ve zemin çökmelerine meydan vermeyecek denge şartlarına sağlayacak şekildedir. Planları genelde doğrusal, bazen de kavisli olarak teşkil edilir.
Baraj tabanından sızan suların kaldırma etkisini azaltmak maksadıyla boşluklu bir şekilde inşa edilmiş ağırlık barajlarına boşluklu ağırlık barajları denir.
PAYANDALI BARAJLAR:

Geçirimsiz bir memba yüzü döşemesiyle bunu taşıyan bir dizi payendadan meydana gelen barajlara payandalı barajlar denir.
Payandalı Barajların Üstünlükleri :

Eğik memba yüzü üzerindeki suyun üzerindeki suyun ağırlığı stabiliteye önemli katkıda bulunabilir.
Ayaklar arasındaki tabii zeminden taban suyu kolayca sızabileceği için payandaların maruz kaldığı taban su basıncı ağırlık barajların maruz kaldığı taban su basıncına nazaran az olur.
Baraj yükseklik ve tipine bağlı olarak alternatif bir ağırlık barajı için gerekli malzemenin % 30- %70’i yeterlidir.
Payandalı Barajların Sakıncaları:

Nispeten esnektirler ve temelde meydana gelecek cüz’i farklı oturmalara uyabilirler. Fakat farklı kısımlarda büyük oturma farkları olduğu taktirde yıkılma tehlikesi var.
Malzeme tasarrufu her zaman payandalı barajların daha ucuz olacağı anlamına gelmez.çünkü yüksek dozlu beton, çok fazla kalıp ve işçilik gerektirirler.ayrıca payandalı barajların bütün elemanları betonarme yapılır.
Büyük gözeneklere nüfuz eden suyun donup çözülmesi betonun çözülmesine neden olur.
Elemanları narin olan payandalı barajlarda üstten su aşması halinde meydana gelecek titreşimler tehlikeli olabilir.

PAYANDALI BARAJ TİPLERİ:

TABLİYELİ : Suyu tutan baraj elemanı aşağı doğru çoklaşan beton ar bir tabliyedir.
BAŞLIKLI – PAYANDALI: Tabliyeli tipte çekme gerilmelerinin meydana gelişi ve bol teçhizat kullanma zarureti önemli bir mahsurdur.
ÇOK KEMERLİ : Bu tip barajlar birçok tonoz ile dayandığı payandalardan oluşur. Tonoz kesiti, daire, bileşik eğri, parabol veya elips yayları olabilir.
KEMER BARAJLAR: Kemer barajlar maruz kaldıkları yükün büyük kısmını yatay istikamette vadi yamaçlarına ileten eğri planlı yapılardır. İnşa edildikleri vadide yamaçların, barajların kemer gibi çalışmasından doğan normal gerilmelere dayanacak sağlamlıkta olmalıdır. İdeal olarak bir kemer barajın bütün su yükünü basınç halinde yamaçlara iletmesi ve betonu her noktada emniyet gerilmesinde çalışması hedef alınır. Fakat mevki şartları ve inşaat güçlüklerinin doğurduğu kısıtlamalar bu hedeflerin tam gerçekleştirilmesinin imkansızlaştırmaktadır. Dolayısıyla projeci bu ideale mümkün olduğu kadar yaklaştırmaktadır.
Kemer tesiri hesaba katılarak projelendirilmesi eğri planlı ağırlık barajlarda vardır. Böyle barajlara kemer ağırlık barajlar denir. KARAKAYA BARAJI bu şekilde yapılmış bir barajdır. Kemer barajlar ağırlık ve payandalı barajlara göre sadece daha ekonomik olmayıp aynı zamanda daha da emniyetlidir.

