DALGA SİMÜLASYONU İÇİN KARADENİZ DE SWAN UYGULAMASI

Transkript

1 DALGA SİMÜLASYONU İÇİN KARADENİZ DE SWAN UYGULAMASI Adem AKPINAR 1, Murat İhsan KÖMÜRCÜ 2, Mehmet ÖZGER 3, Murat KANKAL 2 1 Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 29100, Gümüşhane 2 Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 61250, Trabzon 3 İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul Özet Dalga karakteristikleri, kıyı ve deniz yapılarının tasarımında en önemli faktörlerden biridir. Bu nedenle, dalga karakteristiklerinin doğru tahmin edilmesi son derece önemlidir. Dalga iklim çalışmaları alan ölçümleri, ampirik çalışmalar, fiziksel modelleme ve sayısal simülasyonlarla gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışmada, uzun dönemli dalga parametrelerine sahip olabilmek için dalga parametrelerinin tahmininde üçüncü nesil bir spektral dalga modeli olan SWAN (Simulated Wave Nearshore) ın Karadeniz sularındaki yeteneği araştırılmıştır. Modelde rüzgar girdisi olarak ECMWF (Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi) ERA Interim veri setinin rüzgar alanları kullanılmış ve NATO nun Barış için Bilim adlı birimi tarafından sponsorluğu yapılan NATO TU-WAVES projesi kapsamında temin edilen şamandıra ölçümleri ile (belirgin dalga yüksekliği, ortalama dalga periyodu ve yönü) modelin performansı test edilmiştir. Lineer ve üstel artışlı rüzgar girdisi, taban sürtünmesi, denizin köpüklenmesi, derinlik etkileşimli dalga kırılması, lineer olmayan dörtlü dalga-dalga etkileşimleri (derin sular için) ve lineer olmayan üçlü dalga-dalga etkileşimleri (sığ sular için) fiziksel olaylar olarak simülasyonlarda göz önünde bulundurulmuş ve model 1995 yılını kapsayacak şekilde durgun durumda icra edilmiştir. Çalışmanın, 1995 yılını kapsayan dalga parametrelerinin tahmininin birincil sonuçlarına göre, SWAN modelin doğruluğu dalga yüksekliğini simülasyonda araştırılan bölgede ve zaman diliminde saçılım diyagramlarına göre çok iyi gözükmemesine karşın parametrenin zamansal değişiminin önceki tahminlerle ve şamandıra ölçümleri ile kıyaslamasına göre yeterince uygun olduğuna kanaat getirilmiştir. Bunun yanında, SWAN analiz sonuçlarından elde edilen ortalama yıllık belirgin dalga yüksekliği ve dalga gücü haritalarına göre, araştırılan zaman diliminde Karadeniz in batı kesiminde doğu kesimine göre daha yüksek enerjili büyük dalga yüksekliğine sahip dalgaların oluştuğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Dalga simülasyonu, SWAN, Karadeniz The Application of SWAN for Wave Simulation in Blacksea Abstract Wave characteristics are one of the most important factors in design of coastal and marine structures. Therefore, an accurate prediction of wave parameters is considerably important.

