Barajlar ve Hidroelektrik Santrallerde Havza Planlama (Master Plan) Çalışmaları

1. Genel

Master plan çalışmalarında, bir akarsu havzasında ana kol ve ana kola karışan yan kollar, öncelikle enerji üretimi olmak üzere, varsa bunların sulama, taşkın kontrolu ve su temini gibi faydaları da dikkate alınarak etüd edilerek, en uygun enerji kademeleri meydana çıkarılır ve bir gelişme planı hazırlanır.

Master plan seviyesinde gelişme planı hazırlanırken, o güne kadar yapılmış olan etüt, araştırma ve sondajlardan elde edilen bilgilerden, hidrometrik ve hidrolojik bilgileri içeren raporlardan, diğer verilerden ve bu sözleşme ile ilgili olarak yapılacak ilave araştırma, sondaj ve etütlerden yararlanılarak tasarlanılabilecek (varsa sulama, su temini, taşkın kontrolu v.s. faydaları dikkate alarak) bütün enerji üretim projeleri ele alınır. Tasararlanan projelerin, rezervuarlarının geçirimsizlikleri, yamaç stabiliteleri ve tesis yerlerinin jeoteknik özellikleri incelenerek bunlardan teknik olarak yapılabilir olanlar ve yapılabilir olmayanlar gerekçeleri ile birlikte ortaya konur. Teknik olarak yapılabilir projelerin tasarlanabilecek alternatif tertip tarzlarına (Baraj ve etek santralı, baraj ve tünelli santral, nehir tipi santral, değişken baraj yüksekliği gibi) göre muhtelif alternatif master planlar tasarlanır. Alternatif master planlarda yer alan projelerin, jeoteknik ve topografik özellikleri ve inşaat malzemesi durumu da dikkate alınarak, en uygun görülecek baraj tipine veya tiplerine göre genel vaziyet planları hazırlanır ve yeteri kadar kesit çizilerek, bunlardan çıkarılacak ve master plan seviyesinde etüt için yeterli olacak metrajlara göre hazırlanır (Örneğin bir beton barajda; baraj gövdesi betonu birim fiatı, derz enjeksiyonları, beton içinde inşa edilecek muayene galerileri, her türlü kalıp işleri; baraj kretindeki köprü gibi yapılar için yapılan masraflar keşife dahil edilir). Kamulaştırma, relokasyon ve gerekli ilave yollar ve enterkonnekte şebeke ile bağlantı durumları, inşaat süreleri ve diğer ekonomik faktörler, v.s. gibi hususlar dikkate alınarak, master planlar içinde seçilen projeler, mukayese edilebilir olmaları için aynı ekonomik baza getirilerek; seçilen master plan alternatiflerinde yer alan her projenin değişken baraj yüksekliği ve değişken santral kurulu güçlerine göre ardışık ve/veya münferit rezervuar işletme çalışmaları yapılarak faydaları hesaplanır. Netice olarak yapılacak mukayeseler sonucu en ekonomik ve uygun master plan ve bu master plan içinde yer alan tesisler ile her birinin, master plan seviyesinde ekonomik yapılabilirliliği de gösterilmek sureti ile inşa sıraları belirlenip tavsiye edilir.

Master plan çalışmalarının yürütülmesi sırasında yapılacak olan bilumum jeolojik ve jeofizik etütler, temel araştırmaları, kuvvet tünelleri güzergahı, etütleri, heyelanlarla ilgili araştırmalar, inşaat malzemesi etütleri, laboratuvar deneyleri, rezervuar geçirimsizlik etütleri v.s. gibi jeoteknik etütlere ait toplanmış olan donelerin, yerinde yapılacak incelemelerle değerlendirilmesi ve yapılacak hizmetlere uygulanması maksadıyla gerek halen araştırılmış olan ve araştırmalarına devam edilen baraj ve HES projeleri ile ilgili olan gerekse tasarlanacak yeni master plan alternatiflerinde yer alan yeni projelerle ilgili olarak, baraj, kuvvet tüneli, santral v.s. yerlerde gerekli görülen ilave etüd ve temel araştırmaları yapılır.

Gerek daha önce seçilen ve gerekse sonradan seçilen enerji kademelerine ait tesislerin rezervuarlarının geçirimsizliklerini ve yamaç stabilitelerini, heyelanları, baraj akslarındaki ve etüt edilen kuvvet tünel güzergahlarındaki arazi ve temel şartlarını belirlemek için yapılmış olan jeoteknik etütlerin değerlendirilmesini müteakip teknik olarak yapılabilir projeler, teknik fizibiliteleri gösterilmek sureti ile tesbit edilir. Elimine edilen projelerin eliminasyon sebepleri gerekçeleri ile gösterilir. Bundan sonra, teknik olarak yapılabilir projeler baraj tipi, baraj yüksekliği ve en uygun tertip tarzı bakımından incelenerek, master plan kriterlerine göre mukayeseye esas alınacak projelerin santral kurulu güçleri seçilir. Jeoteknik şartlara ve kurulu güçlere bağlı olarak tünel çap ve sayısı tesbit edilir.Tasarlanabilecek mantıkı bütün alternatif master planlar inşa sıraları da dikkate alınarak mukayese için belirlenerek aynı baza getirilir.

Master planda yer alan tesislerin rezervuarlarına giriş akımları, barajların derivasyon ve dolusavak kapasiteleri tesbit edilerek yapılmış olan hidrografik ve hidrolojik çalışmalar done olarak kullanılır.