KEMER BARAJ TİPLERİ:

SABİT MERKEZLİ KEMER BARAJLAR:En basit kemer baraj tipidir.memba yüzü düşey silindirik,mansab yüzeyi konik bir biçime sahiptir.
SABİT MERKEZ AÇILI KEMER BARAJLAR: Sabit merkezli kemer barajlarda merkez açıları tepeden tabana doğru küçülür.Sabit merkez açılı kemer barajlarda kaburgaların merkez açıları sabittir.böylelikle en az beton ile inşa edilebilirler.
DEĞİŞKEN AÇI VE DEĞİŞKEN YARIÇAPLI KEMER BARAJLAR:Hem merkezleri hem de merkez açıları değişken olan kemer barajlarıdır.
DOLGU BARAJLAR
MEMBA YÜZÜ BETON KAPLAMALI KAYA DOLGU BARAJLAR.
Kaya dolgu barajlar yapımlarının pratik olması, ekonomik olması, her türlü arazi koşullarına uyum sağlaması, güvenilir olmaları yönünden tercih edilmektedir.Deneyimler ve tecrübeler göstermiştir ki bugüne kadar hiçbir kaya dolgu baraj yıkılmamıştır.
Kaya dolgu barajları üç grupta inceleyebiliriz.
1. Merkez kil çekirdekli kaya dolgu barajlar
2. Eğimli kil çekirdekli kaya dolgu barajlar
3. Memba yüzü beton veya asfalt kaplı kaya dolgu barajlar
Önyüzü beton kaplı kaya dolgu barajlar 1970 yılından sonra çok popüler olup, bütün dünyada uygulanmaktadır.Bu tip barajların yaygın kullanılmasının pek çok nedeni vardır bunlardan bazıları şöyledir; sıkıştırılmış kaya dolgu inşası ve derz detayları ile yığma kaya dolgu barajlarda gözlenen aşırı oturmaların ve su kaçağı gibi problemlerin olmaması, maliyetlerinin daha uygun olmasıdır.
Bugün böyle inşa edilen 40 adet baraj vardır.Bunlardan biride 200 m yüksekliğindedir. Bu barajlar ABD, Venezuella, Tayland, Avustralya, Kolombiya, Hindistan ve Brezilya’dadır.
Hangi şartlarda uygulanabilir;
Memba yüzü beton kaplamalı kaya dolgu barajlar dar vadiler için çok uygun ve ekonomiktir.
Mükemmel statik stabilitesinin yanında sismik yüklemelere karşıda özellikle yüksek rezistans gösterir.Bu sebeple, deprem bölgeleri için ideal bir baraj tipidir.
Her türlü iklim ve yükseklikte uygulanabilir.
Oturmalar göz önüne alındığında sağlam temel koşullarına ihtiyaç vardır.
Geçirimsiz malzemenin yetersiz ve uzak olduğu baraj yerlerinde en ekonomik çözümü getirir.
Beton kaplamadakullanılan çelik donatının miktarı kaya dolgusunun çeşidine bağlı olarak her iki yönde %0.3 ile %0.5 arasında değişir.
Yatay derzlere izin verilmez..
Düşey derzlerin arasına bir kat yerine iki kat bakır veya plastik su tutucu konarak su kaçaklarına karşı emniyet faktörü artırılabilir.