2 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu The wave climate study can be conducted by field measurements, empirical studies, physical modeling, and numerical simulations. In this study, the skill of a third-generation spectral model called SWAN (Simulated Wave Near-shore) has been evaluated in the prediction of the wave parameters in the Black Sea waters to have long term wave statistics. The varying wind fields of ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecast) ERA Interim data set has been used by wind input of the model. The performance of the model has been evaluated by using buoy wave data collected by the NATO TU-WAVES project. The Linear and exponential growth from wind input, bottom friction, white-capping, depth-induced wave breaking, non-linear quadruplet wave-wave interactions (for deep waters), and non-linear triad wave-wave interactions (for shallow waters) has been considered by the physical processes in the simulation and the model has been executed in a stationary mode for the year As the preliminary results of the study, the accuracy of the SWAN model in the simulation of wave height in the investigated time period and the research area does not seem very good as the scatter diagrams, but it was judged to be appropriate enough as comparisons of the temporal variation of the parameter against buoy measurements and the previous estimates. In addition, as the maps of average annual significant wave height and wave power obtained from the SWAN analysis results, in the investigated time period, it is determined to occur waves with large wave heights with higher energy in the western part of its as against the eastern part of the Black Sea. Keywords: Wave simülation, SWAN, Blacksea Giriş Deniz ortamında, ekonomik faaliyetlerin sürdürülebilir gelişimi, dalgalar gibi çevresel şartlar hakkında uzun dönemli veriye gereksinim duymaktadır. Benzer şekilde, rüzgar dalgası istatistiksel karakteristiklerinin bilgisi kıyı yapılarının ve dalga enerji dönüşüm sistemlerinin tasarımını, sediment taşınım çalışmalarını, kıyı erozyonu ve kirlilik taşınım süreçlerini içeren çok çeşitli uygulamalar için gereklidir. Çoğu bölgedeki dalga ölçümünün eksikliği nedeniyle, dalga karakteristikleri farklı metotlar kullanılarak tahmin edilmektedir. Dalga karakteristiklerinin tahmini çoğunlukla ampirik metotlar (basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemleri) ve sayısal modellerle yürütülmektedir. Günümüze kadar, pek çok farklı ampirik dalga tahmin yöntemleri dalga karakteristiklerinin tahmini için geliştirilmiştir. Bu yöntemler SMB (Bretschneider, 1970), Wilson (Wilson, 1965), Jonswap (Hasselmann vd., 1973), SPM (US Army, 1984) ve CEM (US Army, 2003) yöntemleri olarak sıralanabilir. Bretschneider (1970) tarafından geliştirilen ilk ampirik formülasyonun uygulanmasından itibaren, rüzgar etkileşimli dalgaların modellenmesi konusunda önemli gelişmeler meydana gelmiştir. Son yıllarda, yüksek hızlı bilgisayarların gelişimiyle birkaç karmaşık sayısal model de geliştirilmiştir. Bu modeller genellikle değişik fiziksel süreçleri içeren üçüncü nesil faz ortamlı spektral dalga modelleridir (Moeini ve Etemad-Shahidi, 2007). Günümüzde, SWAN üçüncü nesil spektral dalga modeli kıyı mühendislik uygulamalarında en yaygın uygulanan spektral dalga modellerinden biridir ve araştırma ve danışmanlık çalışmaları için ücretsiz temin edilebilmektedir. Bu model özellikle kıyı uygulamaları için tasarlanmış ve laboratuar şartlarında ve okyanus ölçeğinde kullanılabilmektedir. Bu gibi bir sayısal modelin ampirik modellerden çok daha fazla zamana ihtiyaç duyduğu ve daha fazla doğruluğa ve çözünürlüğe sahip olduğuna inanılmaktadır (Moeini ve Etemad-Shahidi, 2009). Bu çalışmanın ana hedefi, Karadeniz in tümünü kapsayacak şekilde gerçekleştirilmesi planlanan bir rüzgar-dalga modelinin 15 yılı kapsayacak şekilde çeşitli dalga parametreleri içerecek bir veri tabanı oluşturulması düşünülen asıl çalışmanın birincil sonuçlarını değerlendirmektir. Bu maksat için, SWAN ın Karadeniz e uygulanabilirliği irdelenmiş ve NATO TU-WAVES projesi kapsamında ölçülmüş şamandıra verileri ile modelin çıktıları kıyaslanarak geliştirilen modelin performansı değerlendirilmiştir. Ayrıca, 1995 yılını içerecek şekilde belirgin dalga yüksekliği ve ortalama dalga gücünün yıllık değişimi birincil çıktı olarak incelenmiştir. Çalışmada öncelikle, çalışma bölgesi ve veri kaynakları tanıtılmış, sayısal dalga modelinin teorisi izah edilmeye çalışılmış, Karadeniz için bir model oluşturulmuş, modelin performansı ölçülmüş verilerle değerlendirilmiş ve sonuç olarak çalışmanın birincil sonuçları üzerinden değerlendirmeler yapılmıştır.

