Birleşik Sistem Kanalizasyonlarda Dolu Savaklar

Yorum

Bir süreden beri çevre mühendisliğinin Türkiye’de gelişimi hakkındaki  yorum  yazılarıma güncel konulara ağırlık verdiğimden ara vermiştim. Bu yazımda sizleri doktora tezim ve birleşik kanalizasyon sistemleri ile dolu savaklar hakkında bilgilendirmek istiyorum.

1963 yılında Hannover Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi’ni bitirdikten sonra bir yıl Hannover’deki bir mühen- dislik bürosunda yüksek inşaat mühendisi olarak çalıştım. Çalıştığım firmanın ortaklarından birisi, öğrenciliğim esnasında kendisinin doktora tez deneylerine yardımcı olduğum Dr. Meihorst idi. Mühendislik bürosundaki çalışmam esnasında, ömür boyu bir odada oturup proje kontrolü ve proje hazırlamanın benim karakterime ve hayat felsefeme uymadığı kanaatine vardım. Bu nedenle benim  bilimsel  alanda  gelişmeme  ve çok yönlü çalışmama başlangıç teşkil edeceğinden doktora yapmaya karar verdim.

Doktora yapma düşüncem hakkında,  yanında  diploma  tezimi  hazırladığım Prof. Dr.- Ing. Walter Hensen ile konuştum. Kendisi diploma tezimi başarıyla yaptığımı, istersem kıyı ve liman mühendisliği konusunda yanında doktora yapabileceğimi belirtti. Bu arada fakültemiz öğretim üyelerinden hocam  Prof. Dr.-Ing  Dietrich  Kehr’in, İstanbul Belediyesi bünyesinde Mecralar Dairesi’ni kurduğunu ve Başkanlığını yürüttüğünü anlatarak Prof. Kehr’in yanında doktora yapmamın, ülkem ve şahsım  açısından  daha faydalı  olacağına dikkat çekti. Kendisinin  tavsiyesi üzerine Prof. Kehr ile görüştüm. Prof. Kehr, yaptığı incelemeler sonunda bana doktora yaptırmayı kabul etti ve böylece  Hannover  Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Kentsel Altyapı ve Su Ekonomisi Enstitüsü’nde doktora çalışmama başladım. Prof. Kehr, görüşmemizde, tezimin konusunu belirleyip bir proje oluşturmamız gerektiğini ve bu projeye herhangi bir kuruluştan maddi destek sağlandığı  takdirde  araştırma  görevlisi kadrosuna alınabileceğimi belirtti. Bunun için de, tez konusu olarak seçilebilecek tekliflerimi yapacağım ön çalışmalarla kendisine sunmamı istedi. Bu dönemde akşamları, yukarıda bahsettiğim mühendislik bürosunda da çalış- maya devam ettim. Yaptığım  çalışma ve literatür incelemeleri sonucunda doktora hocamla tez konusu olarak “Birleşik Kanalizasyon Sistemlerinde Dolusavakların Atıksu Tekniği Bakımından En Uygun Şeklinin Belirlenmesine Katkı” (Beitrag Zur Abwassertechnisch Gunstigen Ausbildung Von Regenberlaufen In Mischkanalisationen) konusunu seçtik.

Bu tez Alman  Sağlık  Bakanlığı’na bir araştırma projesi olarak sunuldu ve kabul edildi. Böylece tez çalışmama başlamamdan 10 ay sonra araştırma görevlisi olarak çalışmaya başladım ve deneylerim için gerekli olacak harcama imkanlarını elde ettim. Aşağıda model çizimi verilen tez çalışma deneylerimi, hocam Prof. Kehr’in projelendirdiği  ve kontrol mühendisliği hizmetlerini üstlendiği, Hannover’e 140 km. mesafedeki Gütensloh Arıtma Tesisi’nde gerçekleştirdim.