Master plan alternatiflerinde yeralan rezervuarların ardışık işletme çalışmaları, baraj yükseklikleri (gereken projelerde) ve santralların kurulu güçleri veya yük faktörleri değiştirilmek sureti ile pek çok sayıda değişkene göre yapılarak, etüt edilen alternatif master planın toplam olarak ve o master planda yer alan santralların her birinin en ekonomik kurulu gücü ve gereken projeler için barajların optimum yükseklikleri tayin edilmiş olur. Tavsiye edilen master plan alternatifi için öncelik sırasına göre rezervuarların hem ardışık hem de münferit olarak nihai işletme çalışmaları yapılır.

Tesbit edilen master plan alternatiflerine dahil her bir ana tesis için master plan seviyesinde yeterli sayıda proje resimleri çizilip bunlardan metrajlar çıkartılarak her tesisin emniyetli tarafta kalmak üzere gerçekçi maliyeti bulunur. Tesislerin inşa süreleri ve sıraları tesislerden meydana gelecek faydalar, zaman faktörü de hesaba alınmak sureti ile alternatifler birbirleri ile mukayese edilebilir şekilde aynı baza irca edilir. Menba projelerinin daha geç inşa edilmelerine göre, mansap projelerine endirek faydaları da dikkate alınır.

Enerjiden başka faydalar ortaya çıkarsa bunlar da değerlendirilerek fayda hesaplarında dikkate alınır.

Master Plan alternatiflerine giren tesislere ait elemanların (baraj, dolusavak, derivasyon, su alma, dipsavak, kuvvet tüneli, denge bacası, cebri boru, santral, santral teçhizatı, şalt sahası v.s. tesisler) projelendirilmeleri sırasında bunların ana ebatları yapılabilirlik etüdü hizmetlerine esas teşkil edecek surette tesbit edilir.

Mukayeseler sonunda en uygun Master Plan ve bu planda yer alan proje kademeleri ayrıca bunların zaman akımı içinde en uygun yapım sıraları tesbit edilmiş olur. Tavsiye edilecek en iyi Master Plan içinde yer alan her kademenin münferit olarak rantabl olduğu veya hangi şartlarla rantabilitesinin bulunduğu gösterilir. Master Plan seviyesinde her kademenin ana boyutlarını ve karakteristiklerini belirleyen projeler tanzim edilir.

2. İlkeler

Master plan seçeneklerinde yeralan projelerin önerilebilmeleri için tesisin teknik ve ekonomik açıdan yapılabilir olması gerekmektedir.

Ancak tek başına ekonomik olmayan bir tesis, akışaşağısındaki tesislerden sağlayacağı faydalarla ekonomik hale geliyorsa bu tesis de önerilebilir.

Master Plan alternatiflerinde yer alan projelerin saptanmasında gözönünde tutulan başlıca ilkeler şunlardır:

1. Tesis teknik olarak yapılabilir olmalıdır,
2. Tesisler ekonomik olmalıdır,
3. Tek başına ekonomik olmayan tesis varsa, akışyukarı ve/veya akışaşağıdaki tesislerden kendine iletilecek faydalarla birlikte ekonomik olmalıdır;
4. Tesisin inşaatı kolay, işletmeye açılması çabuk olmalıdır.
5. Tek proje, birkaç projenin yerini alabiliyor ve ekonomileri eşit sonuç veriyor ise tek proje tercih edilmelidir.
6. Birbirlerinin alternatifi olan projelerde, ekonomilerin eşit olması halinde üretimi fazla olan proje seçilmelidir.
7. Her tesis, aynı proje kriterleri ile incelenmeli ve mukayeseler aynı bazda yapılmalıdır.

Master plan serisini oluşturan her proje ile bu projelerin alternatifleri için düşünülen eksenlerde topografik ve jeolojik koşullarla yapı malzemesi imkanları da gözönüne alınarak baraj tipleri tesbit edilir.

Tesbit edilen baraj tipleri için her tesisin yerleşim plan ve kesitleri çizilir. Her tesisin parasal değerleri, birim fiyatlar kullanılarak yerleşim plan ve kesitleri üzerinden yapılan metraj ve keşifler ile bulunur. Her tesisin üretim kapasiteleri de, işletme çalışmaları ile bulunarak enerji faydaları ile yıllık gelirleri hesap edilir. Böylece projenin rantabilitesi ortaya çıkarılır.

Belirlenen formülasyonda projenin fayda-masraf oranı (rantabilite)1’den büyük olmalıdır. Alternatiflerin karşılaştırılmasında faydaların eşit olması durumunda en büyük rantabiliteyi veren, faydaların farklı olması durumunda ise en büyük net faydayı (fayda-masraf farkı) veren formülasyon seçilmelidir.

3. Havza Planlama Düzeyinde Projelendirme Kriterleri

3-1. Giriş

Amaç, münferit bir baraj yerinin seçimi olmayıp, bir havzanın enerji üretimine yönelik geliştirilmesi söz konusu ise, istikşaf safhasında mümkün görülen ve master plan safhasında seçilmiş olan formülasyona uygun şekilde düzenlenmiş tesis yerlerinin nihai konumlarının fizibilite çalışmalarında ekonomik ve teknik özellikleri ile birlikte araştırılması gerekir. Bu araştırma sonucunda tesisler öyle projelendirilmelidir ki, kesin projelerin hazırlanması sırasında detay revizyonların dışında, büyük proje değişimleri ortaya çıkmasın.

Bu bakımdan master plan seviyesindeki projelendirme çalışmalarında olası bütün alternatifler jeolojik ve hidrojeolojik verilere dayanarak incelenmeli ve yapı yerlerinden alınan kesitlerden yararlanarak kabaca da olsa maliyet karşılaştırmaları yapılmalıdır.

Proje çalışmalarına başlamadan önce mevcut veriler toplanmalı ve eksik bilgilerin bulunup bulunmadığı dikkatle araştırılmalıdır. Eğer sağlıklı bir çalışma yapılmasına engel teşkil edebilecek bir eksiklik ortaya çıkarsa, ilave araştırmaların yapılması istenmelidir.

