karadeniz'de ekstrem dalga koşulları altında yakın kıyı deniz seviyelerinin belirlenmesine yönelik

13 Pages·2017·1.09 MB·Turkish

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
KARADENİZ’DE EKSTREM DALGA KOŞULLARI ALTINDA
YAKIN KIYI DENİZ SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİNE
YÖNELİK MODELLEME ÇALIŞMASI ÖRNEĞİ

Mustafa Esen(1), Görkem Önder(2), Serdar Sürer(3)

(1): Dr. İnşaat Mühendisi, Koordinatör, SUMODEL Mühendislik ve
Müşavirlik Ltd.Şti., Mustafa Kemal Mah. 2139. Sk No: 2/17 Ekim Plaza
Çankaya/ANKARA, Tel: [phone], [email protected]

(2): İnşaat Yüksek Mühendisi, Koordinatör, SUMODEL Mühendislik ve
Müşavirlik Ltd.Şti., Mustafa Kemal Mah. 2139. Sk No: 2/17 Ekim Plaza
Çankaya/ANKARA, Tel: [phone], [email protected]

(3): Dr. Çevre Mühendisi, CEO, SUMODEL Mühendislik ve Müşavirlik
Ltd.Şti., Mustafa Kemal Mah. 2139. Sk No: 2/17 Ekim Plaza
Çankaya/ANKARA, Tel: [phone], [email protected]

ÖZET

DSİ Genel Müdürlüğü tarafından yaptırılan nehir taşkını çalışmalarında,
denize mansaplanan nehirler için deniz seviyeleri nehrin saplandığı denizin
ortalama su seviyesi olarak alınır. Bu değerin Karadeniz için gerçekleştirilen
çalışmalarda +0.5 metre olarak alındığı bilinmektedir. Bu makale özelindeki
çalışmalarda atmosferik etkileriden dolayı oluşan denizel hidrodinamik etkiler
ile ekstrem dalga koşulları dikkate alındığında kıyı alanlarındaki su
seviyelerinin günümüz koşullarında yaratabileceği deniz seviyelerinin
irdelenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışma için Rize ve Trabzon illerindeki üç
bölge seçilmiştir.

Bu doğrultuda, ilk aşamada öncelikli olarak Karadeniz baseni özelinde MIKE
21 HD FM kullanılarak bir hidrodinamik model oluşturulmuştur. Bu
hidrodinamik model iki aylık bir süre için çalıştırılmış, bir sonraki aşamada
kullanılmak üzere proje kapsamındaki üç bölge için hidrodinamik sınır
koşulları elde edilmiştir.

Çalışmanın ikinci aşamasında, her bir proje bölgesi için MIKE 21 HD FM ile
MIKE 21 HD SW’nin etkileşimli çalıştırıldığı lokal modeller hazırlanmış ve bir
aylık süre için çalıştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar modelleme yaklaşımı
açısından ve DSİ’nin genel uygulamaları açısından değerlendirilmiştir.

ABSTRACT

Sea levels are taken as the mean sea level of the relevant sea for the river flood
studies that have been performed for General Directorate of State Hydraulic
Works (DSİ). It is known that this value is taken as +0.5 meters in the studies
802
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
performed at Black Sea. In this article, it is aimed to investigate the water
levels that are created by the combined affect of hydrodynamic conditions
triggered by atmospherical forces and the extreme wave conditions. Three
regions in Rize and Trabzon cities were selected for this study.

In this respect, a hydrodynamic model was created in the Black Sea basin by
using MIKE 21 HD FM at the first stage. This hydrodynamic model was run for
a period of two months, and hydrodynamic boundary conditions were obtained
for the three regions, to be used in the next stage of the study.

In the second phase of the study, a model, that is formed of MIKE 21 HD FM
and MIKE 21 HD SW modules, was prepared for each region and run for a
period of one month. The results were evaluated with respect to the modeling
approach and general application within DSİ’s relevant studies.