3 Çalışma Alanı ve Veri Kaynakları Karadeniz, 41º - 46º kuzey enlemleri ve 28º º doğu boylamları arasında yer alan sırasıyla İstanbul ve Çanakkale Boğazları vasıtasıyla Marmara ve Ege Denizine ve Kerch Boğazı sayesinde Azak denizine bağlanan, batıdan doğuya böbrek formunda bir denizdir. Güneyde Türk kıyı şeridinin eğimi ve kuzeyde Kırım yarımadası ile eliptik şekillenen havza olarak uzanmaktadır. 8 bin 350 kilometre kıyı şeridine sahip, 461 bin km 2 alan kaplayan (Azak Denizi dahil, Marmara Denizi hariç), en geniş yeri doğudan batıya 1175 km ve en derin noktası 2210 m olan Karadeniz, karalarla çevrili dünyanın en büyük havzasıdır. Şekil 1 çalışma bölgesini ve çalışma sonucunda elde edilen veri tabanının (dalga modelinin) doğrulama aşamasında kullanılan Hopa şamandıra istasyonunun (dalga ölçüm istasyonu) yerini göstermektedir. Çalışmada kurulacak modelin asıl girdi verisi olan rüzgar alanları Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) in ERA Interim veri setinden temin edilmiştir. Bu veri setindeki rüzgar alanları 0.25 o x 0.25 o alansal çözünürlükte 6 saatlik zamansal çözünürlükte 10 metre yükseklikte u ve v rüzgar bileşenleridir. Bu veri seti, ECMWF in re-analiz veri setleri arasında en günceli olmasından dolayı tercih edilmiştir ve 1979 yılından günümüze kadarki süreci kapsamaktadır. Şekil 1. Çalışma Bölgesi ve Hopa şamandıra dalga ölçüm istasyonu SWAN kullanılarak gerçekleştirilecek rüzgar-dalga modelini doğrulamak için Türkiye kıyılarında NATO TU-WAVES projesi kapsamında Hopa açıklarında kurulmuş ve işletilmiş şamandıra istasyonunun dalga kayıtları kullanılmıştır. 41 o kuzey enlemi ve 41 o doğu boylamında yer alan Hopa şamandıra istasyonu için 1995 yılının Ocak ayı için kaydedilmiş veri, bu çalışmada sayısal modelin performansını test etmek için kullanılmıştır. 100 metrelik derinlikte kurulmuş şamandıra istasyonuna ve dalga ölçümlerine ilişkin detaylı bilgiler Özhan vd. (1995) ten elde edilebilir. SWAN Dalga Modeli SWAN, verilen rüzgar, derinlik ve akıntı şartları vb. için dalga parametrelerinin gerçekçi tahminlerini elde etmek için kullanılan bir üçüncü nesil sayısal dalga modelidir. SWAN sayısal dalga modeli yeni nesil yapılandırılmamış ağ sistemi üzerine kurulu rüzgar-dalga modelidir.

4 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Açık deniz ve yakın kıyı bölgelerinde rüzgar kaynaklı dalga ile soluğan gelişimini ve dalgaların transformasyonunu benzeştirmektedir. SWAN, dalgaları tanımlamak için iki boyutlu dalga hareket yoğunluk spektrumunu kullanmaktadır. Hareket yoğunluğu akıntıların mevcudiyetindeki enerjiyi muhafaza etmek için enerji yoğunluğundan daha fazla kullanılmaktadır. SWAN tarafından kullanılan geçerli spektral hareket (enerji) denge denklemi Denklem 1 de verilmektedir (Komen vd., 1994; Mei, 1983). Bu formülasyon dalga enerjisinin saçılımına ve üretimine ilişkin çok sayıda kaynak ifadesi içermektedir. SWAN da dalga spektrumunun gelişimi dalga enerji yoğunluğunun dengesinin bir Eularian