Malzeme Araştırmaları

Tasarlanan baraj tipinin seçimini yapabilmek için gövdede kullanılması düşünülen malzemenin yeterli miktarda, ekonomik mesafeler içerisinde bulunup bulunmadığının bilinmesi gereklidir. Bu konunun iyi araştırılmamasından dolayı, kati proje safhasında baraj tipinin değiştirilmesi zorunluluğunun ortaya çıkması gibi durumlarla karşılaşılmıştır.

Bu doğal yapı malzemelerinin fiziksel özelliklerinin bilinmesi de dizaynın doğru yapılabilmesi için çok önemli bir faktördür.

Haritalar

Baraj yeri ve civarının ve rezervuarın 1/25 000, 1/5 000 ve 1/1 000 ölçeğindeki haritalarının yanısıra daha büyük ölçekli haritalarının bulunması çalışmalar için büyük bir yarar sağlayacaktır.

Zorunlu hallerde küçük ölçekli haritalar muayyen amaçlar için büyültülebilir. Fakat bunlar gerekli detayları içermeyebilirler.

Haritalar mümkün mertebe geniş bir sahayı içine almalıdır. Çünkü yapıların yayıldıkları saha, projelendirme esnasında yeni düşüncelerin ortaya çıkması ile beklenmedik bir şekilde büyüyebilir.

Jeolojik ve Sismik Araştırmalar

Baraj yerlerinin ve tiplerinin seçiminde jeolojik veriler en önemli faktörlerden biri olmaktadır. Bu bakımdan jeolojik araştırmalar mühendislik çalışmalarına yönelik olması ve aks yerlerinde ağırlık kazanmalıdır.
Aşağıda sayılan hususlar; baraj yerinin seçimi, konumunun diğer yapılar ile saptanması, baraj tipine karar verilmesinde ilk planda önemli bir rol oynayacaktır.

· Baraj yeri jeolojik haritası ve kesitleri,
· Aks yeri ve civarındaki faylar, çatlak sistemleri ve zayıf bölgeler,
· Aks yerinde ve baraja tesir edebilecek mesafede rezervuar içersindeki heyelanlar,
· Aks yeri ve rezervuarın geçirimsizlik durumu,
· Aks yerindeki kayaçların dayanımı,

Jeolojik araştırmaların oldukça erken başlaması ve bu dönemde baraj akslarının, konumlarının, ilgili diğer yapıların yerlerinin tam bilinmemesinden dolayı jeolojik bilgiler amaca tam yönelik olmayabilir. Bu problem bilhassa seçilmiş olan sondaj yerleri ve derinliklerinde ortaya çıkar.

Bu durumlarda yerleri saptanan yapıların jeolojik durumunu tam olarak tanımlayacak yeni karotlu sondaj deliklerinin açılması istenmelidir.

Baraj yeri ve civarının depremsellik durumu ve deprem katsayısının önceden bilinmesi baraj gövdesi ve diğer yapıların tiplerinin seçilmesinde ve dizaynında önemli olacaktır.

Hidrolojik Veriler

Rezervuar işletme çalışmalarına ve bazı yapıların projelendirilmesine (derivasyon tesisleri, dolusavak v.s.) temel teşkil eder.

Rezervuar içinde ve mansabında fazla sayıda akım rasat istasyonunun bulunması ve buradaki akım ölçümlerinin karşılaştırılması, rezervuardan başka havzalara nehir tabanından kaçak olup olmamasının veya aks yeri civarında membadan mansaba bir yer altı su yolu ile bağlantı bulunup bulunmamasının saptanmasında yarar sağlar.

3- 2. Baraj Gövdeleri

Baraj gövde tiplerinin, özelliklerinin değişik yönlerden değerlendirilmelerine göre, farklı sınıflandırmalarının yapılması mümkündür. Aşağıdaki sınıflandırma ise, bazı özel uygulamaların dışında, baraj gövdesinde kullanılan malzeme cinsine ve bundan yararlanma şekline göre yapılmıştır.

I- Dolgu Barajlar

a) Homojen gövdeli barajlar
b) Zonlu barajlar
· Toprak dolgu
· Kaya dolgu
· Karışık zonlu dolgu

c) Memba şevi geçirimsiz kaplamalı kaya dolgu barajlar

· Asfalt memba kaplamalı
· Beton memba kaplamalı
· Metal, v.s. memba kaplamalı

II- Beton Barajlar

a) Beton ağırlık barajları

· Dolu gövdeli
· Boşluklu gövdeli
· Payandalı
· Sermebeton (R.C.C.) gövdeli

b) Beton kemer barajlar

· Kemer ağırlık gövdeli
· Basit silindirik gövdeli
· İki eğrilikli gövdeli

III- Karma Tipte Barajlar

Çoğunlukla dolgu ve beton ağırlık gövde kombinasyonlarından oluşur.

3-3. Baraj Aks Yerlerinin Seçimindeki Kriterler

Seçilecek baraj aksının yeri ekonomik nedenler ile eğer jeolojisi uygun ise vadinin en fazla daraldığı yerde bulunacak ve buradaki topografya da istenilen yükseklikteki barajın yapımına uygun olacaktır. Bu temel şartlara ilave olarak, aşağıdaki hususların da gözönünde bulundurulması kusursuz bir seçim yapmak için gereklidir.

Teklif edilen bir baraj aksının seçiminde çok değişik morfolojik ve jeolojik şartlar karşımıza çıkar. Bu şartlar doğrudan doğruya baraj gövdesini etkilediği gibi ilgili yapıların yerleştirilmesinde ortaya çıkacak güçlükler nedeni ile dolaylı olarak gövdenin konumunu etkileyebilir.