Anahtar Kelimeler: Hidrodinamik modelleme, spektral dalga modellemesi,
deniz seviyesi

1. GİRİŞ

Deniz ve kıyı alanlarında gerçekleştirilen çalışmalar pek çok mühendislik
alanında değerlendirilmektedir. Bu alanlar, büyük çoğunlukla deniz ve kıyı
mühendisliği dalındaki fizibilite, planlama, tasarım, inşaat ve diğer çalışmaları
içermektedir. Bu tür çalışmalar, nadir olarak inşaat mühendisliğinin diğer
dallarını etkileyecek veya bu dallar ile etkileşimli olacak şekilde
yapılmaktadır. Bu duruma bir örnek de, denize mansaplanan nehirlerin taşkın
koşullarını etkileyen yakın kıyı alanındaki deniz seviyesi değerlerinin
belirlenmesidir.

Bu makale kapsamındaki çalışma, DSİ Genel Müdürlüğü 22. Bölge
Müdürlüğü tarafından yaptırılan Rize ve Trabzon illeri sınırları içerisinde yer
alan üç yerleşim yerinden denize mansaplanan dereler dikkate alınarak
gerçekleştirilen modelleme çalışmalarının bir kısmını içermektedir. DSİ 22.
Bölge Müdürlüğü tarafından Rize ve Trabzon illeri sınırları içerisinde yer alan
üç yerleşim yerinde denize mansaplanan derelerin taşkın modellemesi
çalışmalarının yapılması kararlaştırılmıştır. Bu proje kapsamında kıyı
alanlarındaki deniz seviyesinin ve değişimlerinin taşkına olan etkisinin
araştırılması amaçlanmıştır. Bahse konu çalışma SUMODEL Mühendislik ve
Müşavirlik Ltd.Şti. tarafından yapılmıştır. Bu kapsamda, DSİ 22. Bölge
Müdürlüğü’nün sorumluluk alanı içerisinde kalan Rize İli Taşlıdere, Trabzon
İli Çarşıbaşı Deresi ve Beşikdüzü Şehiriçi derelerinin denize mansaplandığı
bölgeler çalışılmıştır. Bu bağlamda denizel modelleme çalışmaları
gerçekleştirilmiştir. Bu proje kapsamında günümüz ve 100 yıl sonraki deniz su
seviyelerinin hangi mertebelerde olabileceğine dair modelleme çalışmaları
gerçekleştirilmiştir.

803
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
DSİ 22. Bölge Müdürlüğü’ne hazırlanan çalışmanın tüm ayrıntılarına bu
makale kapsamında değinilmeyecektir. Ancak bu çalışma referans alınarak,
proje dahilinde yapılan denizel modelleme çalışmalarının bir kısmı günümüz
koşulları dikkate alınacak şekilde ve daha kısa süreli bir zaman dilimini
içerecek doğrultuda bu makale kapsamındaki çalışmalarda yapılmış ve
aktarılmıştır.

Bu doğrultuda, öncelikli olarak denizel modelleme çalışmaları ile ilgili
aşamaların özet halinde aktarılmasında yarar vardır:

 İlk aşamada, Karadeniz baseninde iki aylık süreyi içerecek şekilde MIKE
21 HD FM modeli kullanılarak hidrodinamik modelleme çalışması
yapılmıştır. Bu modelleme çalışması sonucunda, bir sonraki aşamada
yapılacak lokal proje bölgelerine özel modelleme çalışmalarında
kullanılacak hidrodinamik sınır koşulları elde edilmiştir.

 İkinci aşamada, her bir proje bölgesine özel lokal model alanı
belirlenerek, bu proje alanlarına özel hidrodinamik ve spektral dalga
modüllerinin bir arada çalıştırıldığı bir model oluşturulmuştur. Bu
modeller MIKE 21 HD FM ile MIKE 21 SW FM modüllerinin etkileşimli
çalıştırıldığı bir yapıya sahiptir. İlk aşama sonucunda elde edilen
hidrodinamik sınır koşulları ile 100 yıl yineleme periyotlu ekstrem dalga
değerlerinin girdi olarak kullanılması sonucunda, proje bölgelerinde
derelerin denize mansaplandığı yakın kıyı alanlarındaki deniz seviyesi
değişimleri elde edilmiştir.

