Kanal ı̇stanbul'da debı̇ azaltıcı yöntemlerı̇n belı̇rlenmesı̇
Determination of flow reducing methods in Channel İstanbul
Yazar: MEHMET FATİH SAVCI
Danışman: DOÇ. DR. TARKAN ERDİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Açık kanallar = Open channels ; Taşıma kanalları = Transport channels

Özet:
Montrö Boğazlar Antlaşması 1936 yılında imzalanmıştır ve o zamanlar yıllık 3 bin gemi boğazdan geçmekteydi. Günümüzde ise yıllık yaklaşık 55 bini bulan gemi, boğazdan geçmektedir (Başaraner ve diğ. 2011). Önceki yılları dikkate alarak bu sayının yıllar geçtikçe artması beklenmektedir. Gelecek yıllardaki boğazın trafiği büyük sorunlara sebep olacağından bu yükü azaltmak için çeşitli alternatifler geliştirilmiş ve İstanbul Boğazı'na paralel yeni bir kanal açılması gündeme gelmiştir.
Kanal Istanbul tartışmalı bir proje olup, İstanbul Avrupa yakasında yapay bir kanal açmayı hedeflemektedir. Böylece, İstanbul Avrupa yakasınında yapay bir ada oluşacaktır. Kanal İstanbul, İstanbul boğazını bypass edecektir.
Kanal güzergâhının yerinin belirlenmesi ile ilgili birçok inceleme yapılmıştır. Bu incelemeler arasında Küçük çekmece-Sazlıdere-Karaburun güzergâhı en uygun kanal güzergâhı olarak belirlenmiştir. Bu kanalın derinliği 25 m, genişlik 400 m ve toplam uzunluğu 43 km'dir. 
Bu çalışmada, Kanal İstanbul'un İstanbul Boğazı'ndaki doğal akım dengesine etki etmemesi için 3 boyutlu sayısal modeler geliştirilerek çeşitli debi azaltıcı alternatifler sunulmuştur. Bunun için, 3-boyutlu Delft3D sayısal model kullanılmıştır. Sayısal modelde kullanmak üzere hazırlanan sayısal hesap ağı 1487 elemandan oluşmuştur. 
Sayısal modelde çeşitli veri setleri kullanılmıştır. Bunlar; kıyı sınırları, Karadeniz ve Marmara Denizi batimetrisi, bu denizlerin uzun süreli su seviye değişimleri ve uzun süreli rüzgâr verisidir.
Kıyı sınırları, Seyir, Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı (SHODB) veri arşivinden, batimetri verileri ise Seyir, Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı (SHODB) veri arşivinden temin edilmiştir.
Meteorolojik büyüklükler için, Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) arşivlerinden temin edilen, denizden itibaren 10 m yükseklikteki rüzgâr hızı bileşenleri ve hava basıncı verileri kullanılmıştır. Meteorolojik verilerin zamansal çözünürlüğü 6 saat olup, mekânsal çözünürlüğü hem enlem hem boylam yönünde 0.125 derecedir.
Açık deniz sınır koşulu için, biri İstanbul Boğazı girişi (kuzey) diğeri çıkışı (güney) olmak üzere iki adet su seviyesi sınır koşulu tanımlanmıştır. Su seviyesi sınır şartları, Eylül 2004– Ocak 2006 zaman aralığında ve 10 dk'lık ölçümlerden oluşmaktadır. Ayrıca, kuzey ve güney sınırlarında aylık sıcaklık ve tuzluluk verileri kullanılmıştır (Sur v.d.,2004).
Kanalın içerisinde farklı taban eşiği ve pürüzlülük katsayısı kullanılarak 9 farklı senaryo oluşturulmuştur. Her bir senaryo için daha önceden kalibre edilmiş sayısal model kullanılmış ve kanalın içerisindeki 2 kesitteki debi ve akım hızları değerlendirilmiştir.
Model sonuçları incelendiğinde kanaldaki akım hızı ve su seviyesi değişimi arasında güçlü bir ilişki olduğu görülmüştür. Karadeniz su seviyesinin Marmara su seviyesine göre yüksek olduğu durumda kanal boyunca tuzluluk oranlarının düşük. Marmara Denizi su seviyesinin Karadeniz'e göre daha yüksek olduğu dönemde ise Kanal içerisindeki tuzluluğun arttığı gözlemlenmiştir. 