Bu seçim yapılırken baraj gövdesinin yeri ve konumu, baraj gövdesinin tipi, derivasyon sistemi, sualma yapısı, gerekiyor ise enerji tüneli, cebri borular, santral binası v.s. gibi diğer üniteleri ile bir bütün olarak ele alınmalıdır.

Harita üzerinde uygun baraj aks yerlerine karar verilirken tesisin diğer yapılarının yerleştirilebilmesi için civardaki bölgenin morfolojisinin verdiği bütün imkanların araştırılması gerekir.

En çarpıcı örnek olarak, dip bir yar şeklindeki yamaca sahile köprü ile bağlanmış kule tipinde bir enerji sualma yapısının veya rezervuara kolayca irtibatlandırılması mümkün bir yan vadiye dolusavak yapısının yerleştirilmesi verilebilir.

Bu maksatla harita üzerinde uygun baraj konumları saptanmalı ve bunların birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları, diğer yapılar ile birlikte teknik ve ekonomik yönleri ile araştırılarak optimum seçim yapılmalıdır.

Baraj aksları seçilirken dikkat edilecek diğer hususlar aşağıda belirtilmiştir.

Dolgu Gövdeli Barajlarda

· Baraj aksı vadinin açıldığı bölgeye yakın olmamalıdır.
· Diğer bir husus ise, baraj aksı yamaçların yükselti eğrileri ile mümkün mertebe dik açı teşkil etmeleridir.

Bu şekilde düzenlemeler her ne kadar beton kemer gövdelerin dışında, gövdenin dahili stabilitesi ile ilgili olmasa bile, yamaçlara intibakı yönünden faydalı olacaktır.

Bazan doğrusal aks yerine kemer tarzında projelendirilmiş dolgu tipinde bir çözüm, yamaçlar ile daha iyi uyum gösterecek ve ayrıca, yamaçların birinde bulunan dolusavak imkanı daha uygun değerlendirilmiş olacaktır.

Bu düzenleme stabiliteyi arttırma amaçlı değildir. Çünkü kemer tarzında projelendirilmiş bir dolgu tipinde barajın gövdede kullanılan malzemenin özelliklerinden dolayı rezervuar su yükünü kemer etkisi ile yamaçlara iletmesi pek söylenemez. Hatta bu şekilde bir dizayn, bir miktar hacim artması ve inşaat tatbikatının zorlaşması dolayısı ile maliyeti az da olsa arttıracaktır. Fakat ilgili diğer yapıların kolay yerleştirilmesi bakımından ve estetik yönden bu ilave maliyet göze alınabilir.

Beton Gövdeli Barajlarda

Beton gövdeli barajların konumlarının saptanmasında yukarıda sayılan tavsiyeler geçerli olmakla beraber, kemer tipindeki barajlarda bilhassa önem kazanmaktadır.

Bir kemer barajda, rezervuar su yükü kemerlenme etkisi ile büyük miktarda yamaçlara aktarıldığı için mesnetlerde itkiyi karşılayacak bir kaya kitlesinin bulunması gerekir.

Mesnet kayası, kemer itkisi dolayısı ile bir kayma düzlemi boyunca deforme olmamalıdır.

Mesnet bölgesinin mansabında yamaçlarda ani bir açılma kemer itkisine karşı dayanımı azaltacaktır.

3-4. Baraj Gövdesinin Yerleştirilmesindeki Jeolojik Kriterler

Baraj gövdelerinin yerleştirilmesinde göz önünde bulundurulması gereken önemli jeolojik oluşumlar aşağıda belirtilmiştir.

a) Baraj aksı membaından mansaba irtibatlı, bertaraf edilmesi zor olan bir yer altı su yolu bulunmamalıdır.
b) Gövde, enjeksiyon perdesi veya diğer metodlar ile ıslah edilmesi zor ve masraflı olabilecek geçirimli bir formasyon üzerine zorunlu olmadıkça oturtulmamalıdır.
c) Gerek dolgu, gerekse beton barajların temeli civarında aktif faylar mevcut olmamalıdır.Küçük, aktif olmayan faylar ve çatlaklar dolgu barajlarda önemli olmayabilir. Fakat beton ve bilhassa beton kemer barajlarda bunlar zayıf zonlar oluşturdukları için genellikle arzu edilmezler.Gökçekaya iki eğrilikli kemer barajı buna rağmen sağ ve sol yamaçta oldukça önemli fay sistemleri üzerinde inşa edilmiş, fakat bu fayların dolgularının önemli miktarlarda boşaltılıp yerine beton doldurulması hem zaman almış, hem de çok masraflı olmuştur.
d) Barajın oturacağı yerde veya civarında gövdeye zarar verebilecek, kaldırılması yahut ıslah edilmesi ekonomik görülmeyen önemli heyelanlı sahalar olmamalıdır.
e) Aks boyunca alınmış jeolojik kesit kazı sınırını belirleyecektir. Jeolojik kesidi mevcut olmayan, sadece topografik duruma göre seçilmiş bir aks yerinde, baraj temeli için uygun olmayan, kazılarak alınması gereken zemin kitlelerine rastlanabilir.

3-5. Baraj Gövde Tipinin Seçimindeki Kriterler

Baraj gövde tipinin seçiminde, aks yerinin tasarlanan baraj tipine teknik yönden uygun olup olmaması birinci derecede rol oynar. Fakat, bazı özel durumların dışında, aks yeri birden fazla tipte baraj gövdesinin projelendirilmesine uygun olabilir. Böyle bir durumla karşılaşıldığı takdirde, uygun görülen baraj tipleri planda yerleştirilip, boy ve enkesitleri hazırlanır ve diğer yapıların etkileri de göz önünde bulundurularak, kabaca ekonomik karşılaştırmaları yapılır. Bazı durumlarda, tesis ile ilgili diğer bir yapının maliyetinin az olması baraj gövde tipinin seçilmesinde önemli bir etken olur.