Yukarıda aşamaları aktarılan çalışmaların detayları, yapılan kabuller,
modelleme yaklaşımı ve detayları içerecek şekilde ve sonuçları, gerekli
değerlendirmeleri ile beraber takip eden bölümlerde aktarılmış ve tartışılmıştır.

2. YÖNTEM

Proje kapsamındaki çalışma alanları Şekil 1’de görülmektedir. Bahse konu
çalışma alanları Rize İli Taşlıdere, Trabzon İli Çarşıbaşı Deresi ve Beşikdüzü
Şehiriçi derelerinin denize mansaplandığı kıyı alanlarından oluşmaktadır.

Giriş bölümünde de aktarıldığı gibi çalışmalar iki aşamada gerçekleştirilmiştir.
Birinci aşamada Karadeniz baseninde rastgele seçilen iki aylık süreyi içerecek
şekilde MIKE 21 HD FM kullanılarak hidrodinamik modelleme çalışmaları
yapılmıştır. İkinci aşamada ise proje bölgelerine özel MIKE 21 HD FM ile MIKE
21 SW FM modüllerini içeren lokal modeller hazırlanmıştır. Bu modelller
oluşturulurken modeli oluşturan modüller birbirleriyle etkileşimli olarak
çalışacak şekilde hazırlanmıştır. Lokal modeller, birinci aşama sonucunda elde
edilen hidrodinamik sınır koşulları ile 100 yıl yineleme periyotlu dalga
değerleri dikkate alınarak çalıştırılmıştır.

804
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
Makalenin bu bölümü içerisinde yer alan kısımlarda çalışmanın aşamaları
detaylandırılarak aktarılmıştır.

Şekil 1. Proje kapsamındaki çalışma alanları

2.1. BİRİNCİ AŞAMA MODELLEME ÇALIŞMALARI

Kapsam dahilinde Karadeniz baseni özelinde gerçekleştirilen hidrodinamik
modelleme çalışmalarında kullanılmak üzere Karadeniz basenine özel model
altlıkları hazırlanmıştır. Bu model altlıklarının hazırlanabilmesi için aşağıdaki
veriler elde edilmiştir:
 Kıyı şeridi
 Karadeniz’e ve proje bölgelerine ait batimetri haritaları

Karadeniz kıyılarına ait kıyı şeridi bilgileri Google Earth’e ait Karadeniz kıyı
şeridinin sayısallaştırılması sonucunda elde edilmiştir. Batimetri verileri için
GEBCO’ya (General Batyhmetric Chart of the Oceans’a) ait 30 ark-saniye
çözünürlüğe sahip veri setinden (GEBCO 2014 Grid) ve DSİ 22.Bölge
Müdürlüğü tarafından proje bölgeleri yakın kıyı alanlarında gerçekleştirilen
batimetri ölçümlerinden oluşturulmuştur. Bu bağlamda hazırlanan altlık Şekil
2’deki gibidir. Şekilden de görülebileceği gibi Azak Denizi Karadeniz
baseninden çıkarılmıştır. Bunun nedeni, Azak Denizi’nin bir iç deniz
olmasından ötürü Karadeniz’deki atmosferik etkiler altında görülebilecek
hidrodinamik sisteme etkisinin az olacak olmasının öngörülmesidir. Buna
ilave olarak, modelleme süresinin kısaltılması ve modellenecek alanın
optimizasyonu açısından Azak Denizi’nin çıkarılmasında da yarar
görülmüştür.