 Tezimle ilgili bilgileri vermeden önce, kanalizasyon  sistemi  ve tarihsel  gelişimi hakkında kısa bir açıklama yapmak istiyorum. 19. yüzyılın sonlarına kadar arıtılmamış pis sular, nehirlere, göllere ve denizlere akıtılıyordu. Endüstrileşme ve şehirlerin büyümesiyle debileri artan atıksuların kanalizasyon tesisleriyle uzaklaştırılması  gerekli hale gelmiş ve ilk kanalizasyon tesislerinin 1842 yılında Almanya’nın Hamburg kentinde inşaatına başlanmıştır. Avrupa’daki kentler tarihi nitelikte olduğu ve sokakların dar inşa edilmesi nedeniyle  sokaklara  tek bir kanal hattının döşenmesi mümkün olduğundan, birleşik sistem kanalizasyon sistemi zorunlu olarak inşa edilmiştir. Toplanan atıksular ve yağmur suları bu kanala verilmekteydi. Şekil 1’de bir birleşik kanal sistemi görülmektedir. Yağmur suları ile kullanılmış sular aynı kanalda toplanıldığından, oluşan debi miktarı çok fazla olmaktadır. Bilindiği gibi yağmur sularının debisi, kanalda akan pis suyun 40-200 misli kadar olabilmektedir. Yağmur sularının ve pis suların aynı kanalda akıtılması durumunda kanal çaplarının giderek büyütülmesi gerekmektedir. İnşaat zorlukları ve diğer nedenlerde kanal kesitlerinin belirli bir çapı geçmesi mümkün değildir.  Bu çap  İstanbul  gibi  büyük şehirlerde maksimum 2-2,5 metre olarak seçilmektedir. Çapların belirtilen boyutlardan daha büyük olması istenmediğinden birleşik sistem kanalizasyonlarda, yağmurlu havalarda kanalda akan debiyi belirli sınırlarda tutabilmek için kentin muhtelif yerlerinde ve kent çıkışında dolu savaklar inşa edilmektedir. İstanbul’un tarihi bölgelerinde de kanalizasyonlar birleşik sistem kanalizasyon olarak inşa edilmiştir.

Şekil 1: Bir birleşik sistem kanalı

Şehirlerin daha da büyümesi, modern şehir planlaması ve yolların geniş olarak inşa edilmesi sonucunda kanalizasyon sistemlerinin kademeli inşaatı mümkün hale geldiğinden daha ekonomik ve arıtma teknolojisi açısından da uygun olan ayrık sistem tercih edilmeye  başlamıştır.  Ayrık  sistemde yağmur  suyu  ve  atıksu  ayrı  ayrı iki kanalda toplanarak uzaklaştırılmaktadır. Böylelikle Şekil 2’de görüldüğü gibi yağmur suları en kısa sürede yüzeysel sulara verilmekte  olup, yağmur  suları pis su kanalına karışmadığından arıtma tesisine giden atıksu debisi oldukça sabit kalmaktadır.

Şekil 2:  Ayrık Sistem Kanalı

Birleşik sistem kanalizasyonlarda dolu savaklar inşa edilmediği takdirde kanalın akıtabileceğinden daha fazla olan yağmur suları sokaklarda akmakta ve ayrıca kanal bacalarından dışarı fışkırmaktadır. Bu durumda aşağıda fotoğrafta görüldüğü gibi şehirlerin yaşam kalitesi düşmektedir.

Buna engel olmak için yukarıda belirtildiği gibi şehrin muhtelif yerlerinde dolu savaklar inşa edilir. Kanalizasyon sistemin muhtelif noktalarında dolu savaklar boyutlandırılırken karışım oranı 1+4 – 1+9 arasında seçilir (1 birim pis su + 4-9 yağmur suyu). Bu karışım oranlarından daha fazla kanalda oluşan su dolu savaklardan Şekil 3a’da görül- düğü gibi en yakındaki yüzeysel sulara verilir. Yüzeysel suyun bu akıştan dolayı kirlenmesini engellemek için Şekil 3b’de görüldüğü gibi bir yağmur suyu tutma haznesi inşa edilerek, bu haznede biriken suyun kurak havada tekrar arıtma tesisine giden kanala verilmesi sağlanır. Yağmur şiddetinin fazla ve süresinin uzun olması durumunda bu su tutma haznesinin yeterli olamayacağından, suyun haznenin üst kısmından savaklanarak yüzeysel suya verilmesi sağlanır. Bu durumda da bu sudaki maddelerin su tutma haznesinin dibine çökelmesi mümkün olur ve daha sonra arıtma tesisine giden kanala verilmesi sağlanır. Şehir çıkışında inşa edilen dolu savaklar arıtma tesisinin verimli çalışabilmesi için 1+1 olarak (1 birim pis su + 1 yağmur suyu) seçilir.

Şekil 3: a- Dolu savak ve doğrudan deşarj b- Dolu savak-yağmur suyu haznesi ve deşarj

Dolu savaklar aşağıdaki Şekil 4a’da görüldüğü gibi gelen ve giden boruların çaplarının değişmediği durumlarda doğrusal veya Şekil 4b’de görüldüğü gibi gelen ve giden boruların çaplarının değiştiği durumda iki boruyu birleştiren şekilde eğik dolu savak olarak oluşturulur.