Kanal İstanbul'da aynı İstanbul Boğazı gibi iki katmanlı akış olduğu gözlenmiştir. Buna ek olarak hakim akım yönü Karadeniz'den Marmara Denizi'ne doğrudur.
Kanalın pürüzlülük katsayısı eşit olan senaryolarda çok yakın sonuçlar elde edilmiştir. Genel olarak kanalın pürüzlülük katsayısı, model sonuçlarını etkileyen en büyük etken olarak gözlenmiştir. Bu araştırmada pürüzlülük katsayısı 0.036 olan taş malzemenin kanalda kullanılması gerektiği belirlenmiştir.

Abstract:
The Montreux Straits Treaty was signed in 1936, during which 3 thousand ships were passing through the strait annually. Today, the number of ships have been reached to 55 thousand annually (Başaraner et al. 2011). Considering the previous figures, this number is expected to increase gradually over the years. Since the traffic of the Bosphorus in the coming years will cause major problems, various alternatives have been developed to reduce this burden and the idea of a new channel has been launched in parallel with the Bosphorus Strait.
The Canal Istanbul is a controversial project for the artificial sea-level waterway, which is planned by the Republic of Turkey on the European side of Turkey, connecting the Black Sea to the Sea of Marmara. Canal Istanbul would bisect the current European side of  Istanbul and thus forming an artificial island between Asia and Europe.The new waterway is expected to bypass the current Bosphorus.
Many investigations have so far been made regarding the determination of the channel route. Among these investigations, the Küçük Çekmece-Sazlıdere-Karaburun route was determined as the most appropriate one. The depth of this channel is 25 m, the width is 400 m and the total length is 43 km. Canal Istanbul project includes construction of ports (large container terminal in the Black Sea, close to the Istanbul Airport), logistic centres and artificial islands to be integrated with the canal, as well as constructing new earthquake-resistant residential areas along the channel.
In this study, various numerical modellig scenarios have been developed by using Delft 3D. Similar to the Bosphorus Strait, the new Canal mostly runs from the Black Sea to the Marmara Sea and sometimes vice versa. It is expected that Canal Istanbul does not affect the natural flow balance in the Bosphorus. However, it might have adverse impact to the Marmara Sea. Therefore, numerical model simulations of Canal Istanbul are employed  together with Istanbul Strait. The main purpose of this study is to reduce the additional discharge of Canal Istanbul into Marmara Sea. 
Towards this aim, the digital computing domain is setup that consists of 1487 elements. The coastal boundaries of the domain and bathymetry data are obtained from the Navigation, Hydrography and Oceanography Department (SHODB). The wind stress and air pressure data are retrieved from the European Medium Term Weather Forecasting Center (ECMWF). The temporal resolution of meteorological data is 6 hours, and its spatial resolution is 0.125 degrees in both latitude and longitude directions. The developed model is forced by water level boundary conditions at both end of the model domain which is between September 2004 - January 2006 with 10min intervals. This dataset is collected during the Marmaray Immersed Tube Railway Project. The temperature and salinity data of the hydrodynamic model at the north and south boundaries are used with monthly intervals from Sur et. al., (2004).
Similar to the Bosphorus Strait, strong correlation is observed between the flow rate in the channel and the water level difference at both end of the model domain. When the Black Sea water level is higher than the Marmara water level, it has been observed that the salinity rates are low along the channel. In the period when the Marmara Sea water level is higher than the Black Sea, the salinity in the Canal is increased. 
Within the channel, nine different scenarios of various sills and manning roughness coefficients are developed and compared with each other. For each scenario, a previously calibrated numerical model is used and the flow velocities within 2 cross sections within the channel are evaluated. 
It is observed that salinity in the canal is low when the Black Sea water level is higher than the Marmara Sea water level. In the period when the Marmara Sea water level is higher than the Black Sea, salinity in the Canal increases. It is observed that there is a two-layer flow in Canal Istanbul, just like the Bosphorus Strait. In addition, the dominant flow direction is from the Black Sea to the Sea of Marmara.
In general, the roughness coefficient of the channel is observed as the main factor affecting the model results. However, the sills are not found to be the influential and very close results are obtained in scenarios. In this research, it is determined that stone material with a roughness coefficient of 0.036 should be used in the channel to reduce the flow rate into the Marmara Sea through the Canal.