1

İnşaat Mühendisliği’nde 100. Yıl Teknik Kongresi, 22-24 Kasım 2012

Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul

Taşkın Sırasında Köprü Ayaklarındaki Kabarmaların

Analizi: Ova Çayı Örneği

Mehmet Mert Bülbül, Ender Demirel Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Eskişehir

mehmet.mert.bulbul@gmail.com.tr

edemirel@ogu.edu.tr

Öz

Bu çalışmada, Ovucuma Bölgesi‟ndeki Ova Çayı‟nda bulunan Akkışla köprüsünde

taşkın sırasında su yüzeyinde meydana gelen kabarmalar bir akarsu analiz programı

olan HEC-RAS yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Farklı taşkın hidrografları için

zamanla değişen akım analizleri yapılmış, 500 yıllık taşkın debisi için su seviyesinin

köprü döşemesini aştığı görülmüştür. Yan savak ile pik debinin taşkın geciktirme

göletine alınması, akarsu taban eğiminin ve akarsu enkesitlerinin değiştirilmesi olarak 3

farklı taşkın önleme yöntemi uygulanarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Akarsu

morfolojisinde yapılacak değişiklik ile köprünün bulunduğu istasyondaki maksimum su

seviyesinin 1.5 m düşürülebileceği gösterilmiş, üç farklı taşkın önleme yönteminin de

uygulanabilirliği analiz sonuçlarıyla tartışılmıştır. Taşkın önleme yöntemleri ekonomik

yönden karşılaştırılarak en uygun taşkın önleme yöntemi önerilmiştir.

Anahtar sözcükler: Taşkın, Yan savak, Akarsu Morfolojisi, HEC-RAS

Abstract

In this study, water rising due to the flood which is at Akkışla Bridge located at Ova

Creek was analyzed using a river analysis software program, HEC-RAS. Unsteady flow

simulations were performed using different flood hydrographs and it is observed that

the free surface flow level rises above the bridge deck for 500-year flood discharge.

Three different flood control types which are taking the peak discharge to flood

retarding pool via the side weir, changing the slope of the river and changing the river

cross section were applied and their results were compared. It is obvious that the

maximum level of water surface at bridge cross section can be reduced 1.5 m by

changing river morphology. According to the results of analyses, applicability of these

three flood control types were discussed. The most appropriate flood control method

was suggested, these three flood control methods were compared in terms of economy.

Keywords: Flood, Side Weir, River Morphology, HEC-RAS

2

Giriş

Ülkemizde hızlı şehirleşme sonucunda yerleşim yerlerinden geçen akarsular sıkça

taşkınlara yol açmaktadır. Bunların başlıca nedenleri, yüzeysel akış katsayılarının

büyümesi sonucunda aynı şiddetteki sağanakların daha büyük yüzeysel akış

oluşturması, akarsu taşkın yataklarında kaçak yapılaşma olması, su seviyelerinin

artması ve akarsu morfolojisinin değişime uğramasıdır. Kırsal bölge akarsularında da

benzer sorunlar bulunmaktadır. Ormanların hızlı bir şekilde yok edilmesi, hatalı tarım

uygulamaları, akarsu yataklarından kum alınması sonucu akarsu morfolojisinde

meydana gelen değişimler taşkınlara neden olmaktadır. Dünya nüfusunun büyük

çoğunluğu, inşaat ve ulaşım maliyetlerinin düşük olduğu verimli topraklara sahip düz

alanlarda yoğunlaşmıştır. Bu alanlar belirli aralıklarda taşkın tehlikesi yaşamakta ve

şehir yaşamı zarar görmektedir.

Mal ve can kayıplarına neden olan ve zamanla hızlı değişen yüksek akım veya su

seviyesi taşkın olarak adlandırılabilir. Taşkın zararları, taşkın sularının ve bunların

taşıdığı katı maddelerin can, mal ve hizmetlerde doğrudan veya dolaylı verdikleri

zararlardır (Demir,2010). Ülkemizde son yıllarda meydana gelen taşkınlar can ve mal

kayıplarına neden olmakta, dolayısıyla taşkın ülkemizdeki depremden sonra gelen en

büyük doğal afettir. Bu sebepten dolayı tam adı “Taşkın Risklerinin Değerlendirilmesi

ve Yönetimi” olan Taşkın Direktifi, Avrupa Parlamentosu ve Bakanlar Konseyi‟nin

kararıyla 23 Ekim 2007 tarihinde kabul edilmiştir. Kabul edilen bu direktife göre Üye

Devletler, 2015‟e kadar taşkın riskinin yüksek olduğu akarsu ve havzaları belirlemeli,

taşkın riskini azaltıcı önlemlerin yer aldığı “Taşkın Riski Yönetim Planlarını”

hazırlamalıdırlar (Uzun,2010).