Şekil 4: Dolu savak şekilleri. a- Doğrusal dolu savak b- Eğik dolu savak

En basit şekilde dolu savaklar kanalların yan kısımlarında, Şekil 5a’da görüldüğü gibi inşa edilmektedir. Dolu savak uzunluklarını daha kısa tutabilmek ve uygun hidrolik şartları sağlayabilmek için Şekil 5b’de görüldüğü gibi giden kanalda 30-50 metre uzunluğunda daraltılan bir boru döşenmektedir. Daraltılan kanalın çapı, gelen pis suyun akışına imkan verecek şekilde seçilmektedir.

Şekil 5 a: Giden borusunun çapının küçültüldüğü dolu savak

Şekil 5 b: Giden boru çapının daraltıldığı dolu savak

Şekil 6: Çıkış borularının üst üste olduğu dolu savak

Şekil 7: Sıçrayan savak (Leaping Weir) şeklindeki dolu savak

Şekil 8: Atıksu ve yağmur suyu ayrımına dayalı sistem

Yukarıda anlatılan dolu savak örnekleri en çok uygulama bulmasına rağmen Şekil 5, 6 ve 7’de gösterilen dolu savak uygulamaları da bulunmaktadır.

Birleşik sistem kanalizasyonlarda yağışlı havada kanalda oluşan çamur miktarı, Emscher Birliği tarafından Essen’de yapılan ölçümlerde belirlen- miştir. Şekil 9a’da görüldüğü gibi yağmur süresinin artmasıyla birlikte debi artmaktadır. Burada  1+4 seyrelme  ve 1+9 seyrelme oranlarında yüzeysel sulara dolu savaklardan verilen debi de görülmektedir. Şekil 9b’de ise 2.5 saat süren ve 1+14 seyrelmeye  ulaşan karışımda ilk 40 dakikada ölçülen çamur miktarı kurak havadakinin yaklaşık 3 katı olarak ölçülmüştür. Yağışın sona ermesiyle çamur miktarı tekrar başlangıçtaki değere düşmüştür (Müller. Neuhaus., 1950).

Şekil 9: a- Yağış esnasında kanaldaki debinin değişimi b- Yağış esnasında kanalda ölçülen çökebilen çamur miktarı

İngiltere’de Northhampton, Brighouse ve Bradford kentlerinde yağmurlu havada   kanalizasyon   sistemlerinde ölçümler yapılmıştır (Gameson, Davidson, 1963). 60 gün süren üç yüzden fazla yağış esnasında birleşik sistem kanallarda oluşan suda, yağmur başlangıcından itibaren Şekil 10’da görülen parametreler ölçülmüştür. Buradan görüldüğü gibi yağmur başlangıcındaki ölçümler en yüksek değerleri göstermektedir. Bu nedenle inşa edilecek dolu savakların yağmurun başlangıç aşamasında kanaldaki suyun en az ilk 15 dakika mümkün olduğu takdirde 60 dakikaya kadar dolu savaktan deşarjı, yukarıda şekilleri gösterilen dolu savaklar veya su tutma haznesi vasıtasıyla engellenmeli ve daha sonra arıtma tesisine akışı sağlanmalıdır. Bilindiği gibi yağmurlu  havada kanala gelen su, ilk 15 dakikada evsel pis su kadar kirlidir.

Şekil 10: Birleşik sistemlerde yağmur başlangıcından itibaren ölçülen değerler

Tez çalışmamın deney tesisleri Gütersloh arıtma tesisleri alanında kurulmuştur. Deney tesisinin plan ve kesiti Şekil 11’de görülmektedir.

Şekil 11: Model deney tesisi

Aşağıda açıklanan deney kademelerinde dolu savakların kirlilik parametreleri üzerindeki etkisi 18 ayı bulan ölçümlerle belirlenmiştir. Bu ölçümlerde kirlilik dağılım parametresi  TRD / TRÜ (Dağılım  katsayısı)  değerleri aşağıda verilen değişkenlere bağlı olarak tespit  edilmiş  ve  en  uygun  şekil  ve uzunluk belirlenmiştir. TRD arıtma tesisine giden çıkış borusunda (daraltılmış boru  sonunda)  ölçülen  kuru  madde, TRÜ ise dolu savağın  çıkışındaki kuru maddedir.

a) Değişik debilerin etkisi (18 L/s; 30 L/s; 48 L/s)

b) Dolu savak uzunluğunun etkisi (1,00 m.; 1,50 m.; 2,00 m.; 2,50 m.; 3,00 m.)