Buna örnek olarak, baraj gövdesi ile dolusavak ilişkisini verebiliriz. Bir aks yerinde tasarlanan dolgu ve beton tipindeki barajların birbirine yakın maliyet değerleri olduğunu düşünelim. Eğer dolgu tipindeki barajda, gövde dışındaki dolusavağın boşaltım kanalı uzun ve yapı, büyük hacimde kazı ile beton sarfiyatını gerektiriyor ise beton tipinde gövde üzerinde düzenlenmiş ekonomik bir dolusavak yapısı, toplam maliyeti önemli ölçüde düşürecektir.

Genel olarak baraj gövde tipinin seçimini belirleyen faktörler aşağıda açıklanmıştır.

a) Topografya: Vadi profilinin şekli ve genişliği, burada projelendirilmesi tasarlanan barajın tipini belirler. Beton barajlar genellikle geniş vadilerde ekonomik değildirler. Beton kemer barajlar teknik olarak dar ve V- şeklinde bir vadi profili gerektirirler.
b) Jeolojik Şartlar: Tasarlanan baraj aksındaki jeolojik şartlar, baraj tipinin seçiminde önemli rol oynar. Nehir yatağında derin bir alüvyon tabakası bulunması, beton barajın aleyhinde olan bir faktördür. Ayrıca temel kayasının taşıma gücünün düşük oluşu, dolgu baraj tipinde bir seçim yapılmasını gerekli kılabilir. Kemer barajlar, kemer itkisine karşı, mesnet görevini üstlenebilecek sağlam ve emniyetli yamaçlar gerektirirler. Bu yamaçlarda, mesnet kitlesinin kaymasına sebep olabilecek faylar ve diğer kayma düzlemleri bulunmamalıdır.
c) Dolgu Malzemelerinin Yeterli Miktar ve Kalitede Mevcut Olması: Baraj aksı civarında yeterli miktarda inşaat dolgu malzemesi mevcut bulunmalıdır. Örneğin, jeolojik şartlar bir dolgu barajı gerektiriyor, fakat civarda çekirdek için geçirimsiz malzeme bulunmuyorsa, zonlu dolgu yerine homojen dolgu seçilir. Şayet barajın özellikleri (yüksekliği v.s.) buna da elvermiyorsa, asfalt veya beton memba kaplamalı kaya dolgu tipine gidilebilir.
d) Yapı Malzemelerinin Baraj Yerine Mesafesi: Bir baraj aksı için dolgu veya beton baraj tipinin her ikisi de uygun görülüyorsa, dolgu malzeme ocaklarının uzaklığı, beton baraj tipinin tercihini gerektirebilir. Bunun için bir maliyet karşılaştırması yapılmalıdır.
e) Bölgedeki Sismik Aktivite: Bölgede sismik aktivitenin yoğun bulunması, özel bir baraj tipinin seçilmesini gerektirebilir. Bu durumda barajın temel ve yamaç şartları da göz önünde bulundurulur. Bu bölgelerdeki dolgu barajlar da ince kil çekirdekten, gövde içersinde geçirimsizliği sağlayacak düşey beton perdelerden kaçınılır.
f) Meteorolojik Şartlar: Eğer inşaatta killi yapı malzemesi büyük çapta söz konusu oluyor, fakat iklim şartları bunun işlenmesine uygun olmuyorsa, örneğin her mevsim yağışlı veya uzun süre don periyodu gibi, böyle durumlarda beton baraj tipinin seçimine gidilir. Burada gerekli görülen inşaat süresi de beraber düşünülmesi gereken bir faktördür.
g) İnşaat Süresi: Herhangi bir sebepten dolayı inşaat süresi kısıtlı ise, çabuk inşa edilebilecek bir baraj tipi seçilir.
h) Gerekli Teknoloji ve Uzman Kadronun Mevcudiyeti: Eğer belirli tipte bir baraj inşaatı için yeterli teknoloji ve yetişmiş uzman mühendis, usta, işçi ve müteahhit bulunmuyorsa ve bunların ithali de istenmiyorsa, projelendirme ve uygulama şartlarının daha kolay yerine getirilebileceği bir baraj tipi seçilir.
i) Aktif Hacim: Aktif hacmi hızlı bir şekilde boşalan barajlarda, memba şev kaymalarını önlemek için ani seviye düşmelerine duyarsız baraj tipleri seçmek gerekir. Örneğin, beton ve membası geçirimsiz membranla kaplamalı kaya dolgu barajlar gibi. Zonlu barajlarda, merkezi kil çekirdekli çözümler kullanılır.
j) Doğanın Korunması ve Çevre Şartları: Doğa ve çevrenin korunması günümüzde çok önem kazanmıştır. Mesela bitki örtüsünün çok yoğun olduğu bölgelerde, kil malzeme elde edebilmek için çok kıymetli tarımsal arazilerin talan edilmesi, ağaçların sökülmesi, doğaya çirkin bir görünüm verilmesi yerine, kil malzeme gerektirmeyen geçirimsiz memba kaplamalı kaya dolgu tipinde bir baraj gövdesi seçilmesi daha uygun olur.

Kaya tabakası ile korumalı bir mansap şevi yerine, çimen ve bodur bitkilerle kaplanmış bir şev, doğa ile daha güzel bir uyum sağlayacaktır.

Dolgu veya beton tipinde baraj gövdelerinin seçiminde, ilgili diğer yapıların maliyetlerinin rol oynamasına rağmen, genelde vadinin biçimi ve jeolojisi tercih için en önemli faktör olmaktadır.