Taşkın kontrolü ise taşkın zararlarını azaltmak veya bütünüyle önlemek için yapılan

çalışmalar bütünüdür. Son yıllarda coğrafi bilgi sistemlerinde meydana gelen

gelişmeler sonucunda akarsu ve havza geometrileri sayısal ortama aktarılabilmektedir.

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği bölümünde bitirme projesi

olarak yapılan bu çalışmada, Devlet Su İşleri‟nden alınan sayısal yükseklik haritası

kullanılarak havza ve akarsu geometrileri bir harita programı olan ARC-GIS yardımıyla

HEC-RAS (Brunner, 2002) programına aktarılmıştır. Farklı taşkın hidrografları için

bölgedeki Akkışla Köprüsü civarında su seviyelerindeki kabarmalar belirlenmiş, üç

farklı taşkın önleme yöntemi uygulanarak köprüye yakın enkesitlerde su seviyelerinin

düşürülmesi araştırılmıştır. Uygulanan taşkın önleme yöntemleri ekonomik analizleri de

yapılarak karşılaştırılmış, çalışmanın sonucunda çalışılan bölge için uygun taşkın

önleme yöntemi önerilmiştir.

3

Taşkın Hesaplamaları

Su yüzü profilleri akarsu üzerine yapılacak yapıların tespiti ve taşkın kontrol

çalışmalarında kullanılan en önemli verilerdir. Bu verilerin elde edilmesinde birçok

yöntem mevcuttur. Literatürde en çok kullanılanları D‟Aubuisson, Weisbach, Nagler,

Lane, Yarnell, Kindswater, Izzard, Biery ve Delleur, Bradley (USBPR) yöntemleridir

(Kaatz-James,1997). Bu yöntemlerin yanında çok sayıda paket program geliştirilmiştir.

Bunlardan en çok kullanılanları H.R Wallingford Firması tarafından geliştirilen ISIS

paket programı ve U.S. Army Corps of Engineers tarafından geliştirilen HEC-RAS

paket programıdır (Seçilir, 2005)

Akarsular üzerinde herhangi bir su yapısı yokken su yüzü profilinin belirlenmesinde

doğrudan adım metodu, standart adım metodu, grafik integrasyon metodu gibi

yöntemler kullanılabilir. Akarsu üzerinde herhangi bir yapı mevcut ise su yüzü

profilinin belirlenmesi oldukça zorlaşmakla beraber bu tür analizler için literatürde bir

çok yöntem geliştirilmiştir. Bunlara paralel olarak günümüz mühendisliğinde bu

yöntemleri içeren, hesap ve analiz kolaylığı sağlayan paket programlar da vardır. Bu

programlardan en yaygın kullanılanı United States Army Corps of Engineers

Hydrologic Engineering Center tarafından geliştirilen HEC-RAS (Hydrologic

Engineering Center - River Analysis System) programıdır. HEC-RAS grafik tabanlı,

kullanımı kolay bir yazılımdır. Program çok kollu ve prizmatik olmayan enkesitli

akarsularda bir boyutlu sayısal hesapları yapabilecek şekilde geliştirilmiş, nehir rejimi,

sel rejimi ya da hidrolik sıçrama gibi karışık rejim durumlarında hesap yapabilmektedir.

Aynı zamanda hidrolik yapı ve su seviyesi kontrol elemanının su yüzü profiline etkisini

hesaplayabilmekte, baraj yıkılması ile taşkın hesapları gibi zamanla değişen akım

analizleri de yapabilmektedir. Zamanla değişmeyen akım hesabında Manning denklemi

kullanılmakta ve su yüzü kotunun kısa mesafede değişmesi durumunda momentum

denklemi ile çözüm yapılmaktadır. Programda grafik kullanıcı bölümü, hidrolik analiz

bileşenleri, veri depolama ve yönetme bölümü ile sonuçların raporlanması tasarım

bileşenleri mevcuttur.