c) Savak yüksekliğinin etkisi (0,20 ;

0,25 m.; 0,30 m.; 0,35 m.; 0,40 m.)

d) Dolu savak şeklinin (formunun) etkisi (bkz. Şekil 12)

e) Atıksuya karıştırılan maddelerin etkisi (Kum, taze çamur, kağıt, sünger)

f) Farklı karışım oranlarının etkisi (1+2-1+7)

g) Daraltılmış çıkış borusunun konumunun etkisi (60°) (bkz. Şekil 13)

Yürütülen deneysel çalışmalarla ilgili grafikler yer darlığı nedeniyle burada verilmemiştir. Dolu savak ne kadar yüksek  ve dolu  savak  ne kadar  uzunsa, o kadar uygun dağılım katsayısı elde edilmiştir. Küçük dolu savak yüksekliklerinde  savak  uzunluğunun  pratik bir etkisi olmadığı görülmüştür. Savak yüksekliğinin artmasıyla gelen kanalda meydana gelecek hidrolik yükselme dikkate alınmalıdır.

Küçük dolu savak yüksekliklerinde dolu  savak  şeklinin  dağılım  katsayısı üzerinde  bir  fark  yaratmadığı tespit edilmiştir.  Savak  yüksekliğinin  artmasıyla  birlikte  savak  şeklinin  dağılım katsayılarının üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Bu ölçümlerde en uygun savak şeklinin Şekil 12’de c ile gösterilen olduğu belirlenmiştir.

Şekil 12:  İncelenen savak şekilleri

Şekil 13: Daraltılmış çıkış borusunun konumu a- Gelen boru ile aynı istikamette b- 60° açı ile

Kum,  taze  çamur  ve kağıdın  ayrı ayrı katılarak yapılan deneylerde dolu savak yüksekliğinin artması durumunda dağılım katsayısı artmaktadır. Süngerle yapılan deneylerde ise incelenen parametrelerden bağımsız olarak tüm süngerlerin dolu savaktan akışa geçtiği görülmüştür. Gelen debi miktarının artması, dağılım katsayısının da yükselmesine neden olmuştur. Aynı şekilde daraltılmış çıkış borusunun 60 derecelik bir açıyla oluşturulmasının da dağılım katsayısını artırdığı görülmüştür.

Yüzeysel suların korunmasına büyük önem veren Avrupa ülkeleri, şehirlerinin birçoğunda birleşik sistem kanal olduğundan bu sistemin ayrılmaz bir parçası olan dolu savak konusunu hem hidrolik açısından hem de kirliliği engellemek bakımından hassasiyetle araştırmaya devam etmektedirler. Yukarıda anlatılanlar yalnız doktora tezimin neticeleri dikkate alınarak açıklanmıştır. Bu konuya ilgi duyanların güncel araştırmaları ve literatürü de dikkate almaları faydalı olacaktır.

Bu  vesileyle  bana  doktora  yaptıran merhum Prof. Dr. Dietrich Kehr’i saygı  ve minnetle  anıyorum. Hannover Teknik Üniversitesi Kentsel Altyapı ve Su Ekonomisi Enstitüsü Destekleme Derneği’ne üye olarak kabulümü öneren Enstitü Başkanı Prof. Dr. K.H. Rosenwinkel’e ve bilimsel işbirliği içinde olduğum bu enstitü mensuplarına da teşekkür ediyorum.

Kaynaklar

  • Müller.Neuhaus., G.,1950 , “Zur Frage der Bemessung von Regenüberfallen bei Entwasserungsnetzen und Klaranlagen”, Gesundheitsingenieur Dergisi, Almanya.
  • Gameson, A.H.L., Davidson, R.N.,1963, “Storm-Water Investigations at Northhampton”, Institute Sewage Purification, İngiltere.
  • Gameson, A.H.L., Davidson, R.N., 1963, “Field Studies on the Flow and Composition of Storm Sewage”, Water Pollution Research Laboratory (Sonderdruck).
  • Samsunlu, A., 1968, “Beitrag zur Abwassertechnisch Günstigen Ausbildung von Regenüberlaufen in Mischkanalisationen”, Hannover Teknik Üniversitesi Kentsel Altyapı ve Su Ekonomisi Enstitüsü Yayını, 29 no’lu kitap.
  • Samsunlu, A., 2012, Su Getirme ve Kanalizasyon Yapılarının Projelendirilmesi, Birsen Yayınevi İstanbul.