İstanbul Boğazı su kalitesinin modellenmesi
Water quality modelling in the Strait of Istanbul
Yazar: BERNA AYAT
Danışman: PROF. DR. YALÇIN YÜKSEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Hidrodinamik model = Hydrodynamic model ; Su kalitesi modellemesi = Water quality modelling ; Tabakalı akımlar = Stratified flow ; İstanbul Boğazı = Bosphorus

Özet:
Önemli bir uluslararası su yolu olan İstanbul Boğazı; Karadeniz ve Marmara Denizi'nden taşınan önemli bir kirlilik yükü ile İstanbul şehrinin evsel nitelikli atıksuları için alıcı ortam niteliği taşımaktadır. İstanbul Boğazı'nda kirliliğin kontrol edilmesi kendisi için olduğu kadar Karadeniz ve Marmara Denizleri için de hayati önem taşımaktadır. Bu nedenle Boğaz'da yapılacak planlama çalışmalarına bir altlık oluşturması amacıyla en güncel modelleme teknikleri İstanbul Boğazı'na uygulanmıştır.Bu çalışmada, İstanbul Boğazı'ndaki hidrodinamik yapı ve su kalitesi durum değişkenlerinin zamansal ve uzamsal değişimleri üç boyutlu olarak benzeştirilmiştir. Hidrodinamik benzetim için Mike3 ve su kalitesi için Ecolab modelleme yazılımını içeren üç boyutlu bileşik modelleme sistemi kullanılmıştır. Bileşik modelin kurulumu, kalibrasyonu ve doğrulanması aşamalarında ECMWF'ten alınan meteorolojik veriler, SHODB'den alınan batimetrik veriler, Marmaray Tüp Geçişi Projesi kapsamında İstanbul Boğazı'nda toplanan akıntı ve su seviyesi ölçümleri ile İSKİ tarafından İstanbul Boğazı'nda yürütülmekte olan Su Kalitesi İzleme çalışmaları kapsamında toplanan sıcaklık, tuzluluk ve su kalitesi durum değişkenlerine ait konsantrasyon ölçümleri kullanılmıştır. İstanbul Boğazı'nda akıntı hızları benzeştirilmiş, 24 farklı derinlikteki ölçüm verileri ile kalibre edilmiş ve doğrulanmıştır. Su kalitesi durum değişkenlerinden Çözünmüş Oksijen, Klorofil-a, Nitrit, Nitrat ve Fosfat konsantrasyonları benzeştirilmiştir. Hassasiyet analizi yapılarak konsantrasyonların en hassas olduğu model parametreleri belirlenmiştir. Hassasiyet analizi sonucunda belirlenen kalibrasyon parametreleri kullanılarak sistematik bir kalibrasyon gerçekleştirilmiştir. Su kalitesi modeli Boğaz boyunca beş farklı istasyonda ve farklı derinliklerde toplanan veriler kullanılarak doğrulanmıştır.İstanbul Boğazı'nda ilk kez uygulanan üç boyutlu hidrodinamik ve su kalitesi bileşik modeli başarı ile kalibre edilmiş ve doğrulanmıştır.

Abstract:
Strait of Istanbul which is an important international waterway, is also a receiving aquatic environment for the pollution transported from Black Sea and the Sea of Marmara as well as domestic wastewater discharges originated from City of Istanbul. Controlling the pollution in the Strait of Istanbul is crucial for the Black Sea and the Sea of Marmara as well as itself. Therefore state of the art numerical modeling techniques were applied in the Strait of Istanbul, in order to develop a useful tool for planning and management studies.In this study, hydrodynamic structure and three dimensional spatial and temporal variations of the water quality state variables in the Strait of Istanbul were simulated. 3D coupled modeling system including Mike3 for hydrodynamics and Ecolab for water quality was used. In order to setup, calibrate and validate the model, meteorological datasets from ECMWF, bathymetric data from SHODB, current velocities and surface elevations collected for Marmaray Tube Tunnel Project and datasets for temperature, salinity and concentrations of water quality state variables collected by ISKI within the Water Quality Monitoring studies were used. Simulated current velocities in the Strait of Istanbul were calibrated and validated by using the dataset including the current velocities at 24 different depths. Dissolved Oxygen, Chlorophyll-a, Nitrite, Nitrate and Phosphate were considered as water quality state variables and concentrations were simulated. Sensitivity analysis was carried out in order to determine the most sensitive model parameters. Water quality model calibration was performed by using these model parameters. Water quality model was validated by using concentration data collected at five different stations and different depths.Coupled hydrodynamic and water quality modeling system which is applied in the Strait of Istanbul for the first time, was calibrated and validated successfully.