Dar vadiler kemer ve ağırlık barajlarının projelendirilmesine elverişlidir. Ağırlık barajlarının, vadi genişledikçe ve tabanda alüvyon kalınlığı arttıkça ekonomisi azalır ve dolgu gövde lehine gelişir. Payandalı (boşluklu) beton barajlar daha geniş vadilerde ekonomik olabilir. Derin bir vadi ile üst kotlarda yatık yamaç kombinasyonlarında karma tipte baraj gövdeleri projelendirilebilir.

3.6. Derivasyon Tesisleri Kriterleri

Derivasyon sistemi bir veya birden fazla derivasyon tüneli ile suyu tünele çevirmeyi sağlayacak ön batardo, yapım süresince temeli taşkınlardan koruyacak memba ve mansap batardolarından oluşmaktadır. Derivasyon tesislerinin kapasiteleri beton barajlarda 50 yıllık, dolgu barajlarda ise 100 yıllık taşkın debilerine göre saptanmalıdır.

Dolgu barajlarda memba batardoları gövdenin bir parçası olarak projelendirilebilir ve böylece ekonomi sağlamak için batardo yüksekliği ile tünel çapı arasında bir optimizasyon çalışması yapmak gereksiz olur. Diğer taraftan, memba batardosunun bir alçak su döneminde inşa edilebilecek hacimde olması göz ardı edilmemelidir.

Derivasyon tünellerinde yapım süresinde ulaşım imkanlarının rahat olması ve hidrolik avantajlarından dolayı atnalı kesit tercih edilir.

Ön batardonun memba yüzü geçirimsiz malzeme ile örtülmüş iri kayalardan oluşturulması ön görülmüştür. Derivasyon tünelinin yapımının tamamlanmasından sonra yaklaşım kanalındaki bariyer kaldırılacak, bir sahilden iri kayaların dökülmesi sureti ile nehir diğer sahile sıkıştırılarak kapatılacak ve suyun tünelden geçmesi sağlanacaktır. Memba batardosunun kuruda inşa edilebilmesi için, ön batardonun memba yüzünün geçirimsiz kil tabaka ile kaplanarak filtre ve kaya tabakaları ile korunması gerekmektedir.

Ön batardonun koruması altında inşa edilecek memba batardosu, ana gövdenin benzer küçük bir modeli olmalıdır. Temel geçirimsizliği sığ alüvyon yataklarda pozitif hendek, alüvyon içersinde geçirimsiz duvar (bulamaç hendeği v.s.) veya alüvyon enjeksiyon perdesi ile sağlanabilir.

Alçak beton baraj ve regülatörlerde, derivasyonun palplanş hücre batardolar yardımı ve koruma altına alınmış barajın bir bölümü inşa edilirken nehrin yatağının diğer tarafında oluşturulacak bir kanaldan akıtılması ve daha sonra ilk yapılan kısımda bırakılan orifislerden suyun geçirilerek benzer şekilde yapının diğer bölümünün inşa edilmesi yöntemi ile yapılması öngörülmelidir.

3.7. Dipsavak Kriterleri

Bütün tesislere, eğer mansapta özel bir gereksinme yok ise (sulama v.s.), gereği halinde nehirdeki biyolojik yaşamın sürdürülmesi için en az debinin geçirilmesi amacı ile birer dipsavak öngörülmüştür.

Bunun için gerekli debinin miktarı, uzun dönem rasatlarda nehirde ölçülen en düşük debilerin en yüksek değerine eşit olarak kabul edilmiştir. Dipsavak bu debiyi minimum rezervuar su kotunda geçirebilmelidir. Çok olağan üstü bir gereksinme olan rezervuarın boşaltılması, minimum işletme kotuna kadar dolusavak ve santral çalıştırılması ile yapılabilir.

Beton barajlarda dipsavak gövde üzerinde düzenlenmektedir. Dolgu barajlarda ise derivasyon tünelleri dipsavağa dönüştürüleceklerdir. Dipsavak kapakları derivasyon tünelinin baraj aksını kestiği bölgede yer almışlardır. Arka arkaya düzenlenmiş emniyet ve servis kapakları kayar tipte öngörülmüş olup, hidrolik olarak kumanda edileceklerdir. Kapakların üstünde yer alan kapak odalarına bir ulaşım galerisi ile mansaptan girilecektir.

Dipsavak su alma ağızları iki derivasyon tünelli projelerde tünelin birisinin giriş yapısı üzerinde düzenlenebilir. Düşük su sezonunda derivasyon diğer tünelden idame ettirilecek ve bu arada söz konusu tünel için kapaklar ve giriş ağzına ızgaralar monte edileceklerdir.

Tek tünel ile çözümlenen derivasyon sistemlerinde, kapakların montajı için tek tünelin kapatılmasından sonra derivasyonun idame ettirilememesi ve su seviyesinin yükseldiği rezervuar içersinde kapatılan girişin dipsavak monte edildikten sonra su girişine tekrar kolayca açılamaması problem yaratmaktadır. Bu durumda dipsavak girişi, derivasyon tüneli giriş yapısı arkasındaki yamaçta tünele irtibatlı olarak projelendirilmiş ve dipsavak kapakları montajı için bu girişin de yamaçtan bir batardo kapağının kızaklanmak sureti ile indirilerek tünelle aynı zamanda kapatılması ve montaj işleri bittikten sonra aynı tertibat ile dipsavak işletmesi için açılması öngörülmüştür. Bu durumda batardo kapağı indirme mekanizmasının bulunduğu kota rezervuar su seviyesi erişmeden dipsavak kapağı montaj işlerinin bitirilmesi gerekmektedir.

Regülatör tipi tesislerde dipsavak gerekmemektedir. Çünkü hemen hemen nehir tabanı seviyesindeki dolusavak eşiklerinden radyal kapaklar ayarlanarak her an yeteri kadar mansaba su bırakmak mümkündür.

