FBE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/50

Gözat

Konu "Black Sea region" ile FBE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Kıyıboyu katı madde taşınım modelleriyle Doğu Karadeniz Bölgesindeki kıyı çizgisi değişimlerinin incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000) Şaşal, Mustafa ; Ağıralioğlu, Necati ; 100803 ; Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği ; Hydraulics and Water Resources Engineering
    Yakın kıyı, dalga enerjisinin sönümlendiği, kara tarafında kıyı çizgisi ile deniz tarafında kırılma çizgisinin sınırladığı ve deniz harekelerinin çok yoğun olduğu deniz ve kara parçası arasındaki dinamik bir arakesittir. Buradaki dinamik denge, kumsal, dalga ve akıntıların karşılıklı etkileşerek meydana getirdikleri hareket ve şekil değiştirmeler ile sağlanmaktadır. Dalga yüksekliği, periyodu, geliş açısı veya bölgeye gelen katı madde miktarmdaki değişmeler kumsalın, dolayısıyla kıyı çizgisinin değişimi sonucunu doğuracaktır. Dalga ikliminin değiştirilmesi, bir mühendislik yapısının inşası ve katı madde miktarı veya karakterinin değişmesi gibi, sisteme yapılan müdahaleler, dinamik ahengi bozarak kumsalı tekrar denge durumunu yakalama çalışmasına itecektir. Bu çalışmada Karadeniz kıyısında Ordu İli sınırlan içinde bulunan Kumbaşı kumsalında meydana gelen kıyı çizgisi değişimleri literatürde çeşitli araştırmacılar tarafından önerilen kıyıboyu katı madde modelleriyle tahmin edilmeye çalışılmıştır (Şekil 1). KARADENİZ %GfeKtI/VOQQ Şekil 1. Çalışma Alanının Planı Kumbaşı kumsalı 1959 yılından DLH'nın mahmuz yapışım tamamladığı 1986 yılına kadar çok büyük miktarda oyulmalara maruz kalmıştır (Şekil 2). 1991 yılında ÎTÜ xıu İnşaat Fakültesi Hidrolik Laboratuvarmda gerçekleştirilen çalışmalarla, bu mahmuzun önce balıkçı barınağı olarak işlev görmesi, daha sonra limana tevsi edilmesini öngören bir rapor hazırlanmıştır. 100 50- 0- Q.S.i I -50 -100- Kıyı Çizgisi 1959 Kıyı Çizgisi 1986 Kıyı Çizgisi 1998 - ı - 200 400 - I - 600 - i - 800 1000 1200 1400 Kıyı Boyu Mesafe (m) Şekil 2. Kumbaşı Kumsalında Kıyı Çizgisinin 1959-1998 Yıllan Arasındaki Değişimi Kumsal, yaklaşık doğu batı istikametinde uzanan, bir tarafında doğal mahmuz gibi davranan Çamburnu, diğer tarafında ise mahmuz ile sınırlı dar bir kumsaldır. -Bu kumsal iki ucundan katı madde giriş ve çıkışına izin vermeyen bir kıyı hücresi gibi ele alınabilir. Hesap sınırının da başlangıcı olan ve mahmuzun 1400 m batısında denize dökülen Akçaova Çayı az miktarda katı madde taşımaktadır. Bölgeden alman kum numunelerinin yapılan elek analizleri sonucunda ortalama dane çapının 0.35 ile 0.40 mm arasında, kırılma bölgesi içinde ortalama taban eğmıinin 1/50 olduğu görülmüştür. Derin deniz dalga karakteristikleri yerel rüzgar verilerinden tahmin edilmiştir. 