formülasyonuyla tanımlanmaktadır. Bu formülasyonun tanımlanma maksadı, spektral dalga enerji yoğunluğunun (E) en eksiksiz formuyla yani zaman ve alana bağlı değişken olarak düşünülmesidir. (1) (2) Burada; N(σ, θ; x, y, t) rölatif dalga frekansı (σ) ile bölünmüş enerji yoğunluğuna E(σ, θ; x, y, t) eşit olan hareket yoğunluğu, c x, c y, c σ ve c θ sırasıyla x, y, σ ve θ yönlerindeki dalga yayılma hızı, θ dalga yönü, E spektral enerji yoğunluğu, σ rölatif dalga frekansı, ve x, y, t alan ve zamanın boyutlarıdır. Denklem 1 in sol tarafındaki ilk ifade ( N/ t) hareket yoğunluğunun zamanla değişimini, ikinci ve üçüncü ifadeler bir (x, y) coğrafik alanındaki hareket yoğunluğunun yayılmasını temsil etmektedir. Dördüncü ve beşinci ifadeler sırasıyla derinlik ve akıntı değişimleri nedeniyle bağıl frekans kaymasını ve derinlik ve akıntı etkileşimli sapmayı ifade etmektedir (Joubert, 2008). Eularian enerji denge yaklaşımında dalga enerjisinin dengesi bir ızgarada (karelaj alanında) çok sayıda önceden belirlenmiş hücrelerde düşünülmektedir. Enerjinin dengesi bir zaman aralığında (Δt) ve ΔxΔy büyüklüğündeki her karelaj alan hücresi içinde aşağıdaki gibi bir enerji değişiminin söz konusu olduğunu belirtmektedir. (3) Bu prensibin uygulanması derin sular için enerji denge denklemi olarak bilinen spektrumda her frekans bileşeni için geçerli olan aşağıda ifade edilen denklemle sonuçlanmaktadır. (4) Burada; S(σ, θ; x, y, t) dalga saçılması ve üretiminin bütün etkilerini temsil eden kaynak ifadesidir. Enerji denge denkleminin sığ su bölgelere uygulanması durumunda ise üç farklı şartın yukarıda verilen denkleme ilave edilmesi gerekmektedir. Birincisi, taban veya akıntıdan dolayı sapma nedeniyle enerjinin yayıldığı bölgede dalga yönü dalganın coğrafik alan içerisinde hareket etmesinden dolayı değişmektedir. (x,y) alanında enerji akısına benzer bir şekilde θ alanında akı ifadesiyle hesaba katılmaktadır. Burada, c θ her frekans bileşeni için lineer dalga teorisine dayanan sapma nedeniyle oluşan yön değişiminin açısal hızıdır. İkincisi, derinlik ve akıntıdaki değişimler nedeniyle göreceli frekansın değişkenliğinin etkisi, frekans alanındaki yayılma hızına ilişkin olan c σ lı ifadesiyle hesaba katılmaktadır. Sonuncu adaptasyon faaliyeti ise hareket yoğunluğuna geçiştir ( ). Bu değişim, akıntıların mevcudiyetinde enerjinin değil yalnızca hareketin muhafaza edilmesinden dolayı yapılmaktadır. Bu

5 ilavelerin yapılması SWAN da uygulandığı gibi sığ sular için spektral hareket denge denklemini Denklem 1 deki gibi açığa çıkarmaktadır (Van der westhuysen, 2002). Bu denklemin sağ tarafındaki üretim, dağılma (enerji kaybı) ve lineer olmayan dalga dalga etkileşimlerinin etkilerini temsil eden hareket yoğunluğunun kaynak ifadesi (S(σ,θ)) aşağıdaki denklemle daha açık bir şekilde formüle edilebilmektedir; (5) Burada; S inp rüzgar girdisi nedeniyle oluşan dalga üretimi, S brk taban odaklı kırılma nedeniyle dalga dağılmasıyla enerji kaybı, S frc taban