Şekil 2’deki altlık kullanılarak proje bölgelerine doğru yoğunluğu artacak
şekilde esnek yapıya sahip bir ağ sistemi oluşturulmuştur. Bu ağ sistemi Şekil
805
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
3’te görülmektedir. İlgili şekilden de görülebileceği gibi proje alanlarına doğru
ağ çözünürlüğü artırılmıştır. Böylece proje bölgelerine yakın alanlardaki veri
aralıklarının azaltılması ve veri miktarının artırılması sağlanmıştır. İlgili ağ
sisteminin hazırlanması sırasında, modelde stabilite sorunlarına yol
açmayacak bir düzenek oluşturulması, modelin mümkün olan en kısa sürede
ve en efektif şekilde çalışabilmesi amacıyla model altlıklarının oluşturulması
sırasında kıyı şeridi yumuşatılmıştır. Dolayısıyla Şekil 3’ten de görülebileceği
gibi çeşitli kıyı formasyonlarının orijinal formuna göre farklı oldukları
görülecektir. Bahse konu yumuşatmaların model sonuçları açısından
etkilerinin düşük olacağı öngörülmüştür.

Şekil 2. Proje çalışmalarında ilk aşamada modelleme altlığı olarak kullanılan
batimetri ve kıyı şeridi haritası

Şekil 3. Proje çalışmalarında ilk aşamada kullanılan esnek ağ sistemi

Kıyı şeridi ve batimetri verileri kullanılarak gerçekleştirilen yukarıdaki
çalışmaların yanı sıra ilk aşama hidrodinamik modelleme çalışmalarında
kullanılmak üzere rüzgar ve atmosferik veriler NCEP’e (National Centers for
Environmental Prediction’a) ait CFSR (Climate Forecast System Reanalysis)
veri setinden elde edilmiştir. Karadeniz özelinde elde edilen veri seti yaklaşık
0.3125° aralıklı olarak elde edilmiştir. Veri seti ortalama deniz seviyesinden 10
metre yükseklikteki rüzgara ait U ve V birleşenleri ile atmosferik basınç
806
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
değerlerini içermektedir ve 1 saat zaman aralığına sahiptir. Şekil 4’te ilk
aşama çalışmalarında kullanılan alansal atmosferik basınç veri setine ait
örnek bir girdi verisi görülmektedir.

Modelleme çalışmaları iki aylık süreyi (01.10.1996 00:00 ile 01.12.1996 00:00
tarih ve saatleri arasını) içerecek şekilde belirlenmiştir. Bu tarihlerin
belirlenmesinde herhangi bir kriter dikkate alınmamıştır. Modelin ilk bir
haftalık sürecinde hidrodinamik açıdan modelin dengeye ulaşacağı yaklaşımı
dikkate alınmış ve bir sonraki aşamaya ait modelleme çalışmalarının
gerçekleştirileceği zaman aralığı bu ilk bir haftalık süreyi içermeyecek şekilde
belirlenmiştir.

Şekil 4. Proje çalışmalarında kullanılan Karadeniz basenine ait alansal
atmosferik basınç veri seti örneği

Karadeniz baseni özelindeki gelgit bilgileri alansal olarak MIKE 21 HD FM
modeli içerisinden otomatik olarak alınabilmektedir. Bu bağlamda otomatik
olarak çekilen gelgit parametreleri M2, O1, S2, K2, N2, K1, P1, Q1, Mf, Mm ve
Ssa’dır.

Modelleme çalışmalarında deniz seviyesi ilk koşulu olarak +0.75 m ortalama
su seviyesi dikkate alınmıştır. Bu değer Karadeniz’in ortalama su seviyesinin
ülke kotuna göre yüksekte olduğu ve geçmişte Karadeniz’de gerçekleştirilen
çalışmalarda gerçekleştirilen su seviyesi ölçümleri ve Batum ile Poti maregoraf
istasyonlarının 1970-2010 yılları arasındaki ortalama deniz seviyesi
değişimleri trendleri dikkate alınarak belirlenmiştir..

Hazırlanan modelde gerekli yerlerdeki katsayılar ve formülizasyonlar için MIKE
21 HD FM’nin kullanım kılavuzunda yer alan tipik parametreler dikkate
alınmıştır. Çalışmalar sırasında elde yetersiz veri olmasından ve çalışmanın
gerçekleştirildiği süre içerisinde kalibrasyon yapılabilecek bir zaman diliminin
olmamasından ötürü kalibrasyon yapılmamıştır. Bu durumun yaratacağı
durumlar “Sonuç” ve “Öneriler” kısmında tartışılmıştır.

