İstanbul Boğazı'nın hidrodinamiği ve sayısal modellenmesi
The numerical modeling of the Bosphorus strait flow structure
Yazar: MEHMET N. ÖZTÜRK
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: Tabakalı akımlar = Stratified flow

Özet:
Boğazlar farklı akışkan özelliklerine sahip iki komşu denizi birbirine bağlayan su yollarıdır. Komşu denizler arasındaki yoğunluk (sıcaklık, tuzluluk vs.) ve su seviyesi farkı gibi farklı akışkan özellikleri boğazlarda genellikle iki tabakalı bir akım yapısının oluşmasına yol açmaktadır.Boğaz akımlarının dinamiğinin doğru anlaşılması ulaştırma, çevresel kirlilik, atık su deşarjı ve balıkçılık açısından büyük önem taşımaktadır.Marmara Denizi ile Karadeniz'i birbirine bağlayan 31 km uzunluğundaki dar ve uzun bir su yolu olan İstanbul Boğazı tipik bir tabakalı akım yapısına sahiptir. Tabakalı akım yapısını kontrol eden esas mekanizma Marmara Denizi ve Karadeniz arasındaki yoğunluk ve su seviyesi farklarıdır. Daha yoğun olan Akdeniz suyu ile daha az yoğun olan Karadeniz suyu Boğaz boyunca bir değişim akımı oluşmasına yol açmaktadır.Bu güne kadar İstanbul Boğazı'nın tabakalı akım yapısını modellemeye dönük çok sayıda sayısal model yaklaşımı söz konusu olmuştur. Ancak bu yaklaşımlardan hiç biri üç boyutlu olmadığı gibi elde edilen model sonuçlarının kalitesinin kıyaslanabileceği geniş çaplı ölçüm verilerinden de yoksundu. Bu çalışmada Mike 3 Flow Model FM (HD) paket programı kullanılarak İstanbul Boğazı akımı üç boyutlu olarak modellenmiştir. Sayısal modelin kalibrasyonunda genetik algritmalar yöntemi kullanılmış ve kalibrasyon parametresi olarak taban pürüzlülük katsayısı (cf), batıklık parametresi (c?3) ve türbülans Prandtl sayısı (?T) dikkate alınmıştır. Kalibre edilen sayısal modelin gerek zamansal gerekse de konumsal olarak doğrulaması (validasyon) yapılmıştır. Zamansal doğrulama için kalibrasyon dönemi dışındaki Eylül 2004 ile 2005 arasındaki dört farklı dönem için Boğaz'ın akıntı yapısı modellenmiştir. Konumsal doğrulama için ise kalibre edilmiş model sonuçları kalibrasyonda kullanılmayan farklı bir akıntı ölçüm istasyonu sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Hem kalibrasyon dönemine ait sonuçlar hem de konumsal ve zamansal doğrulama dönemlerine ait sonuçlar ölçümler ile büyük bir uyum göstermiştir. Kalibre edilen ve doğrulaması yapılan model sonuçlarına ait bileşke akıntı hızı için RMSE (Hataların Kareli Ortalamalarının Karekökü) değerleri cm/s mertebesinde değerler almıştır

Abstract:
A sea strait is a channel connecting two basins of different properties. The difference may arise owing to difference in density (salinitiy, temperature and/or sediment concentration) and water level difference. As a result of these differences a two layer flow structure ocur generally in that kind of waterway. A proper understanding of the Dynamics of sea strait flow is very important associated with navigation, environmental pollution, waste-water discharge and fishing problems.A typical example of the stratified flows is the Bosphorus. The Bosphorus is a long and narrow strait with a lenght of 31 km, connecting the Marmara Sea and the Black Sea. The stratified structure is largely controlled by two predominant mechanisms, namely the density and the water level differences between the Marmara Sea and the Black Sea. The Exchange occurs between more dense the Mediterranean water and the Black Sea water throughout the strait.There are many numerical models attempting to explain the stratified flow structure of the Bosphorus. But none of them is three-dimensional. In this study, a three dimensional hydrodynamic model of the Bosphorus is performed by using Mike 3 Flow Model FM (HD) package program. The model were calibrated sellecting the drag coefficient (cf), the buoyancy parameter (c?3) and the turbulence Prandtl number (?T) as calibration parameters. The numerical model was also validated both temporally and spatially. For temporal validation, the results of the model were compared to the results of the current station which was used at calibration fort he four different term of 2005. As to spatial validation the model results were compared to the different current station. Both the model results of the calibration and the validation terms are in good agreement with the measurements. The RMS (root mean square) erors of the calibrated and validated models vary only in the range of a few fold of 10 cm/s.