Karadeniz'de dalga modellemesi ve dalga gücü potansiyelinin belirlenmesi
Wave modeling and wave power potential determination in the black sea
Yazar: ADEM AKPINAR
Danışman: DOÇ. DR. MURAT İHSAN KÖMÜRCÜ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Karadeniz için açık deniz ve yakın kıyı dalga parametrelerinin tahmini, ECMWF ERA Interim rüzgar alan verileri kullanılarak üçüncü nesil dalga tahmin modeli (SWAN) ile gerçekleştirilmiştir. Bunun yanında, Hopa ve Sinop istasyonlarında iki farklı rüzgar kaynağı verileri (DMİ ve ECMWF) kullanılarak dört farklı basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemi (Wilson, SPM, Jonswap ve CEM yöntemleri) ile de dalga parametrelerinin tahmini yapılmıştır. SWAN, basitleştirilmiş dalga tahmin sonuçları ve ECMWF'in dalga tahmin verileri, Hopa ve Sinop istasyonlarındaki ölçüm verileriyle (Hs ve Tz) kıyaslanarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, SWAN model sonuçları, Hopa istasyonundaki METU3 dalga tahmin verileri ile de kıyaslanmıştır. Bütün bu kıyaslamaların neticesinde, çalışılan bölgede baz alınan zaman diliminde SWAN modelin en iyi sonucu verdiği (Hs için Hopa'da R = 0.71, Sinop'da ise R = 0.66) belirlenmiştir.SWAN dalga modeli, 6 saat zaman ve 0.016o x 0.016o alansal çözünürlükte 15 yıllık bir süre için koşturulmuş ve tüm Karadeniz için çeşitli dalga parametrelerini (Hs, Tm-01, Tz, Te, ? ve iki spektrum parametresi) içeren bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bu veri tabanı kullanılarak öncelikle tüm Karadeniz için belirgin dalga yüksekliği ve gücünün yıllık, mevsimlik ve aylık ortalama alansal dağılım haritaları üretilmiş, daha sonra, Türkiye'nin Orta ve Doğu Karadeniz bölümüne odaklanılarak açık deniz şartlarında belirlenen noktalarda dalga gücünün zamansal değişimleri incelenmiştir. Belirlenen noktalarda kurulması olası dalga gücü çiftliklerinin DEGİ değerleri ve dalga gücünün aşılma olasılıkları irdelenerek elde edilebilecek dalga enerji miktarları da tespit edilmiştir.Tüm Karadeniz dikkate alındığında, dalga gücü potansiyelinin Türkiye kıyılarının batı kesiminde en büyük değere (3 kW/m) ulaştığı, batıdan doğuya doğru gidildiğinde ise bu değerin azaldığı (1.5 kW/m) tespit edilmiştir. Benzer şekilde, Türkiye'nin Orta ve Doğu Karadeniz bölümünde seçilen noktalarda kurulacak dalga çiftliklerinden (2100 m uzunluğunda) üretilebilecek enerji miktarlarında (10 MWh/m/yıl - 5 MWh/m/yıl) da benzer bir eğilim olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, hindcasting of offshore and nearshore wave parameters in the Black Sea was carried out by the third generation wave prediction model (SWAN - Simulated WAve Nearshore) using the ECMWF ERA Interim wind fields. In addition, wave parameters were estimated by 4 different parametric or simplified models (Wilson, SPM, Jonswap, and CEM methods) using two different wind sources (DMİ and ECMWF) at Hopa and Sinop buoy stations where measured wave parameters data is available. Results of the SWAN, simplified models, and wave hindcast data of the ECMWF were compared against measurement data (Hs ve Tz) at Hopa and Sinop buoy stations. The models accuracies were evaluated by comparing each other using statistical error measures. Besides, the SWAN model results were compared with the METU3 wave hindcasts at Hopa station. As a result of all these comparisons, it was observed that the SWAN model gives the best results (R = 0.71 at Hopa station, R = 0.66 at Sinop station for Hs) in the study area and at that period.The SWAN model, which was set-up with temporal and spatial resolutions of 6 hours and 0.016o x 0.016o respectively, was run for a period of 15 years and a dataset including various wave parameters (Hs, Tm01, Tz, Te, ?, and two spectrum parameters) for all of the Black Sea was generated. The annual, seasonal, and monthly mean spatial distributions of significant wave height and wave power for all of the Black Sea were firstly produced by using this dataset,, and then, the temporal changes of wave power at a few stations, which are in open sea, were examined by focusing on the Middle and Eastern Black Sea Region of Turkey. Probabilities of exceedance of wave power at these stations and wave energy development index values of wave farms that may be established around these stations were determined and amount of wave energy that can be harnessed around these stations was identified.Considering the whole Black Sea, it is determined that the western part of the Turkish coasts of the Black Sea has the largest value of the potential of wave power (3 kW/m) and this value decreases to 1.5 kW/m from west to east. Similarly, it is concluded that there is a similar trend for the amounts of wave energy (from 10 MWh/m/year to 5 MWh/m/year), which will be able to be produced from the wave farms installed at the selected locations (2100 m long) in the Middle and Eastern Black Sea Section of Turkey.