KAYA DOLGU BARAJLAR

Kaya dolgu barajlarda toprak dolgu barajlar gibi kaya çakıl ve toprak v.b doğal malzeme ile inşa edilen barajlardır.Uluslararası büyük barajlar komisyonunda kabul edilen tanıma göre dolgunun %50 ’den fazlası kaya ile teşkil edildiği takdirde baraj kaya dolgu baraj adını alır.
18. asrın sonlarında 1930’ ların ortalarına kadar pek çok kaya dolgu baraj inşa edilmiş olmakla birlikte büyük miktarda kayanın temin edilip doldurulmasının pahalı oluşu nedeniyle uygulanan bir tip olma özelliğini bir ara kaybetmiş olup 1960’ dan sonra yeniden gelişme imkanı bulmuştur.Çünkü 1930-1960 arasından pek çok barajın yapılmış olması sonraları uzak baraj yerlerinin değerlendirilmesini gerektirirken kaya dolgu barajlara yeniden cazibe kazandırmıştır.
Kaya dolgu barajların ekonomik olabilme şartları:
1. Baraj yerinin uzak olması dolayısıyla beton baraj için malzeme aklinin
2. pahalı ve kalifiye beton işçisi temininin zor ve pahalı oluşu.
3. Yakın çevrede uygun vasıflı kayanın bol bulunması veya tünel, dolu savak gibi yapıların hafriyatından bol miktarda kayanın çıkması buna karşılık toprak dolgu malzemesinin kolay temin edilemeyişi.
4. İnşaat mevsiminin kısa olması, yani iklim şartlarının bir beton baraj inşaatının kısa sürede tamamlanmasına mani olması.
5. Yağışlı sürelerin uzun olması dolayısıyla toprak dolgu inşaatının da kısa sürede tamamlanamayışı.
6. Barajın sonradan yükseltilecek şekilde planlanması yani, iki kademe inşa edilecek şekilde planlanması.
7. Dolgunun mevzi oturmalarına çatlamadan uyabilme kabiliyetine sahip olması.
Gerek beton gerekse asfalt betonu memba diyaframlarının bir parafuy vasıtası ile uzatılması sızmayı azaltmak için ve diyaframın stabilitesi için gerekli görülmektedir. Temel sağlam kaya olduğu taktirde parafuyun boyutları en az (1*1 m) olmalıdır.Temelin geçirimli olması halinde baraj memba eteği boyunca bir enjeksiyon perdesi yapmak gerekir.Parafuy bu perdenin teşkili içinde taban oluşturur.

DİYAFRAMLI KAYA DOLGU BARAJLAR

Beton, betonarme, çelik asfalt gibi malzemelerden yapılırlar.Betondan yapılan diyaframlar uzun ömürlü olduklarından ve çatlama anında kaya dolgunun hasarına yol açmadığından barajın stabilitesi esas itibariyle temel ve kayanın mukavemetine bağlıdır.
Tamamen harap olmuş bir diyaframlı kaya dolgu barajın kaydına rastlanmamıştır. Bazı diyaframda küçük çatlaklar teşekkül etmiş ve önemli sızmalara yol açmış fakat kaya dolgunun zarar görmeden önemli büyüklüklerde akımları geçirebilme özelliği sayesinde baraj zarar görmemiştir.
Diyaframda çimento yerine asfalt kullanılması esnekliği artırır.Asfalt betonundan bir diyafram şunu sağlamalıdır;
1-Seçilen eğimde stabil olmalı.
2-Dayanıklı , uzun ömürlü olmalı.
3-Yeterince geçirimsiz olmalı.
4-Su basıncına, dalga etkisine ve yüzen maddelerin çarpmasına karşı mukavim olmalı.
5-Diyafram altında dolguda yeterli drenaj imkanı bulunmalı.

3. HİDROELEKTRİK SANTRALLERİ

Bir ülkenin kömür, linyit, petrol, doğalgaz ve su enerjisi gibi enerji kaynakları arasında su kaynaklarında enerji yönünden faydalanama hususunun ayrı bir özelliği vardır. Hidroelektrik santrallerin dışında kalan diğer santrallerde (termik ve nükleer) kullanılan primer enerji kaynakları belli bir süre sonra tükenecektir. Bu primer enerji kaynakları kullanımı ileriki nesillere aktarılabilir yada ülkenin diğer ihtiyaçların karşılanmasında kullanılabilir. Fakat kaybolan su enerjisinin tekrar kazanılması mümkün değildir. İşte bu kaybolan enerjiyi kazanabilmek için hidroelektrik santrallerin işletmeye açılması gereklidir.
Hidroelektrik Santrallerin Avantajları :

