Deprem ve heyelan etkisi altinda baraj-hazne-su alma kulelerinin hidrodinamik davranişinin 3B sayisal simülasyonu

Deprem sırasında baraj haznelerinde meydana gelen sıkışma ve ani şokların, baraj-hazne sistemlerinin hidrodinamik davranışı üzerindeki etkisi büyüktür. Son yıllarda meydana gelen depremler, enerji amaçlı inşa edilen barajların baraj kretini aşan yüzey dalgalarının, yüksek barajlar için ciddi bir risk olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, sıkıştırılabilirlik, türbülans, basınç şoklarının rezervuar tabanında emilimi ve kırılan yüzey dalgaları gibi temel etkileri göz önünde bulunduran kapsamlı ve doğru bir sayısal model, depremler sırasında büyük baraj rezervuarlarına yönelik riski değerlendirmek için gereklidir. Bu tez çalışmasında, harmonik ve gerçek deprem etkilerine maruz kalan üç boyutlu baraj haznelerinin simülasyonu için OpenFOAM kütüphanelerini kullanan üç boyutlu bir sayısal model geliştirilmiştir. Sayısal modelde hava ve su etkileşimi, dik ve kırılan yüzey dalgalarını simüle eden Akışkan Hacmi (VOF) yönteminin kullanıldığı iki fazlı izotermal olmayan karışmaz akışkan olarak modellenmiştir. Rezervuar tabanındaki sıkışma dalgalarının emilimini dikkate almak için emilim sınır koşulu kapalı olarak ayrıklaştırılmış ve sayısal modele eklenmiştir. Sayısal sonuçlar, literatürdeki teorik sonuçlarla karşılaştırıldığında, geliştirilen modelin yüksek barajların deprem risk değerlendirmesi için güvenilir bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür. Doğrulanan sayısal model kullanılarak, gerçek bir deprem kaydı etkisinde Aşağı Kaleköy baraj-hazne sisteminin hidrodinamik simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, deprem sırasında baraj-haznelerinin gerçekçi simülasyonunu elde etmek için sıkışma etkilerinin yanında yüzey dalgalarının da dikkate alınmasını gerektiğini göstermiştir. Diğer taraftan, deprem sırasında baraj-hazne sistemleri üzerinde etkisi olan diğer faktör de heyelandır. Bu nedenle, deprem sırasında baraj haznelerinde meydana gelen heyelan hareketinin simülasyonu için, deforme olan heyelan dikkate alınarak sayısal model genişletilmiştir. Heyelan sırasındaki Newtonian olmayan akışkan hareketi, Herschel–Bulkley reoloji modeli kullanılarak modellenmiş, sayısal sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Sayısal ve deneysel sonuçlar arasında gözlenen uyumdan, sayısal modelin maksimum dalga yüksekliğini, rezervuardaki dalga yayılmasını ve kayan kütleden suya aktarılan enerjiyi doğru ve hassas olarak hesapladığı görülmüştür. Doğrulamadan sonra, sayısal model kullanılarak Aşağı Kaleköy baraj hazne sisteminde meydana gelen heyelandan dolayı oluşan yüzey dalgalarının simülasyonu yapılmıştır. Bu amaçla, doğrulanan sayısal model kullanılarak batmamış ve kısmen batmış kayan kütlelerin simülasyonları yapılmıştır. Sayısal sonuçlardan, batmamış kayan kütlenin, yarı batmış kayan kütleye göre daha büyük hidrodinamik kuvvetler oluşturduğu görülmüştür. Geliştirilen sayısal modelin, heyelan etkisinden dolayı oluşan yüzey dalgalarını hassas bir şekilde hesaplayabildiği ve kayan kütle ile hazne arasındaki etkileşimi doğru ve hassas bir şekilde modelleyebildiği görülmüştür. Tezin son bölümünde, Aşağı Kaleköy baraj haznesine yerleştirilen kule tipi su alma yapısının hem deprem sırasındaki hidrodinamik simülasyonu hem de heyelan sırasında oluşan yüzey dalgalarının simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sismik etkilerin gözlendiği su alma kulesi etrafındaki bölgenin uzunluğunu araştırmak için parametrik bir analiz yapılmıştır. Bir dizi sayısal simülasyon sonuçları kullanılarak, etkili uzunluğun tahmini için ampirik bir denklem önerilmiştir. Doğrulanmış sayısal model kullanılarak, kule tipi su alma yapılarının hem deprem sırasındaki hidrodinamik etkilerin hem de heyelandan kaynaklanan yüzey dalgalarının simülasyonu için kullanılabileceği görülmüştür.