807
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
2.2. İKİNCİ AŞAMA MODELLEME ÇALIŞMALARI

İkinci aşama, her bir proje bölgesi özeli için hazırlanan lokal hidrodinamik ve
spektral dalga modüllerinin (MIKE 21 HD FM ile MIKE 21 HD SW) etkileşimli
çalıştırıldığı modelleme çalışmalarından oluşmaktadır. Bu bağlamda öncelikli
olarak her bir proje bölgesi için model alanları belirlenmiştir. Bu model
alanlarına ait modelleme altlıklarının hazırlanması sırasında ilk aşamada
kullanılan kıyı şeridi ve batimetri veri setlerinden tekrar yararlanılmıştır. Bu
bağlamda hazırlanan lokal model altlıkları Şekil 5-Şekil 7’de aktarılmaktadır.
Şekillerden de görülebileceği gibi derelerin denize mansaplandığı kıyı
alanlarındaki ağ çözünürlüğü artırılmıştır. Bu bölgelerdeki çözünürlük 5-7
metre aralığında değişmektedir.

Gerçekleştirilen çalışmalarda, modelleme alanı içerisinde kalan ve modelin
stabilitesini etkileyebileceği, sağlıksız sonuçların alınmasına neden olabileceği
veya model çalışma süresini gereksiz olarak artırabileceği öngörülen kıyı
unsurları mümkün oldukça yumuşatılmıştır.

Lokal modellerin ağ yapıları, hidrodinamik ile spektral dalga modüllerinin
etkileşimli çalıştırılacak olması ve çalışma süresinin optimizasyonu dikkate
alınarak lokal modellerin birinci aşamadaki model çalışma süresi olan iki
aydan daha kısa süreli çalıştırılmasına karar verilmiştir. Bu bağlamda ilk
aşama sonuçları değerlendirilerek ikinci aşama modelleme çalışma tarihleri ve
zamanları 07.10.1996 00:00 ile 04.11.1996 00:00 tarih ve saatleri arası olacak
şekilde belirlenmiştir. Bu sürecin ilk 2-3 günlük sürecinin modelin dengeye
ulaşacağı zaman olarak kabul edilmiştir ve bu süre içerisinde elde edilen
model sonuçları dikkate alınmamıştır.

İkinci aşama modelleme çalışmalarında hidrodinamik modülde kullanılmak
üzere birinci aşama sonucunda elde edilen sınır koşullarının yanı sıra yine
CFSR’dan elde edilen rüzgar ve atmosferik basınç değerleri de girdi olarak
kullanılmıştır. Spektral dalga modülünde ise Dalga Atlası (1999) kaynağından
elde edilen 100 yıl yineleme periyotlu ekstrem dalga parametreleri sınır koşulu
olarak kullanılmıştır. Bu bağlamda her bir proje bölgesine en yakın Dalga
Atlası (1999) içerisinde verisi olan koordinatlar dikkate alınmıştır. Her bir
proje bölgesinin açığındaki ekstrem dalga özellikleri birbirine oldukça yakın
olduğu için en yüksek değeri veren koordinata ait dalga özelliklerinin
kullanılmasına karar verilmiştir. Bu bağlamda lokal modellerde H =7.3 m,
s
T =11.36 s açık deniz dalga değerleri olarak dikkate alınmıştır.
p

Lokal modellerde dikkate alınan bir başka husus da proje alanlarındaki kıyı
hattının dalga geliş yönüne göre oryantasyonudur. Bu durum her bir proje
bölgesi için ayrı ayrı dikkate alınmıştır. Bu bağlamda Dalga Atlası (1999)’daki
dalga güllerinin yanı sıra o proje bölgesinin lokasyonundan ötürü ekstrem
dalgaların kıyıya dik gelebilip gelemeyeceği de değerlendirilmiş ve dalga geliş
açıları bu kriterler dikkate alınarak seçilmiştir. Kıyı oryantasyonu ve derin
deniz dalga geliş yönleri dikkate alındığında Taşlıdere ve Çarşıbaşı bölgeleri
için derin deniz dalga geliş yönü KB (Kuzey-Batı), Beşikdüzü bölgesi için ise
808
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu
KKB (Kuzey-Kuzey-Batı) olarak belirlenmiştir. Dalgaların ±11.25° bir geliş
aralığı olduğu kabulü yapılarak modele girilmiştir.

