İstanbul Boğazı’nın Hidrodinamik Simulasyonu

Abstract

Bu çalışmada, İstanbul Boğazı’nın hidrodinamik özellikleri üç boyutlu bilgisayar yazılımı olan TELEMAC-3D kullanılarak modellenmiştir. Hidrodinamik özellikler üç boyutlu Navier-Stokes denklemleri kullanılarak çözülmüş ve bu temel denklemlerin yanısıra kullanılan parametrelerin ve sınır koşulların açıklaması da bu çalışmada yapılmıştır. Ayrıca bu çalışmada, TELEMAC modelleme sistemi ile birlikte hesap ağının oluşturulması hakkında da genel bir bilgi verilmiştir. İstanbul Boğazı’nın fiziksel oşinografisiyle ilgili bilgiler, bu çalışmada, boğazdaki tabakalar arası iki yönlü etkileşim hakkında kabul edilmiş teoriler ile birlikte sunulmuştur. İstanbul Boğazı’nın güney çıkışını oluşturan sınır koşulunda, boğazda yapılmış en son ölçümlerin gözönünde tutulduğu yüzey ve alt akıntı ortalama debi değerleri kullanılmıştır. Bununla birlikte, boğazdaki tuzluluk tabakalaşması, hesap alanının bütününde tanımlanan başlangıç koşuluyla oluşturulmuştur. Simulasyon sonuçlarıyla önceki arazi ölçümlerinin karşılaştırılması neticesinde, elde edilen akıntı hızı ve tuzluluk değerlerinin her iki tabaka için ölçülen arazi verileriyle oldukça tutarlı olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlardan, İstanbul Boğazı’ndaki akımın kanal boyunca düşey ve yataydaki hızlı geometrik değişimlerden oldukça fazla etkilendiği doğrulanmıştır. Sonuç olarak, İstanbul Boğazı’ndaki akım değişimlerinin içsel hidroliği açısından, karışım ve tabakalaşma karakteristiklerinin temel özellikleri başarıyla açıklanmıştır.

In this study hydrodynamic properties of the strait of Istanbul, The Bosphorus, were modeled with three-dimensional computer code named TELEMAC-3D. Hydrodynamic properties were solved with three-dimensional Navier-Stokes equations and the governing equations, parameters, and boundary conditions were explained in this study. General information about the TELEMAC modeling system including the mesh generation was also given in this study. Information about the physical oceanography of The Bosphorus Strait is presented in the study with the accepted theories on the two-way exchange flow within the strait. By considering the recent hydrographic observations obtained in the Bosphorus Strait, the mean values of the discharges of the surface layer and the bottom layer flows are used to establish the boundary condition forming the southern exit. In addition, the salinity stratification within the strait, is performed by using an initial condition throughout the computational domain. Comparing the results of the simulation with previous field measurements shows that the values of the current speeds and salinities of the two layers are similar to field study data. The simulation results also confirm that the flow within the Bosphorus Strait is much impressed by the rapid along-strait variations in the geometry of both vertical and horizontal planes. Consequently, the simulation results explain successfully the basic features of the mixing and stratification characteristics in terms of internal hydraulics of the exchange flow in the Bosphorus Strait.