HEC-RAS‟ın en büyük avantajlarından biri de uydu görüntülerin işleyen bir program

olan ArcGIS programıyla beraber çalışabilmesidir. ArcGIS‟e kurulan HEC-GeoRAS

adındaki yardımcı programla ArcGIS‟deki geometrik verilerin HEC-RAS‟a aktarılması

mümkündür. Böylece geometrisi alınan akarsu ve havza üzerinde hidrolik analizler

yapılabilmektedir(Yurtal ve diğ., 2003). HEC-RAS programı zamanla değişen akım

hesaplamalarında 1 boyutlu süreklilik ve momentum denklemlerini kullanmaktadır.

Hesaplamalarda 1 boyutlu denklemleri kullandığı için akarsu taban eğiminin yüksek

olduğu ve mendereslenmelerin etkili olduğu akarsularda 2 veya 3 boyutlu hesaplama

yapabilen programların (MIKE-21) kullanılması gerekmektedir (Perrson, 1999).

4

Zamanla Değişen Akımın HEC-RAS İle Çözümü: Ova Çay’ı Örneği

Google Earth programı kullanılarak alınan Karabük Ovucuma bölgesinin haritası (Şekil

1) üzerine DSİ‟den alınan bölgenin nehir kısmının detaylandırıldığı harita ArcGis

programında eklenerek tin dosyası oluşturulmuştur.

Şekil 1. Ovucuma bölgesinin Google Earth görüntüsü.

Elde edilen harita HEC-RAS programı formatına çevrilerek bölgede nehir ve taşkın

analizi yapılabilecek duruma getirilmiştir. Şekil 2‟de HEC-RAS programına aktarılmış

Ovucuma bölgesinin nehir, kıyı, taşkın yatağı ve enkesit çizgileri görülmektedir. Ayrıca

bölgede yeralan iki adet köprü de Şekil 3‟te gösterilmiştir.

Şekil 2. Aktarılan Nehir Geometrisinin Görüntüsü.

5

Şekil 3. Aktarılan Nehir Geometrisindeki Köprü Enkesitleri.

Zamanla değişen akım analizi, Karabük ili, Ovucuma Beldesindeki Ova Çayı‟nda

HEC-RAS yazılımı ile yapılmıştır. Elde edilen geometri üzerinde zamanla değişen

akım analizi yaparak olası bir taşkın anında hangi bölgelerin risk taşıdığını tespit

edilebilir. Bu analizi yapabilmek için öncelikle Ova Çay‟ında oluşan akım

hidrograflarına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada kullanılan akım hidrografları DSİ‟den

alınan birim hidrografların (Tablo 1) uyarlanmasıyla elde edilmiştir. Ovucuma

bölgesinin hidrolojik verileri, DSİ XXXIII. Bölge Müdürlüğünce sağlanan, 1/25000

ölçekli harita üzerinde yapılan çalışmalar ve ön arazi etütleriyle elde edilen bulgular

değerlendirilerek elde edilmiştir. Bölgede kullanılan taşkın debilerinin bilgileri ve

kullanılan yöntem aşağıda Tablo 1‟de verilmiştir.

Tablo 1. DSİ‟den alınan yineleme yıllarına göre değişen taşkın debileri.

Yineleme Yılları

NOKTASAL

(NTFA) DSİ 13-14

AGİ(m3/sn)

MOCKUS(m3/sn)

DSİ

SENTETİK

(m3/sn)

2 74.7 29.4 45.9

5 117.1 59.9 75.9

10 148.2 85.1 98.5

25 190.5 120.8 130.5

50 224.0 149.3 155.2

100 259.2 179.0 180.2

500 335.9 243.9 236.8

DSİ‟den alınan verilere göre oluşturulan hidrograf eğrisi, HEC-RAS programına

girilerek zamanla değişen akım analizleri yapılmıştır. Hidrograf eğrisinde yer alan

maksimum debiye göre bölgedeki köprünün taşkın tehlikesi ile karşı karşıya kaldığı

görülmektedir. Akarsuda 500 yıllık öngörülen debinin oluşması durumunda Şekil 4‟te

görüldüğü gibi köprü ayaklarındaki su seviyesinin köprü döşemesini aştığı

belirlenmiştir (Yanmaz, 2002).

6

1550 1600 1650 1700

402

404

406

408

410

ovacuma Plan: Plan 03 5/14/2012

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG Max WS

Crit Max WS

WS Max WS

Ground

Left Levee

ovacuma ana kol

Şekil 4. 500 yıllık taşkın debisi için Akkışla Köprüsü‟ndeki su yüzü profili.