Şekil 5. Taşlıdere proje bölgesi için hazırlanan batimetri ve ağ sistemini
gösterir model atlığı

Şekil 6. Beşikdüzü proje bölgesi için hazırlanan batimetri ve ağ sistemini
gösterir model atlığı

Şekil 7. Çarşıbaşı proje bölgesi için hazırlanan batimetri ve ağ sistemini
gösterir model atlığı
809
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

Lokal modelleme çalışmalarına ait sonuçlar bir sonraki bölüm içerisinde
detaylarıyla aktarılmaktadır.

3. SONUÇ

Lokal modelleme çalışmaları neticesinde, her bir lokal model alanında
derelerin denize mansaplandığı bölgede kıyı şeridine en yakın ağlara denk
gelen birkaç noktada deniz seviyesi değerleri elde edilmiştir. Şekil 8-Şekil
10’da bahse konu noktalara ait zaman serileri, Şekil 11-Şekil 13’te ise lokal
modellerdeki su seviyelerinin anlık alansal çıktıları verilmiştir.

Modelleme çalışmaları sonucunda Çarşıbaşı, Taşlıdere ve Beşikdüzü bölgeleri
için elde edilen en büyük su seviyesi değerleri sırasıyla +1.17 m, +1.31 m ve
+1.19 m olarak belirlenmiştir. Değerlerin birbirine yakın olduğu
görülmektedir.

Dalgaların kıyıya dik geldiği Taşlıdere ve Çarşıbaşı bölgelerindeki değerlerin
birbirine yakın olacağı beklenen bir sonuç olmakla birlikte bu iki bölgede elde
edilen en büyük deniz seviyesindeki farkın Taşlıdere’deki yakın kıyı eğiminin
Çarşıbaşı’ndakine göre daha dik olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir.
Model ağ sistemindeki farklılıkların da bu duruma katkı sağlayabileceği olası
bir durumdur.

Beşikdüzü bölgesinde ise, kırılım ve sığlşama etkisi ile dalga kaynaklı deniz
seviyelerinin daha düşük beklenmesi olağan bir çıkarımdır. Ancak modelleme
çalışmaları sonucunda elde edilen değerler, bu bölgedeki en büyük deniz
seviyesinin Çarşıbaşı ile benzer boyutta olduğunu göstermektedir. Bunun
nedeninin, model ağ sistemindeki ve atmosferik nedenlerden kaynaklı su
seviyesindeki farklılıklardan kaynaklandığı düşünülmektedir.

Proje bölgeleri için elde edilen sonuçlar bütüncül olarak incelendiğinde,
DSİ’nin Karadeniz özelinde gerçekleştirdiği çalışmalarda kullandığı değer olan
+0.50 m ortalama deniz seviyesi değerinin oldukça aşıldığı görülmektedir. Bu
bağlamda denize mansaplanan derelerin taşkın modellemelerinde dikkate
alınmak üzere denizel alanlarda hidrodinamik ve spektral dalga
modellemelerinin yapılması ve bu çalışmalar ile yakın kıyı alanlarındaki deniz
seviyelerinin belirlenmesi gerekliliği görülmektedir.

810
9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

Şekil 8. Beşikdüzü proje bölgesi lokal modellemeleri 2 nokta için elde edilen su
seviyesi zaman serileri

Şekil 9. Taşlıdere proje bölgesi lokal modellemeleri 2 nokta için elde edilen su
seviyesi zaman serileri

Şekil 10. Çarşıbaşı proje bölgesi lokal modellemeleri 2 nokta için elde edilen su
seviyesi zaman serileri

811