Dipsavak su alma eşik kotu, rezervuarda 50 yılda birikecek sürüntü maddesi kotunun üzerinde düzenlenmelidir.

3.8. Dolusavak Kriterleri

Öngörülen tesislerin dolusavakları kapak kontrollu tipte seçilebilir ve beton barajlarda gövde üzerinde, dolgu barajlarda ise yamaçlarda düzenlenebilir.

Beton barajlarda deşarj kanalları gövdenin mansap yüzünün eğimine uydurulmuş, dolgu barajlarda ise yamacın elverişli bir bölgesinde en az kazı gerektirecek bir eğimde yerleştirilebilir.
Enerjinin kırılması deşarj kanalı sonunda projelendirilen enerji kırıcı havuz veya sıçratma bloğu vasıtası ile çözümlenmelidir.

Beton gövdelerde yatak içersinde enerji kırıcı havuz düzenlenmiş, tabandaki alüvyonun kalın olduğu durumlarda, havuz derinliğinin gereksiz yere arttırılmaması için serme beton (Rollcrete) dolgu öngörülmüştür.

Dolgu barajların dolusavaklarında ise, dolusavak deşarj kanalının yönü dolayısı ile sıçratmalı düzenlemede diğer yapıların etkilenme olasılığı varsa, kazı ve temel şartları uygun düşüyorsa, yeterli boy ve derinlikte enerji kırıcı havuz tercih edilir, aksi halde nehir ekseni boyunca sıçratılmasına karar verilir.

Dolusavak tasarımında, basit ve problemsiz bir hidroliğin sağlanması bakımından dikdörtgen enkesitler benimsenmeli, kanal genişlikleri sabit tutularak, yön ve eğim değişmelerinden kaçınılmalıdır.

Dolusavak projelendirme debisi olarak olası en büyük taşkın debisi baz alınır, çıkış debisinin saptanmasında baraj gölünün taşkın öteleme etkisi göz önünde bulundurulur.

3.9. Enerji Su Alma Yapıları Kriterleri

Enerji su alma yapıları beton barajlarda gövde üzerinde düzenlenebilir ve etek santrallı tesislerde cebri borular ile türbinlere bağlanabilir, tünel sonu santrallı tesislerde ise yamaçlarda teşkil edilmiş tünel aynalarına geçiş sağlanabilir.

Dolgu gövdeli barajlarda bu yapıların gövde üzerinde düzenlemeleri bazı sorunları da beraberinde getirdiği için gövde dışındaki imkanlar aranmalıdır.

Su alma yapılarının baraj gölü alanı dışından erişilebilirliği büyük bir tercih sebebi olduğundan aşağıdaki çözümler üzerinde durulmuştur.

• Dolusavağa bitişik, aynı yaklaşım kanalından faydalanan su alma yapısı, rezervuar minimum işletme kotunun çok derinde olmaması hallerinde pratik bir çözüm olarak görülmüştür. Gereği halinde su alma yaklaşım kanalı dolusavak kanalı içinde bir miktar daha düşük kotta projelendirilebilir.
• Uygun bir topografyanın bulunması durumunda, baraj gölü kıyısındaki dik bir yamaçtan yararlanarak, sahilden doğrudan doğruya veya küçük bir köprü ile erişebilen kule tarzında su alma tipi uygulanabilir.
• İki tünelli derivasyon öngörülüp, tünellerden birinin enerji tünelinde dönüştürülmesine karar verildiği durumlarda da böyle bir su alma yapısı bir boyun ile derivasyon tüneline bağlanabilir.

Yukarıda söz edilen uygun topografyanın her zaman mevcut olması mümkün olmadığı için, bilhassa minimum işletme seviyesinin oldukça derinde olması durumlarında, batık bir su alma yapısının düzenlenmesi kaçınılmazdır. Böylece bir projelendirme de kuvvet tüneli girişinin, yamaç üzerinde su altında kızaklanacak bir kapak sistemi ile kontrol edilmesi gerekmektedir. Fakat böyle bir sistem yüksek ve dengelenmemiş bir su basıncından bazı problemler yaratacaktır. Burada öngörülen tünel servis kapağı kayar tipte ve hidrolik kumandalıdır. Açma ve kapama elemanı olan servomotor su basıncını yenecek kuvveti teknik olarak uygulayabilecektir. Servis kapağının memba tarafında, münferit olarak su seviyesi üzerine kadar yükseltilen bir yuva içersinden su basıncına maruz kalmadan indirilebilecek bir batardo kapağı bakım ve onarım işlerinin kuruda yapılabilmesini sağlayacaktır. Batardo kapağının kaldırılmasının, iki kapak arasındaki boşluğun su ile doldurularak dengelenmiş su basıncından yapılması gerekir.

Yamaçtan kızaklama sistemi, sadece girişteki ızgaraları temizleme tarağı için düşünülmüştür.

3.10. Kuvvet Tüneli Kiterleri

Kuvvet tünellerinin dairesel kesitli ve beton kaplamalı olması öngörülür. Fay hatlarından gerekli mesafelerin bırakılması şartı ile en kısa güzergahlar seçilerek mümkün olduğu kadar fazla aynadan açılma imkanları araştırılmalıdır.

Tünel çapları işletme optimizasyonları ile saptanarak, tüneldeki hızlar 5 m/s ile kısıtlanmalıdır.

Tünel üzerindeki kaya kalınlığının yeterli olmasına özen gösterilerek, en az tünel çapının 2 katı bir kalınlık öngörülür. Tünel eğimleri denge bacası şartı sağlanması kaydı ile ortalama 0.002 olarak düzenlenmiştir. Eğim, tünel içersinde drenajın sağlanması düşünülerek en az 0.001 ile sınırlandırılmıştır.