Bölgede yer alan Akkışla köprüsünde taşkını riskini azaltabilmek için havzaya bir

taşkın geciktirme göleti ile nehirden taşan suyu bu gölete iletecek olan yan savak (Özal,

1972) yerleştirilmiştir. Bu yöntemle maksimum su seviyesi Şekil 5‟te görüldüğü gibi

408.21 m‟den 407.64 m„ye düşürülmüştür.

1500 1550 1600 1650 1700 1750

398

400

402

404

406

408

410

ovacuma Plan: Plan 03 5/24/2012

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG Max WS

Crit Max WS

WS Max WS

Ground

Left Levee

ovacuma ana kol

Şekil 5. Yan savak ve geciktirme havuzu sonrasında oluşan su yüzü profili. (Öneri 1)

İkinci taşkın önleme yöntemi olarak arazi boykestinde yapılacak değişiklikler analiz

edilmiş, arazi aynı eğim koşullarını sağlayacak şekilde düzenlenmiştir. Bu analiz

sonucunda ise maksimum su yüksekliği Şekil 6 ve Şekil 7‟de görüldüğü gibi 408.21

m‟den 406.80 m‟ye düşmektedir.

7

1500 1600 1700 1800

398

400

402

404

406

408

410

ovacuma Plan: Plan 03 5/25/2012

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG Max WS

Crit Max WS

WS Max WS

Ground

Left Levee

ovacuma ana kol

Şekil 6. Arazi boykesitinde yapılan değişikler sonucunda oluşan su yüzü profili.

(Öneri 2)

Şekil 7. Talveg kotunda düzenlemeler yapılmadan önce ve sonra Akkışka köprüsünde

oluşan su yükseklikleri. (Öneri 2)

Son olarak da arazi enkesitindeki daraltmalar yarma ile alınarak enkesit genişletilmiştir.

Köprü memba ve mansap enkesitlerinde yapılan bu çalışma sayesinde köprünün

bulunduğu yerdeki kesit daralması minimize edilerek köprünün olduğu en kesitte su

seviyesindeki kabarma Şekil 8‟de gösterildiği gibi 406.14 m kotuna düşmektedir.

1500 1550 1600 1650 1700 1750

398

400

402

404

406

408

410

ovacuma Plan: Plan 03 5/25/2012

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG Max WS

Crit Max WS

WS Max WS

Ground

Left Levee

ovacuma ana kol

Şekil 8. Arazide yapılan enkesit genişletme çalışmalarından sonra oluşan su profili.

8

Yukarıda anlatılan üç taşkın önleme yönteminin de uygulanabilirliği araştırılmıştır

(Kara, 2009). Yan savak ve taşkın geciktirme göletinin yapılması durumunda, yan

savak için 110,4 m3

beton, geciktirme havuzunun yapılabilmesi için kazı işleri, bu

işlerde çalışacak işçi ve iş makinelerine ihtiyaç olacaktır. Analiz sonucu da göz önüne

alındığında su yüksekliğinin riskli bölgede bulunması ve maliyetin fazla olmasından

dolayı bu çözüm önerisi ekonomiklik ve uygulanabilirlik yönününden avantajlı

değildir. Talveg kotunda ve boykesitte yapılacak değişiklik için ise su içerisinde

çalışabilecek sarkık kablolu ekskavatör tipi bir iş makinesine ihtiyaç vardır. Makinenin

saatlik bedelinin yüksek olması ve temininin zor olması gözönüne alındığında bu

çözüm önerisinin maliyetinin yüksek olacağı görülmektedir. Enkesitte yapılacak yarma

işlemi için ise kaşıklı ekskavatörün bu işlem için ideal bir iş makinesi olduğu

görülmektedir. Bir yarma işlemi baz alınarak iş makinesinin yaklaşık 750 TL/h‟lik

(Özdemir, 2012) bir bedeli olduğu ve makinenin temininin diğer iş makinesine göre

kolay olduğu tespitine varılmıştır. Ayrıca bölge enkesitte yapılacak bir çalışmaya uygun

coğrafi özellikte olup, herhangi bir yapı (üstyapı, altyapı, yol vb.) bulunmamaktadır.

Şekil 1‟de de Google Earth‟den alınan haritada bölgenin 2012 yılındaki mevcut durumu

görülmektedir. Analiz sonuçları da değerlendirildiğinde, minimum su yüksekliği

enkesit genişletilme işleminde elde edilmiştir. Taşkın koruma önerisinin güvenirliği ve

projenin maliyeti bir arada düşünüldüğünde, enkesit genişletilmesi için yapılacak yarma

işlemleri tercih edilebilir. Öngörülen taşkın önleme yöntemleri ekonomik yönden

incelenirken, ilk yatırım maliyetleri göz önüne alınarak karşılaştırma yapılmıştır.

