The Preparation of Yazılıkaya Stream (Nallıhan Ankara) Flood Hazard Maps Using the HEC-RAS 2D Model and The Efficiency of Flood Control Structure

Abstract

Flooding is one of the natural disasters that occur with changes in meteorological conditions such as excessive precipitation and the rapid melting of snow. The major flooding formation factors are a region’s topography, geological structure, climatic conditions, any deterioration in the natural structures of rivers, and uncontrolled urbanization. To reduce the risk of flooding, this study conducted river rehabilitation work within the water collection basin of the Yazılıkaya River, located within the borders of the Nallıhan District of Ankara Province. Furthermore, a mortared check dam was designed and implemented in an area of 78.8 hectares (Ha). The study of the Yazılıkaya River in-stream rehabilitation project included a two-dimensional flood model, which was carried out with the help of HEC-RAS software (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System) using obtained data (stream maps, flow rates and art structure cross-sections) and the DSI Synthetic method with Q10 and Q100 flow rates. To analyze the effects of a mortared check dam on the Yazılıkaya River, the flow rate values of Q10 and Q100 in both heavy and sudden rains were used; it was observed that while the speed of the water was 2-3.2 m/sec before the construction of the dam, it decreased to 0.5 – 0.75 m/sec after construction. After the completion of the mortared check dam, it was calculated that there were water reductions of 2 and 8 cm respectively in the water depth analysis in the settlements made according to the Q10 and Q100 flow rates. Generally, this study investigated the effect of upper basin flood control structures (mortared check dam) and the regulation of precipitation water flow regimes (water energy, speed, depth, etc.), on flood hazard in populated settlements and on the highway.

Keywords

• Flood Hazard
• HEC-RAS Modelling
• Flood-Control Structure
• 2-Dimensional Analysis

HEC-RAS 2B Modeli Kullanılarak Yazılıkaya Deresi (Nallıhan Ankara) Sel Tehlike Haritalarının Hazırlanması ve Sel Kontrol Yapısının Etkinliği

Abstract

Sel, aşırı yağışlar ve karların hızla erimesi gibi meteorolojik koşulların değişim göstermesi sonucu oluşan doğa kaynaklı afetlerden birisidir. Bölgenin topoğrafyası, jeolojik yapısı, iklim koşulları, akarsu veya derelerin doğal yapılarında meydana gelen bozulmalar ve kontrolsüz kentleşme gibi faktörler sellerin oluşumunda büyük rol oynamaktadır. Bu çalışma kapsamında, Ankara İli Nallıhan İlçesi sınırları içerisinde bulunan ve Yazılıkaya deresinin su toplama havzası sınırları içerinde sel tehlikesine karşı dere içi ıslah çalışmaları yapılmış, 78.8 hektar (Ha) alan içerisinde bir adet harçlı ıslah sekisi projelendirilmesi ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Ankara İli Nallıhan İlçesi Yazılıkaya deresi dere içi ıslah çalışmasında elde edilen veriler (dere haritaları, debileri ve sanat yapısı en kesitleri) ve DSİ Sentetik Yöntemi ile Q10 ve Q100 debi değerleri kullanılarak HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System) programı yardımıyla Yazılıkaya deresinde iki boyutlu sel modellemesi yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda Yazılıkaya deresi üzerinde yapılan harçlı ıslah sekisinin, olası şiddetli ve anlık yağışlarda Q10 ve Q100 debi değerlerinin kullanıldığı analizlerde suyun hızı sırası ile yapısız durumda sırası ile 2 m/s – 3.2 m/s iken yapı yapıldıktan sonra 0.5 m/s – 0.75 m/s değerlerine düştüğü gözlemlenmiştir. Sırasıyla Q10 ve Q100 debi değerlerine göre yapılan yerleşim yerlerindeki su derinliği analizlerinde, harçlı ıslah sekisi yapımı tamamlandıktan sonra 2 cm (Q10) ve 8 cm (Q100) kadar su azalmalarının olduğu hesaplanmıştır. Genel olarak bu çalışmada, yukarı havza sel kontrol yapılarının (harçlı ıslah sekisi) yağış sularının akış rejimlerinin düzenlenmesinde (su enerjisi, hızı, derinliği, vb.), nüfusun yoğunlaştığı yerleşim yerlerinde ve karayolunda sel tehlikesine karşı etkileri araştırılmıştır.

