Sahil kayalarının kıyı morfolojisine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of coast rocks on coast morphology
Yazar: MUSTAFA SELMANİ ÖZKAYA
Danışman: PROF. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Denizcilik = Marine ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kıyı morfolojisi = Coastal morphology ; Laboratuvar deneyleri = Laboratory experiments

Özet:
Kıyı alanları  dalga, akıntı, sediment etkileşimlerinin oldukça fazla ve yoğun olduğu yerlerdir. Kıyılar sadece deniz ya da okyanus bileşenlerini içermez ayrıca kıyı alanlarına açık havzalı akarsularda etki etmektedir. Akarsuların en önemli etmeni ise havzasından getirmiş olduğu sediment miktarıdır. Dalga ve akıntının etkisinde sediment hareketlenerek taşınımı gerçekleştirilirken doğanın var olan yapısını koruması için akarsuların getirdiği sediment bu noktada önem arz etmektedir. Bu miktarın günümüzde doğa olaylarından çok insan etkileriyle değiştirilmesi görülmektedir ve bu etkilerden en önemlisi akarsular üzerine kurulan barajlardır. Barajlar sediment hareketini oldukça kısıtlayarak sedimentlerin denize taşınmasını azaltan etkisi vardır. Taşınan sedimentin miktarı gelen sediment miktarından fazla olduğu zaman erozyonlar görülecektir. 
Erozyonun şiddetli olması durumunda sert zemine ulaşılabilir, yerel kayaları ortaya çıkarabilir ve bu durum hidrodinamik etkileri ve sediment hareketlerini etkileyici bir durum olarak karşımıza çıkar. Çıkan bu kayalar doğada düz ve pürüzsüz olamadığı için özellikle sahillerde insanlar için bir konforsuzluk oluşturur. Bu istenmeyen durumu geri besleme projeleri ile gidermek mümkündür ancak geri besleme projelerinde besleme miktarını belirlemek proje süresinin doğru hesaplanabilmesi için önemlidir.
Bu çalışmada İTÜ Hidrolik Laboratuvarında uzunluğu 22.5 m genişliği 1 m ve derinliği 0.5 m olan düzeni dalga kanalında sahilde kaya olması durumunda kayanın üzerinden yıkanmayan kritik sediment kalınlığı belirlenmiştir. Kayasız durumda biriktirme, erozyon ve kırılma bölgeleri belirlenmiş ve sonraki deneylerde kayanın konumlandırılması tespit edilmiştir. Biriktirme bölgesinde kayanın varlığının etkisinin olmayacağı için kırılmanın ilk kez gerçekleştiği ve tırmanma bölgelerinde ayrı ayrı çalışılmıştır çünkü bu iki bölgenin hidrodinamik etkilerinin farklılık göstermektedir. 
Kullanılan üç tip kaya vardır. Dalga kanalının tamamını en kesit olarak kaplaması için 31-30-4 cm boyutlarında 3 adet beton blok yan yana konularak iki boyutlu deneyler elde edilmiştir. Üç boyutlu deneyleri oluşturabilmek için ise 20-20-4 cm boyutlu  bir adet beton blok kanalın ortasına gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Üç boyutlu deneylerde beton bloğun boyutu kanal cidarlarının etkisinden kurtulmak için küçültülmüştür. Yapay kayalar yerine doğal kaya deneyleri de yapılmıştır (22-27-25 cm) ancak doğal kayanın yüksekliği kullanılarak sahile tamamen gömülü olmadığı durumlar incelenmiştir.
Plunging tip dalga kırılması altında  hem kırılmanın ilk kez gerçekleştiği bölge hem tırmanma bölgesinde farklı derinliklere konulan kayaların ortaya çıkmadığı derinlik kritik sediment kalınlığı olarak belirlenmiştir. Bulunan bu derinlik gelen dalganın açıktaki dalga yükseliği ile boyutsuz hale getirilmiştir. 
Sahilde kayanın olması ve olmaması  durumlarında morfolojik etkiler incelenmiştir. Deneyler sonucunda oluşan morfolojik değişim LİDAR sensörü ile üç boyutlu tarama verileri haline getirilmiş ve bu çalışmada sunulmuştur. Ayrıca deney kanalının yan cidarlarının cam olması sayesinde sahillerin değişimi gözlenmiş ve sahilin gelişim süreci çizilmiştir. Kayanın morfolojik etkisi bu veriler sayesinde gösterilmiştir. Yapılan Lidar taramaları sayesinde dalga kanalının boy kesiti alınabilmiştir ve bu sayede deneylerin kıyaslanması yapılabilmiştir.
Deneylerde akustik dopler hız ölçer sayesinde dalgaların sığlaşma bölgesinde (kırılmadan önce- biriktime bölgesi) hız ölçümleri yapılmıştır ancak sörf bölgesinde ölçümler alınamamıştır. Bunun nedeni tırmanma bölgesinin ölçüm için yeterli su yüksekliğne sahip olmamasındandır. Ölçümlerden kayma gerilmesi ve kayma gerilme hızı ve diğer parametreler elde edilmiştir.