Kuraklık halleri hariç devamlı ucuz enerji üretirler
Bakım maliyeti düşüktür.
Yenilemeyen bir yakıt enerji üretimi yapmazlar.
Enerji üretiminde hava kirliliğine neden ulaşmazlar.
Hidroelektrik santrallerin bir parçası olan rezervuarlar balık üretimi, regreasyon alanı gibi amaçlarla da kullanılabilir.
Rezervuarlar fazla miktarda suyu depolayarak hem sulu tarıma hem de uzun süreli enerji üretimine imkan tanırlar.
Rezervuarlar taşkın kontrolüne yardımcı olurlar.
Hidroelektrik santral rezervuarları kuruldukları yerin mansabındaki yerlerin su kalitesinin yükseltilmesine yardımcı olurlar.
Hidroelektrik Santrallerin Dezavantajları

İlk yatırım masrafları yüksektir.
Mansap tarafındaki regreasyon yapıları olumsuz yönde etkilenir.
Taşkın kontrolünün sağlanması için rezervuarların boş olması gerekir. Fakat enerji üretiminin maksimum olabilmesi için rezervuarların dolu olması gerekir. Tarıma elverişli araziler baraj gölü altında kalabilir.
Enerji üretimi kuraklık nedeniyle azalabilir.
Göl aynasından buharlaşma kayıpları artar.
Depolanma nedeniyle vadinin orijinal görünümü kaybolur.

Hidroelektrik Santrallerin Yapıları :

Ekonomik koşullara göre ve arazi şartları göz önünde bulundurularak ishale kanalı inşa edilir. Çevirmeli tesislerde su az bir eğimle belirli bir kota (genelde yüksek bir kot) sevk edilen su belirli bir yükseklik kazandıktan sonra cebri borular vasıtasıyla su enerjisi mekanik enerjiye çevrilir. Regülatörden alınan su hemen yerine kullanılırsa faydalanma %95 değerinde olur. Çevirmeli tesis olarak inşa edilirse %80 değerini alır. Çok kıvrıntılı bir akarsu ise %90 değerine ulaşabilir.
Çevirmesiz tesislerde ise ya bir barajın eteğinde bağlamanın üzerinde inşa edilen türbin ve jeneratör grubunda elektrik enerjisi üretebilir. Barajlarda belli bir uzunlukta basınçlı boru yapılabilir. Akarsu üzerinde yerleştirilmiş santrallerde ise basınçlı boru olmadan su türbine girer. Tabana alçaltmak sureti ile de Hidroelektrik tesisi için gerekli eğim temin edilebilir. Bu olay genelde yer altı santrallerinde uygulanabilir.
Akarsuyun akış enerjisinden faydalanılan suyun depolanıp depolanmasına göre hidroelektrik santraller iki türlü inşa edilir :
1. Kanal ve nehir üzerinde inşa edilen hidroelektrik santraller
2. İnşa yolunda, suyun akışı durdurularak veya başka bir yola verilerek suni bir su düşüşü sağlanan hidroelektrik santraller.
Depolamasız hidroelektrik santrallere kanal veya nehir tipi hidroelektrik santraller de denir.
Bu santrallerde su için gerekli eğim suyun suni olarak hazırlanan başka bir yolla verilmesiyle elde edilir.
Depolamalı hidroelektrik santrallere suni gölün hidroelektrik santralleri de denir. Bu tesislerde akış enerjisinin sağlanması için gerekli eğim, suyun tabi yolundan toplanması ile elde edilir. Hidroelektrik tesislerinde suyun potansiyel enerjisinden faydalanmak için çevirmeli ve çevirmesiz olmak üzere iki sistem uygulanır. Ayrıca akarsu yatağı kıvrıntılarını azaltarak eğimden kazanan tesislerde yapılmalıdır.
Çevirmeli tesislerde su alma yerinde istenilen debi eğimi az pürüzlülüğü küçük olan bir kanal veya galeriye alınır. Su alma bir taraftan yapılıyorsa isale ancak basınçlı galeri ağzında inşa edilebilir.