sürtünmesi nedeniyle dalga dağılmasıyla enerji kaybı, S wcp denizin köpüklenmesiyle oluşan dalga dağılmasıyla enerji kaybı, S n/3 üçlü lineer olmayan dalga-dalga etkileşimi ve S n/4 dörtlü lineer olmayan dalga-dalga etkileşimidir (Zubier, 2002). Bu süreçlerle ilgili detaylı bilgi ve formülasyonlara SWAN (2008) den ulaşılabilmektedir. Bu çalışmada, dalga simülasyonu için SWAN Cycle III Versiyon kullanılmıştır. SWAN Dalga Modelinin Karadeniz e Uygulanması Dalga modellemesi Bu çalışmada SWAN modeli küresel koordinat sistemiyle durağan durum modunda ve üçüncül nesilde gerçekleştirilmiştir. Modelde rüzgar girdi parametrizasyonu için Komen vd., (1984) tarafından verilen formülasyonu kullanmanın belirgin dalga yüksekliğinin tahmininde daha doğru sonuçlar verdiğinin daha önceki çalışmalardan (Moeini vd., 2009) anlaşıldığından dolayı, rüzgar girdisinin üstel artışı için bu formülasyon kullanılmıştır. Derinlik etkileşimli dalga kırılması, taban sürtünmesi ve denizin köpüklenmesi nedeniyle enerjinin dağılması simülasyonlarda dikkate alınmıştır. Ayrıca, derin deniz için dörtlü (quadruplet) dalga-dalga etkileşimleri ve sığ sular için de üçlü (triad) dalga-dalga etkileşimleri lineer olmayan etkileşim için aktif hale getirilmiştir. Modelde kapsanan mevcut fiziksel süreçlerin formülasyonları ve ilgili katsayıları Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. SWAN modelin uygulanmasında dikkate alınan fiziksel süreçlerin formülasyonları Fiziksel Süreç Formülasyon Katsayı Lineer dalga artışı Cavaleri & Malanotte-Rizzoli (1981) ve Tolman (1992) Üstel dalga artışı Komen vd. (1984) Denizin köpüklenmesi Dörtlü dalga dalga etkileşimleri Hasselmann (1974) ve WAMDI group (1988) Hasselmann vd. (1985) C ds = 2.36 x 10-5 δ = 0 p = 4 = 3.02 x 10-3 PM λ = 0.25 C n/4 = 3 x 10 7 C sh1 = 5.5 C sh2 = 6/7 C sh3 = Taban sürtünmesi Hasselmann vd. (1973) C JON = m 2 s -3 Üçlü dalga dalga etkileşimleri Eldeberky (1996) α EB = 0.1 Derinlik etkileşimli dalga kırılması Eldeberky ve Battjes (1996) α BJ = 1 γ BJ = 0.73 SWAN simülasyonları için tüm Karadeniz i içine alan yaklaşık 1170 km ye 880 km lik bir alan içeren üniform (homojen), dikdörtgen (düzgün) biçimli bir hesaplama karelajı belirlenmiştir. Bu

6 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu alan yaklaşık 8 o enlem (40 o K 48 o K) ve 15 o boylamı (27 o D 42 o D) kapsamaktadır. Coğrafik alan x ve y yönlerinde sırasıyla 901 ve 481 karelaj noktasının sınırladığı karelaj çözünürlüğü yaklaşık 1.3 km ( o ) x 1.83 km ( o ) ye eşit oluşturulmuştur. Spektral alan 360 o lik bir döngüde 36 eşit yöne bölünmüş ve 0.04 Hz ve 1 Hz arasında 10 logaritmik alansal frekansta hesaplanmıştır. Bu benzeştirilen dalgaların en düşük periyodunun 1 s ve en yükseğinin 25 s olduğu anlamına gelmektedir. Analizler durgun durum için yapılacağından, her 6 saatlik kayıt için ayrı ayrı simülasyonların yapılması gerekli olmuştur. Simülasyonlarda, 2.93 GHz işlemcili bilgisayarlar kullanılmış ve 6 saatlik bir rüzgar kaydı için