3.11. Denge Bacası Kriterleri

Santral binasındaki vananın açılıp, kapanması sırasında oluşacak aşırı basınçları sönümlendirerek, bunların tünelde hasara yol açmasını önlemek için THOMA koşulunu sağlamasına dikkat edilerek, kuvvet tünel çıkışından önce denge bacaları projelendirilir.

3.12. Cebri Boru Kriterleri

• Etek santrallı beton barajlarda cebri borular ayrı su alma ağızlarından münferit olarak alınarak gövde betonuna gömülü şekilde ünitelere bağlanabilir.
• Dolgu barajlarda ise, dolusavak yaklaşım kanalından su alma imkanının olduğu durumlarda cebri borular açıktaki bir güzergahtan geçirilerek simetrik bir çatallanma ile branşmanlara bölünerek ünitelere bağlanmalıdır. Sadece santrala girişteki branşmanlar gömülü düzenlenmiş ve beton bir zarf içine alınmıştır. Eğer santrala mesafe kısa ise, su alma yapısı ve santral cebri boru bağlantıları ayrı ayrı yapılır.
• Santralın uzakta yer alması ve baraj gövdesinin dışındaki bir bölgeden enerji için su alınması durumunda araya nisbeten kısa veya uzun bir tünel bölümü girdiği için cebri borular tünel çıkışından itibaren yine diğerlerinde olduğu gibi açıkta bir güzergahtan geçirilip ünitelere bağlanır. Uzun tünelli tesislerde cebri boruların çıkış bölgesinde denge bacaları öngörülmüştür. Cebri boruların üst bölgesinde güvenlik nedeni ile vanalar ve vantuzların düzenlenmesi gereklidir.
• İki tünelli derivasyon sistemlerinde tünellerden birinin kuvvet tüneline dönüştürülmesi durumunda, tünel içersine yerleştirilecek çelik kaplamadan asimetrik ayrılan çelik branşmanlar ile ünitelere bağlantı yapılabilir.
• Açıktaki cebri borularda her beton tesbit kitlesinin mansabında genleşme contası düzenlenerek boruların kayar mesnetler üzerine oturması öngörülmelidir.

3.13. Santral Binası ve Şalt Sahası Kriterleri

Santral binaları ünite blokları ve montaj bloğundan oluşmuş, kontrol binasının montaj bloğu içinde ve bitişiğinde olması öngörülmüştür.

Santral binası temellerinin tamamen temel kayası üzerine oturmasına özen gösterilmelidir. Gerekli yerlerde yamaç molozu veya alüvyon kaldırıldıktan sonra serme beton ile dolgu yapılacaktır.

Makina holünün yaklaşım kotunun seviyesinde olduğu durumlarda bir servis vinci hizmet edecek, daha düşük kotta olması halinde transfer binası içersinde diğer yönde çalışan ikinci bir vinç gerekecektir.

Trafolar için santral binasının arka tarafında bir yer tahsis edilmiştir.

Mansap kanalının eğimi en çok 1 düşey, 3 yatay olarak öngörülmelidir.

Şalt sahaları, etek santrallarında mümkün olduğu hallerde baraj gövdesi eteğindeki platforma, diğer hallerde santral yakınında taşkın tehdidi altında bulunmayan düz bir alana yerleştirilir. Konvensiyonel şalt sahaları yanında gereği halinde SF6 tipinde şalt sahaları da söz konusu olabilir.

3.14. İşletme Çalışması Kriterleri

Projelerin rezervuar işletme çalışmaları bilgisayar programları ile yapılır. Program, memba barajı santralından çıkan suları ara havza suları ile toplayarak bir sonraki baraj rezervuarına giren su olarak değerlendirmelidir. Programda tünelli santrallarda tünel kayıpları dikkate alınmalıdır. Programa verilen girdiler genellikle aşağıdaki gibidir:

· Rasat yılı sayısı
· Rezervuar sayısı
· Firm enerjideki eksiklik yüzdesi
· Aylık doğal akımlar (106m3)
· Rezervuardan yapılan sulamaların aylık su miktarları (106m3)
· Mansap suları için bırakılacak aylık su miktarları (106m3)
· Yükseklik (m), hacim (106m3) ve alan (106m2) değerleri
· Aylık buharlaşma değerleri (mm)
· Maksimum depolama hacmı (106m3)
· Minimum depolama hacmi (106m3)
· Kuyruksuyu kotu (m)
· Kurulu güç (MW)
· Barajın maksimum brüt düşüsü (m)
· Talveg kotu (m)
· Varsa tünel çapı (m), uzunluğu (m) ve Manning katsayısı

3.15. Hidroelektrik Santrallarda Kurulu Güç Optimizasyonu

Genelde hidroelektrik santralların kurulu gücünü net faydalar dikte etmektedir. Kolaylık olması bakımından firm gücün yaklaşık 2,3,4,5 katlarında yapılan işletmelerde elde edilen enerji ve güçlerin faydaları hesaplanır. Baraj maliyeti genelde tüm kurulu güç için değişmeyeceğinden sadece santral maliyetleri ve yıllık giderleri hesaplanır. Toplam faydalardan yıllık giderlerin çıkartılması ile bulunan rölatif net faydalar grafikte güç değerlerine karşı noktalanır. En büyük net faydaya karşı gelen güç, “Kurulu Güç” olmaktadır. Ancak bu optimizasyona bazı kısıtlamalar getirilmiştir. Bunlar:

· Cebriborudaki maksimum hız 6.5 m/s’i geçmemelidir.
· Beton kaplamalı kuvvet tünellerinde hız 5 m/sn’yi geçmemelidir.

Net fayda artsa bile yukarıdaki limitlerdeki güçler, kurulu güç olarak alınır.