5 yıllık rüzgar verilerinin değerlendirilmesi ile en çok kıyıboyu katı madde taşınımını oluşturacak ve dolayısıyla kıyı çizgisinin değişimine neden olacak etkili yönlerin NNW, N ve NE olduğu bulunmuştur. Bu yönlere ait dalga karakteristikleri Tablo l'de verilmiştir. Tablo 1. Dalga Karakteristikleri Yukarıdaki tabloda, oco dalga geliş açısı, H o, T ve Lo, sırasıyla derin denizde dalga yüksekliği, periyodu ve boyudur; Hb kırılan dalga yüksekliği, hb kırılma noktasında xıv su derinliği, ab kırılan dalgaların kıyı çizgisi ile yaptığı açı ve, t rüzgar esme süresidir. Kıyı çizgisi değişiminin matematik modeli, kütlenin korunumu ilkesinden hareketle elde edilir. Kısaca bu model, kıyıboyu katı madde taşınımının, zamanla kıyı çizgisinin yer değiştirmesi ile meydana gelen hacimsel fark ile dengelendiğini ifade etmektedir. Tek Çizgi Teorisi diye de anılan katı madde denge denklemi - + - + q = 0 (1) D3x öt w olarak bulunur. Burada Q kıyıboyu hacimsel katı madde debisi (m3/s), y kıyı çizgisinin pozisyonu (m), D kapanma derinliği (deniz tarafında katı madde hareketinin olduğu maksimum derinlik) (m), q birim genişlik için yanal katı madde debisi (kuyu veya kaynak olabilir) (m3/s/m), x kıyı çizgisine paralel eksen (m) ve t zaman (s)'dır. Bu denklemde bilinmesi gereken en önemli değişken kıyıboyu katı madde debisi Q'dur. Kıyıboyu katı madde debisi için son elli yıl içerisinde, laboratuvar veya arazi çalışmaları neticesinde elde edilen ve birbirinden farklı parametrelerle ifade edilen pek çok model önerilmiştir. Bu çalışmada şu ana kadar önerilen modeller derlenerek bir tablo halinde verilmiştir. Pratik ve mevcut verilerle uygulanabilir olan on bir tanesi Kumbaşı kumsalında kıyı çizgisi tahmini için seçilmiştir. Bu modeller aşağıda verilecektir. Enerji akısı faktörünün (?) doğrusal bir fonksiyonu olarak yazılan ve çok yaygm kullanılan kıyıboyu katı madde taşınım debi bağıntısı Q = KP = K(ECg)b (2) ile verilir. Burada K orantılılık katsayısı, E ve Cg sırasıyla kırılma anındaki dalga enerjisi ile dalga grup hızıdır. Hacimsel kıyıboyu katı madde debisi batmış ağırlık cinsinden yazılacak olursa I = KP = Q(ps-p)g(l-p) (3) şeklinde ifade edilir. Burada ps ve p sırasıyla katı maddenin ve suyun özgül kütlesi, g yer çekimi ivmesi, p porozitedir. Orantılılık katsayısı K dalga yüksekliğinin rms (karelerinin karekökü) değeri için 0.70 belirgin dalga yüksekliği değeri için ise 0.30 kabul edilir. Fakat bazı araştırmacılar K'yı ortalama dane çapı, kırılan dalga açısı, çökelme hızı ve/veya İrribaren sayışma bağlı yazmışlardır. Aşağıdaki iki bağıntı K'yı ortalama dane çapının fonksiyonu olarak ve Q = 0.58 log -^- H^2 Sin(2ccb) (4) Q = (l.4e-2"5D»)H^2Sin(2ab) (5) şeklinde verir. Katı madde karakteristikleri ile kırılma anındaki dalga açısına bağlı olarak ise XV r MJ\ 0.05 + 2.6Sin<8(2a"-) + 0.007- ^ H^ Sin(2ab) (6) w j ile verilmiştir. Burada Umb daneciğin