modelin ihtiyaç duyduğu koşma zamanı yaklaşık 30 dakika olarak gerçekleşmiştir. Model Performansının Değerlendirilmesi SWAN modelin analiz sonuçlarının doğrulanması için 744 saatlik zaman serisi (1995 yılı Ocak ayı) seçilmiştir. Şekil 2, bu süre için bu çalışmada SWAN modele girdi verisi olarak kullanılan ECMWF ERA Interim rüzgar alanlarından Hopa şamandıra istasyonuna en yakın grid noktasında kaydedilen rüzgar hızı ve yönünün değişimini göstermektedir. Aynı zamanda, kaydedilen rüzgar verilerinin bazı istatistiksel değerleri de Tablo 2 de verilmiştir. Şekil 2 den görüldüğü gibi, rüzgar hızı ve yönünün zamansal eğilimlerinde belirgin değişmeler söz konusudur. Ayrıca, bir aylık bu rüzgar kaydından Hopa şamandıra istasyonunda Ocak ayında rüzgar hızının genelde 0.5 m/s 5 m/s ve rüzgar yönünün de genelde 90 o 150 o arasında değiştiği görülebilmektedir. Şekil 2. Hopa şamandıra istasyonuna en yakın ECMWF grid noktasında kaydedilmiş rüzgar hızı ve yönünün zamansal değişimi

7 SWAN model çıktılarının zaman çözünürlüğü analize sokulan rüzgar alanlarının çözünürlüğü ile aynıdır ve model çıktıları 6 saat aralıklı tahmin edilmiş zaman serileri şeklindedir. Ancak, Hopa şamandıra istasyonunda kaydedilmiş dalga verilerinin oluşma zamanları tahmini dalga verilerininki gibi düzenli değildir. Bu yüzden, modelin performansının miktarsal değerlendirilebilmesi için ölçülmüş ve tahmin edilmiş dalga verilerinin eşzamanlı kayıtlarının eşleştirilmesi ve ayıklanması gerekli olmuştur. Doğrulama periyodu boyunca Hopa şamandıra istasyonunda kaydedilmiş ve tahmin edilmiş dalga verilerinin istatistiksel değerleri Tablo 2 de verilmiştir. Aynı zamanda, eşleştirilen kaydedilmiş ve tahmin edilmiş dalga verilerinin saçılım diyagramı ise Şekil 3 te görülmektedir. Tablo 2. Hopa şamandıra istasyonuna en yakın ECMWF grid noktasında kaydedilmiş rüzgar verilerinin ve kaydedilmiş ve tahmin edilmiş dalga verilerinin istatistiği Parametre Minimum Maksimum Ortalama Standart sapma Rüzgar hızı (m/s) Rüzgar yönü (derece) Ölçülmüş belirgin dalga yüksekliği (m) Tahmin edilmiş belirgin dalga yüksekliği (m) Ölçülmüş ortalama dalga periyodu (s) Tahmin edilmiş ortalama dalga periyodu (s) Ölçülmüş ortalama dalga yönü (derece) Tahmin edilmiş ortalama dalga yönü (derece) Şekil 3. Hopa şamandıra istasyonu için 1995 yılı Ocak ayına ait SWAN durgun durum analiz sonuçlarının saçılım diyagramı (veri sayısı: 124 adet)

8 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Bu saçılım diyagramından da görülebileceği gibi, SWAN la gerçekleştirilen dalga modellemesinin eşleştirilmiş verileri yeterince doğru tahmin yapılmadığını göstermesine karşın, aynı süre için SWAN modelin tahmini dalga yüksekliğinin zaman serisinin şamandıra ölçüm verileri ve önceden gerçekleştirilmiş METU3 tahminleri ile kıyaslanması sonucunda kabul edilebilir doğrulukta bir modellemenin yapıldığına kanaat getirilmiştir (Şekil 4). Ayrıca, bu saçılım diyagramından genel olarak SWAN modelin düşük dalga yüksekliklerini