Abstract:
Coastal areas are places where wave, current and sediment interactions are quite high and intense. Coasts do not only contain marine or ocean components, but also affect coastal areas in open basin streams. The most important factor of rivers is the amount of sediment they bring from their basin. While the sediment is moved and transported under the influence of waves and currents, the amount of sediment brought by the rivers gains importance at this point in order to preserve the existing structure of nature. Today, it is seen that this amount is changed by human effects rather than natural events, and the most important of these effects is the dams built on rivers. Dams have the effect of reducing the transport of sediments to the sea by restricting the movement of sediments. Permanent erosions in the coastal area will occur when the amount of transported sediment is greater than the amount of incoming sediment. 
If erosion is severe, hard ground can be reached and expose local rocks. This situation emerges as a situation that differentiates hydrodynamic effects and sediment movements. Since these rocks are not flat and smooth in nature, they create discomfort especially for people on the beach. It is possible to eliminate this undesirable situation with feedback projects, but it is important to determine the amount of feed in these projects so that the project duration can be calculated correctly.
One of the important factors in the formation of erosion is vortexes. As the wave progresses, vortexes are formed by distorting the wave form and breaking when it encounters the undertow. Vortexes have a negative pressure effect to suspend the sediment so that the high density sediment is suspended and transported by the undertow. In this study, video recordings of the vortexes were taken and their effect was demonstrated.
The wave channel used in the experiments was 22.5 m long and 1 m wide with side walls made of glass. The bottom of the channel consists of smooth concrete. Perforated bricks are placed behind the wave generator to absorb the reflection waves in the channel. At the end of the channel, a coast with an average sediment size of d_50=0.34 mm was formed at 1/4 slope. The channel was filled with water up to 35 cm and a calm water level was created. The initial slope of the beach, average sediment size and calm water level were the same in all experiments.
In the experiments, deposition, erosion and breaking zones were first determined in the rockless state, and the positioning of the rock was determined in the subsequent experiments. Since the presence of rock in the deposition zone will not have an effect, the region where the breaking occurred for the first time and the climbing region were studied separately because the hydrodynamic effects of these two regions differ. In the experiments, the region where the breaking occurred for the first time was classified as two-dimensional, the climbing region was classified as two-dimensional, the region where the breaking occurred for the first time was classified as three-dimensional, the climbing region was classified as three-dimensional, and the region where the breaking occurred for the first time was classified as natural rock, and the climbing region was classified as natural rock.
There are three types of rock used. In order to cover the entire wave channel in cross-section, 3 concrete blocks with 31-30-4 cm dimensions were placed side by side and two-dimensional experiments were obtained. In order to create three-dimensional experiments, one concrete block of 20-20-4 cm was placed in the center of the channel. In the three-dimensional experiments, the size of the concrete block was reduced to avoid the effect of the channel walls. Instead of artificial rocks, natural rock experiments were also carried out (22-27-25 cm), but using the height of the natural rock, the cases where it was not completely buried on the beach were examined.
The surf similarity parameter is equal to ξ_0=1.03 in the initial condition. In order to understand the conditions of the study, the mobility parameter was created by replacing the U_fvalue in the Shield's parameter with H/T and its value is equal to 1.252.
In the experimental setup, in which plunging type breaking occurred, the critical sediment thickness that was not washed off the rock was determined in case of rock on the beach in the wave channel. Determined sediment thickness was dimensioned with offshore wave height. In the results obtained, the differences between the region where the rock was breakingd for the first time and whether it was in the climbing region or not were revealed.
The morphological effects of the presence and absence of rocks on the beach were investigated. The morphological change resulting from the experiments was converted into three-dimensional scan data with the LIDAR sensor and presented in this study. In addition, thanks to the glass side walls of the experimental channel, the change of the beaches was observed and the development process of the beach was drawn. The morphological effect of the rock is shown with these data. Thanks to the Lidar scans, the longitudinal section of the wave channel could be taken and thus the experiments could be compared.
The presence of rock on the beach has a restrictive effect on sediment movement, but this restriction is related to the location of the rock and how deep the rock was initially. The experiments were continued by increasing the burial depth until the rock was not outcropped and ended at the depth where it was not outcropped. As a result of the experiments, it was determined that the effect on the sediment transport decreased as the rock approached the depth where it could not be exposed, while it was observed that the morphology took shape like a no-rock sand beach when the rock was not exposed.
In the experiments, concrete blocks were placed embedded in the sand beach, while some of the natural rock remained above the sand beach surface because it was aimed to examine the effect on beach morphology compared to a buried rock. In natural rock experiments, the experiments carried out in two different positions were placed according to the channel cross-section with the short side of 22 cm in order to be similar to the experiments performed with three-dimensional concrete blocks.
In the experiments, velocity measurements were made in the shallowing region of the waves by means of an acoustic doppler velocitymeter, but measurements could not be taken in the surf region. This is because the surf zone does not have sufficient water height for measurement. Shear stress and shear stress velocity and other parameters were obtained from the measurements.