yörüngesel hızı, w dane çökelme hızıdır. K'mn Irribaren sayısına bağlı ifadesi ise Q = 0-0607 m HL/2 Sin(2ab) (7) \ bıms / 0 / şeklinde verilir. Bu ifadede m taban eğimi, Hbrms and HbS sırasıyla kırılma anındaki rms ve belirgin dalga yükseklikleridir. Kıyıboyu katı madde debisinin kumsal ve dalga parametrelerine bağlı verilen iki farklı bağıntısı Q = 1.28^-Sin(2ab) (8) ve Q = 6.4xl04 H2b T,1 5 mS75 D^5 Sin°-6(2ab) (9) olarak yazılmıştır. Burada D50 ortalama dane çapı, Tp pik periyotdur. (1) denMeminin uygun başlangıç ve sınır şartlan altında sayısal çözümü yapılabilir. Mahmuzda katı madde geçişi olmadığından bu sınır şartında Q=0 yazılır. (1) denkleminin sonlu farklarda açık şeması yazılacak olursa y"+1 =y" +T^-(Q° -Q^)+f#^l (10) DAx \Q ) ile ifade edilir. Burada y" şimdiki zaman adımı ve i sonlu fark elemanındaki kıyı çizgisinin pozisyonu, yf+1 bir sonraki zaman adımı ve i sonlu fark elemanındaki kıyı çizgisinin pozisyonu, Qf ve Qf+] sırasıyla şimdiki zaman adımında i ve i+1 sonlu elemanında kıyıboyu katı madde taşınımı, At zaman adımı and Ax mesafe adımı. Bu sonlu fark ifadesi için, Courant sayısı da denilen kararlılık kriteri Rs'nin 2KAtH? CEb 1 Rs= b g"<;i (11) D(Ax)2 2 0.5 'den küçük olması gerekir. Kumbaşı kumsalında kıyı çizgisi değişimleri Tek Çizgi modelinin sayısal çözümü ile elde edilmiştir. Sayısal çözümde 1986 yılı ölçümleri başlangıç ve iki ucun geçirimsiz olduğu durum sınır şartı olarak kabul edilmiştir. Kıyıboyu katı madde debisi yerine (2) ile (4)~(8) ifadeleri yerleştirilerek, 12 yıl sonraki kıyı çizgisi bulunmuştur. Bu sonuç 1998 yılında alman ölçüm ile karşılaştınlmıştır. Doğu Karadeniz bölgesi şartlarında kıyı çizgisinin değişimini en iyi (9) bağıntısının tahmin ettiği sonucuna varılmıştır (Şekil 3). K katsayısının çeşitli değerlerinde en yaygın kullanılan (2) bağıntısı ile elde edilen kıyı çizgisi değişimleri Şekil 4'de verilmiştir. Bu şekilden kıyı çizgisi değişiminin belirlenmesinde, K'mn genelde tavsiye edilen değeri 0.30 yerine 0.05 civarında olduğu görülmektedir. xvı ?>5b îr Q.S.S.5b.a o- S -100- -150 1400 t 600 Kıyı Boyu Mesafe (m) Şekil 3. (9) Denklemi ile Farklı Dane Çaplarında Kıyı Çizgisinin Değişimi t -. - r 1000 1200 1400 Kıyı Boyu Mesafe (m) Şekil 4. (2) Denklemi ile Farklı K Değerlerinde Kıyı Çizgisinin Değişimi Sonuç olarak kıyı çizgisi tahmininde (9) bağıntısı kullanılmalıdır. Kıyıboyu katı madde debisinin enerji akısı faktörü ile doğrusal ilişkili olmadığı ve debinin dalga ve kumsal özelliklerine bağlı olduğu anlamına gelmektedir. Kıyı çizgisinin değişimini etkileyen en önemli parametrelerin sırasıyla; dalga yüksekliği, pik dalga periyodu, Ionian dalga açısı, taban eğimi ve ortalama dane çapı olduğu söylenebilir. Bu değişkenler mümkün olduğu kadar doğru tahmin edilmeli veya ölçülmelidir. Ayrıca sayısal model gerçeğe en yakın şekilde tanımlanmalıdır.