Keywords

• Sel Tehlikesi
• HEC-RAS Modellemesi
• Sel Kontrol Yapısı
• 2-Boyutlu Analiz

References

1. Arcement, V.R., & Schneider, G. J., (1989). Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains, U.S. Geological Survey Water Supply Paper 2339.
2. Aslan, B., (1997). “S.C.S. Sentetik Birim Hidrograf Yönteminin Türkiye Şartlarında Uygulanabilirliğinin Araştırılması”, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi.
3. Bharath, A., Shivapur, A.V., Hiremath, C.G., & Maddamsetty, R., (2021). Dam Break Analysis Using HEC-RAS And HEC-Georas: A Case Study of Hidkal Dam, Karnataka State, India.
4. Bharath, A., Kumar, K.K., Maddamsetty, R., Manjunatha, M., Tangadagi, R.B., & Preethi, S., (2021b). Drainage morphometry based sub-watershed prioritization of Kalinadi Basin using geospatial technology. Environ. Chall. 5, 100277. doi: 10.1016/j.envc.2021.100277.
5. Cowan, W. L., (1956). Estimating hydraulic roughness coefficients. Agricultural Engineering, 37(7), 473-475.
6. Dano, U.L., Alhefnawi, M.A., Al-Shihri, F., Said M.A., Mohamed, E.E., Hashem, A., Alsayed, A., & Arif, S., (2020). Assessing the Accuracy of Image Classification Algorithms Using DuringFlood TerraSAR-X Imagery, Disaster Advances, Vol. 13 (8) 1–11.
7. Dereli, T., Eligüzel, N., & Çetinkaya, C., (2021). Content analyses of the international federation of red cross and red crescent societies (ifrc) based on machine learning techniques through Twitter, Natural Hazards, https://doi.org/10.1007/ s11069-021-04527-w.
8. Desalegn, H., & Mulu, A., (2021). Mapping Flood İnundation Areas Using GIS and HEC-RAS Model at Fetam River, Upper Abbay Basin, Ethiopia, Department of Hydraulic and water resources Engineering, Technology Institute, Debre Markos University, Ethiopia, https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2021.e00834.

9. Dinçsoy Y., (2013). Yan Derelerde Erozyon ve Rusubat Kontrolü, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ), Ankara.
10. Erkan, M.A., Güser, Y., Odabaşı, E., Çamalan, G., Kılıç, G., Soydam, M., & Çetin, S., (2021). 2020 Yılı Meteorolojik Afetler Değerlendirmesi, T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı, Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Araştırma Dairesi Başkanlığı, Meteorolojik Afetler Şube Müdürlüğü, Ankara.
11. Eroskay, S.O., (1965). Paşalar Boğazı-Gölpazarı sahasının jeolojisi, İ.Ü.F.F. Mecm. Ser. B, 3-4,135-159.
12. European Environment Agency (EEA), 2018. Corine Land Cover 2018 (CLC 2018), Copernicus Land Monitoring Service. https://land.copernicus.eu/ pan-european/corine-land-cover/clc2018. Erişim tarihi 1 Şubat 2023.
13. Görcelioğlu, E., (2005). Sel ve Çığ Kontrolü Yapıları, İ.Ü. Orman Fakültesi Yayınları, İ.Ü. Yayın No. 4555, O.F. Yayın No. 487, İstanbul.
14. Horritt M.S., & Bates P.D., (2002). Evaluation of 1D and 2D Numerical Models for Predicting River Flood İnundation, Journal of Hydrology, 268, 87-99.
15. Kadıoğlu, M., (2008). Sel ve Heyelan Yönetimi, 5. Dünya Su Forumu Türkiye Bölgesel Hazırlık Toplantıları, Taşkın Heyelan ve Dere Yataklarının Korunması Konferansı Bildiri Kitabı, 101-130, Trabzon.
16. Karaağaç. S. (2019). Nallıhan (Ankara) Dolayının Sedimenter İstifi ve Tektonik Özellikleri, İstanbul Üniversitesi, Cerrahpaşa Lisans Üstü Eğitim Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
17. Nigusse, A.G., & Adhanom, O.G., (2019). Flood hazard and flood risk vulnerability mapping using geo-spatial and MCDA around Adigrat, Tigray region, Northern Ethiopia, Momona Ethiop, J. Sci. 11 (2019) 90–107.
18. Papaioannou, G., Efstratiadis, A., Vasiliades, L., Loukas, A., Papalexiou, S., Koukouvinos, A., Tsoukalas, I., & Kossieris, P., (2018). An Operational Method for Flood Directive Implementation in Ungauged Urban Areas, Hydrology, 5, 24, https://doi.org/10.3390/hydrology5020024.
19. Şahin, C., & Sipahioğlu, Ş., (2003). Doğal Afetler ve Türkiye, Gündüz Eğitim ve yayıncılık, Ankara.
20. Timur, E., ve Aksay, A., 2002. 1:100000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları No: 39 Adapazarı – H26 Paftası, Maden Teknik ve Arama Genel Müdürlüğü, Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara.
21. US Army Corps of Engineers, (2023). HEC-RAS User’s Manuel, Version 6.3.
22. Van Alphen, J., & Passchier, R., (2007). Atlas of Flood Maps – Examples from 19 European Countries, USA, and Japan. The Hague, Netherlands: Ministry of Transport, Public Works, and Water Management.