Kıyı sularında petrol kirliliği taşınımının CBS tabanlı modellenmesi
GIS-based modelling for advection and diffusion of oil pollution in coastal waters
Yazar: DUYGU ÜLKER
Danışman: PROF. DR. ZİNET SELMİN BURAK
İstanbul Üniversitesi / Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü / Denizel Çevre Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Hidrodinamik = Hydrodynamics ; Kirlilik taşınım modeli = Contaminant transport model ; Modelleme = Modelling ; Petrol kirliliği = Oil pollution ; Üç boyutlu modelleme = Three dimensional modelling

Özet:
Petrol kirliliğinin etkin bir müdahale ile yönetilebilmesi için dökülen petrolün hidrodinamik koşullar altında nereye, ne zaman ve ne şekilde ulaşacağı sorularının cevaplarının bulunması gerekmektedir. Deniz ortamında meydana gelen petrol kirliliğinde yayılma, buharlaşma, emülsifikasyon, çözünme, dikey dağılım, sedimentasyon, fotooksidayon gibi mekanizmalar oluşmaktadır. Her bir mekanizma petrolün alansal yayılmasında rol oynamakla birlikte modelleme çalışmalarında genellikle buharlaşma ve emülsifikasyon gibi ilk saatlerde etkisi yüksek mekanizmalar dahil edilmektedir. Petrolün yayılma ve bozunma mekanizması çevresel faktörlere ve petrolün türüne göre değişmektedir. Çevresel faktörler arasında sıcaklık, tuzluluk, dalga yüksekliği, akıntı hızı ve yönü, rüzgar hızı ve yönü, türbülans gibi parametreler yer almaktadır. Petrole bağlı faktörler arasında ise döküntünün miktarı ve süresi, petrolün Amerikan Petrol Enstitüsü gravitesi (API gravitesi), yoğunluk ve viskozite parametreleri bulunmaktadır.
Bu tez çalışmasında petrol kirliliğinin bozunma süreçlerine ait denklemler belirlenerek Üç Boyutlu Hidrodinamik Taşınım ve Su Kalitesi Modeli (HYDROTAM-3D) veri sistemine entegre edilmiştir. Bozunma denklemleri buharlaşma, emülsifikasyon ve çözünme mekanizmaları için tanımlanmıştır. İzmit Körfez'nde yer alan petrol terminalleri incelenerek kapasite değerlendirmesi yapılmıştır ve HYDROTAM-3D'ye coğrafi koordinatlarına göre eklenmiştir. HYDROTAM-3D rüzgar, dalga, akıntı iklimi ve petrol kirliliği taşınımı alt modelleri İzmit Körfezi'ne uygulanmıştır. 17 farklı çevresel ve döküntü koşulu 4 farklı bölgede uygulanarak toplam 24 senaryo için İzmit Körfezi'nde modelleme çıktıları elde edilmiştir. Modelleme çalışması sonuçlarıyla, Türkiye'nin diğer kıyı sularının acil müdahale planlarına katkı sağlanması hedeflenmiştir.

Abstract:
To manage oil pollution with an effective intervention, a questioning related to "where, when and how" the oil is spilt under the hydrodynamic conditions, is required. Processes and mechanisms such as spreading, evaporation, emulsification, dissolution, vertical dispersion, sedimentation, photooxidation occur when oil is spilt in the marine environment. Although each mechanism plays a role in oil spreading, most of the modelling studies include the mechanisms which have higher impact in the first hours such as evaporation and emulsification. The spreading and weathering processes of oil varies according to environmental factors and the oil type. Environmental factors include the main parameters such as temperature, salinity, wave height, current speed and direction, wind speed and direction, and turbulence. The oil-related factors include the amount of the spill, the American Petroleum Institute (API) gravity, density and viscosity parameters.
In this thesis, the equations of the weathering processes were determined and integrated into the HYDROTAM-3D. The oil terminals are investigated including their capacity assessment. Handled oil types are observed for the port and terminals in Izmit Bay and these data are inserted into the HYDROTAM-3D according to the ports' geographic coordinates. Wind, wave and current climate and oil pollution transport submodules are modelled for İzmit Bay. Modelling outputs were obtained for a total of 24 scenarios by applying 17 different environmental and spillage conditions in 4 different regions in the İzmit Bay. The modelling study can be replicated in the other coastal waters of Turkey contributing to the Emergency Response Plans.