yüksek tahmin ettiği ve yüksek dalga yüksekliklerini ise düşük tahmin ettiği görülebilmektedir. Şekil 4 den de görülebileceği gibi, SWAN model sonuçlarının zamansal eğilimi şamandıra ölçüm verilerinkine benzerdir. Ayrıca, SWAN modeli dalga yüksekliğinin zaman serisindeki tepe ve çukur değerlerini METU3 sonuçlarına göre daha iyi tahmin etmiştir. Dalga yüksekliği için, SWAN sonuçları ölçülen verileri iyi tahmin etmiş ve rüzgar hız değişimine yanıt olarak artış ve düşüşleri izlemiştir. Şekil 4. Hopa şamandıra istasyonunda 1995 yılı Ocak ayına ait METU3 tahminleri ile SWAN durgun durum analiz sonuçlarının şamandıra dalga ölçüm verileriyle kıyaslanması Modelin Birincil Sonuçları Simülasyonlar sonucunda; 1995 yılını kapsayacak şekilde Hopa ve Sinop şamandıra noktalarında hesaplamalı karelajın başlangıç noktasına göre yatay ve düşey uzaklıkları, derinlik, belirgin dalga yüksekliği, ortalama dalga periyodu, sıfırı aşağı yukarı kesme periyodu ve enerji periyodu, dalgaların yönü, frekans spektrumunun genişliği ve dalgaların yönsel dağılımı gibi dalga ve spektrum karakteristiklerinin zamansal değişimleri ve ayrıca bu parametrelerin tüm Karadeniz de alansal olarak dağılım haritaları elde edilmiştir. Analizler, 6 saatlik zamansal çözünürlükte gerçekleştirilmiş ve dolayısıyla 1995 yılını kapsayacak şekilde 1460 adet simülasyon yapılmıştır. Simülasyonlar sonucunda elde edilen dalga karakteristiklerinden dalga gücü kolaylıkla hesaplanabilmektedir. Karadeniz için deniz suyu yoğunluğu tipik bir değer olarak 1015 kg/m 3 alındığında derin deniz dalga gücü, (6) formülünden hesaplanabilmektedir. Burada; H s belirgin dalga yüksekliği ve T e enerji periyodudur yılı için elde edilen 1460 adet belirgin dalga yüksekliği ve enerji periyodu alansal verilerinden dalga gücü alansal dağılım haritaları üretilmiştir. Şekil 5 ve 6, 1995 yılı SWAN benzeşim sonuçlarına dayanarak, Karadeniz in ortalama yıllık belirgin dalga yüksekliğinin (Hs, m) ve dalga gücünün (P, kw/m) alansal dağılımlarını göstermektedir.

9 Şekil yılı SWAN benzeşim sonuçlarına dayanarak Karadeniz in ortalama yıllık belirgin dalga yüksekliği (Hs, m) dağılımı Şekil yılı SWAN benzeşim sonuçlarına dayanarak Karadeniz in ortalama yıllık dalga gücü (P, kw/m) dağılımı Bu benzeşimin birincil sonuçlarına göre Karadeniz in doğu kesiminde 1.5 kw/m dalga gücü kapasiteli m aralığında belirgin dalga yüksekliklerine sahip dalgalar, batı kesiminde daha yüksek dalga gücü kapasiteli (3 kw/m mertebesine kadar) ve belirgin dalga yüksekliğine sahip dalgaların oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, ECMWF ERA Interim veri setinin 1995 yılı rüzgar alanlarından yararlanarak SWAN üçüncü nesil sayısal dalga modeli yardımıyla tüm Karadeniz için dalga karakteristiklerinin 1995 yılı için ortalama yıllık değişimleri incelenmiştir. Bundan sonraki süreçte modelin simülasyonunun 15 yıllık periyoda yayılarak Karadeniz de dalga karakteristikleri için 15 yıllık bir veri tabanı oluşturmak hedeflenmektedir.