Tablo 2. Ekonomik Analiz Sonuçları

Taşkın Önleme Yöntemi Gerekli İş Makinası Diğer Giderler

Öneri 1(Yan Savak yapımı)

Kaşıklı Ekskavatör

Geciktirme havuzu

maaliyeti, İşçi giderleri,

Yükleme Taşıma ve

Boşaltma giderleri

Öneri 2(Arazi Boykesit

Değişimi)

Sarkık Kablolu Ekskavatör

İşçi giderleri, Yükleme

Taşıma ve Boşaltma

giderleri

Öneri 3(Arazi Enkesit

Genişletme Çalışması)

Kaşıklı Ekskavatör

İşçi giderleri, Yükleme

Taşıma ve Boşaltma

giderleri

9

Sonuçlar

Bu çalışmada örnek bir bölgenin sayısal haritası kullanılarak havza geometrisi bir nehir

analiz programı olan HEC-RAS programına aktarılmış ve havzaya ait taşkın risk

analizleri yapılmıştır. DSİ‟den alınan birim hidrograf eğrileri kullanılarak 4.5 gün süren

yağış için taşkın hesaplamaları yapılmış ve Ova Çay‟ına ait taşkın risk haritaları elde

edilmiştir. Öngörülen üç taşkın önleme yöntemi için karşılaştırmalı ekonomik analizler

yapılmıştır. Taşkın koruma önerisinin güvenirliği ve projenin maliyeti bir arada

düşünüldüğünde, enkesit genişletilmesi için yapılacak yarma işlemleri tercih edilebilir.

Son birkaç yılda ülkemizde meydana gelen taşkınlardan sonra havzaların sayısal

haritalarının elde edilmesi hız kazanmıştır. Bir proje mühendisi bu çalışmada izlenen

yöntemi kullanarak havzaya ait taşkın risk haritalarını hızlı ve hassas bir şekilde elde

edebilecek, taşkın riskini azaltabilecek önlemleri ekonomik analizleri de yaparak

karşılaştırabilecektir. Böylece ülkemizin doğal kaynakları korunarak can ve mal

kayıpları en aza indirilebilecektir.

10

Kaynaklar

Brunner,G.W.,(2002). HEC-RAS, River Analysis System Hydraulic Reference Manual.

Hydrological Engineering, US Army Corps of Engineers, Davis,CA.

Demir, A., (2010) Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Devlet ve Su İşleri Genel Müdürlüğü,

“Şehir Taşkınları ve İstanbul”.

Kaatz, K. J., and James, W.P. (1997) “Analysis of Alternatives for Computing

Backwater at Bridges ”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 123, No.9, pp. 784-792

Kara, Ö., (2009), “Su Yüzü Profillerinin HEC-RAS Paket Programıyla İncelenmesi”,

Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı,

Yüksek Lisans Tezi, Kayseri.

Özal, K., (1972) “Akarsu Yapıları Cilt 1”, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, İrfan Matbaası, İstanbul.

Özdemir, İ., (2012) “YAPI MAKİNELERİ DERS NOTLARI”, Eskişehir Osmangazi

Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Eskişehir.

Persson, J., (1999), The Hydraulic Performance of Ponds of Various Layouts, Int. Jnl.

of Urban Water, UK.

Seçilir, S., (2005), “Akarsular Üzerindeki Farklı Kesitli Köprü Yapılarının Su Yüzü

Profillerine Etkisi”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği

Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Kayseri.

Uzun, A., 2010, “Samsun Şehir Taşkınlarına Coğrafi Bakış”, II. Ulusal Taşkın

Sempozyumu, 22-24 Mart 2010, Tebliğler Kitabı (45-52), Afyonkarahisar.

Yanmaz, M.A.,(2002), “Köprü Hidroliği”, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık, Ankara.

Yurtal, R., Seçkin, G., Kaya, İ. ve Atabay, S. (2003), “Seyhan Nehri Su Yüzü

Profillerinde Köprülerden Kaynaklanan Kabarmaların HEC-RAS Paket Programı

Kullanılarak Modellenmesi”, İMO Teknik Dergi , 2935-2948, Yazı 195.