10 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Teşekkür NATO nun Barış için Bilim adlı birimi tarafından sponsorluğu yapılan NATO TU-WAVES projesi kapsamında Karadeniz de şamandıra ölçümlerini gerçekleştiren ve bu verilerin temin edilmesinde yardımlarını esirgemeyen Projenin Yürütücüsü Orta Doğu Teknik Üniversitesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Erdal ÖZHAN a ve projeyi maddi olarak destekleyen NATO nun Barış için Bilim adlı birimine, ECMWF rüzgar alan verileri için gerekli izinlerin alımındaki yardımlarından dolayı Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü ne ve ECMWF rüzgar alan verilerini paylaşımından dolayı Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) e ve SWAN modellemesindeki değerli önerilerinden dolayı Delft Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerinden Dr. Gerbrant van Vledder ve Dr. Nico Booij e teşekkür ederiz. Kaynaklar Bretschneider, C.L., Wave Forecasting Relations for Wave Generation. Look Lab/Hawaii, 1 (3), Cavaleri, L., ve Malanotte-Rizzoli, P., Wind Wave Prediction in Shallow Water: Theory and Applications, Journal of Geophysical Research, 86 (C11), Eldeberky, Y., Nonlinear Transformation of Wave Spectra in the Nearshore Zone, PhD. Thesis, Delft University of Technology, Department of Civil Engineering, The Netherlands. Eldeberky, Y., Battjes, J.A., Spectral Modeling of Wave Breaking, Application to Boussinesq Equations, Journal of Geophysical Research, 101, Hasselmann, K., On the Spectral Dissipation of Ocean Waves due to Whitecapping, Boundary-layer Meteorology, 6 (1-2), Hasselmann, K., Barnett, T.P., Bouws, E., Carlson, H., Cartwright, D.E., Enke, K., Ewing, J.A., Gienapp, H., Hasselmann, D.E., Kruseman, P., Meerburg, A., Mller, P., Olbers, D.J., Richter, K., Sell, W., ve Walden, H., Measurements of Wind-wave Growth and Swell Decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP). Ergnzungsheftzur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe, Deutsches Hydrographisches Institute, Hamburg, Germany, 95 s. Hasselmann, S., Hasselmann, K., Allender, J.H., ve Barnett, T.P., Computations and Parameterizations of the Nonlinear Energy Transfer in a Gravity Wave Spectrum. Part II: Parameterizations of the Nonlinear Transfer for Application in Wave Models, Journal of Physical Oceanography, 15 (11), Joubert, J.R., An Investigation of the Wave Energy Resource on the South African Coast, Focusing on the Spatial Distribution of the South West Coast, Master of Science Thesis, The University of Stellenbosch, Department of Civil Engineering, South Africa. Komen, G.J., Hasselmann, S., ve Hasselmann, K., On the Existence of a Fully Developed Wind-sea Spectrum, Journal of Physical Oceanography, 14, Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S., ve Janssen, P.A.E.M., Dynamics and Modelling of Ocean Waves, Cambridge University Press, USA, 532s. Mei, C.C., The Applied Dynamics of Ocean Surface Waves, Wiley, New York, 740s. Moeini, M.H., Etemad-Shahidi, A., Application of two numerical models for wave hindcasting in Lake Erie. Applied Ocean Research, 29, Moeini, M.H., Etemad-Shahidi, A., Wave parameter hindcasting in a lake using the SWAN model. Transaction A: Civil Engineering, 16 (2), Moeini, M.H., Etemad-Shahidi, A., Chegini, V., Wave modeling and extreme value analysis off the Northern Coast of the Persian Gulf. Applied Ocean Research, 32, Özhan, E., Abdalla, S., Seziş-Papila, S., Turhan M Measurements and modelling of windwaves along the Turkish Mediterranean Coasts and the Black Sea. Proceeding of the Second International Conference on the Mediterranean Coastal Environment, MEDCOAST 95, October 24-27, Tarragona, Spain,

11 SWAN, SWAN Cycle III Version User Manual, SWAN Team, Delft University of Technology, Netherlands, 312 s. Tolman, H.L., Effects of Numerics on the Physics in a Third-generation Wind-wave Model, Journal of Physical Oceanography, 22 (10), U.S. Army, Shore Protection Manual, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, U.S. Government Printing Office, Washington (DC), USA, 652 s. U.S. Army, Coastal Engineering Manual, Chapter II-2, Meteorology and wave climate, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, U.S. Government Printing Office, Washington (DC), USA, 77 s. Van der westhuysen, A.J., The Application of the Numerical Wind-Wave Model SWAN to a Selected Field Case on the South African Coast, Master of Science, the University of Stellenbosch, South Africa, 198 s. WAMDI group, The WAM Model: A Third Generation Ocean Wave Prediction Model, Journal of Physical Oceanography, 18, Wilson, B.W., Numerical Prediction of Ocean Waves in the North Atlantic for December, 1959, Ocean Dynamics, 18 (3), Zubier, K.M., Numerical Wave Simulations on Different Oceanic Scales, Ph.D Thesis, The University of Maine, Department of Oceanography, Maine, United States.