Türkiye Denizlerinde Su Seviyesi Değişimi Water

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu TÜRKİYE DENİZLERİNDE SU SEVİYESİ DEĞİŞİMİ

Yalçın Yüksel, Prof. Dr., Mehmet Öztürk, Dr. Öğ. Üyesi, Cihan Şahin, Dr. Öğ. Üyesi, Oğuzhan Halat, Uğur Doğan, Prof. Dr., Z. Tuğçe Yüksel, Dr., Celalettin Karova,

YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: 2123835160, Faks: 2123835133, E-posta:[email protected]

YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: 2123835167, Faks: 2123835133, E-posta:[email protected] YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD, Tel: 2123835167, Faks: 2123835133, E-posta:[email protected]

Yüksek Lisans Öğrencisi, YTÜ İnş. Fak., İnş. Müh. Böl., Hidrolik ABD E- posta:[email protected].

YTÜ İnş. Fak., Harita Müh. Böl., Jeodezi ABD, Tel: 2123835286, E- posta:[email protected]

E-Posta: [email protected]

ARS Mühendislik Danışmanlık Tic. A.Ş., E-posta: [email protected]

ÖZET Bu çalışmada Türkiye denizlerinde ölçülmüş su seviyelerinin analizleri yapılmış ve gel-git değişimleri ile parametreleri belirlenmiştir. Bu amaçla Harita Genel Müdürlüğü Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (HGM TUDES) tarafından 20 ayrı mareograf istasyonuna ait su seviyesi ölçümleri kullanılmıştır. Su seviyesi değişimleri sayısal olarak modellenerek gel-git ve diğer (artık) su seviyesi değişimleri ile gel-git’e ait temel bileşenler (M1, S2, K1, O1) belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler : Gel-git, Türkiye Denizleri, Küresel Gel-git Modeli, Su Seviyesi Değişimi.

WATER LEVEL VARIATIONS in TURKISH SEAS

ABSTRACT In this study, measured water levels of the seas surrounding Turkey were analyzed and, tidal variations and tide parameters were determined. For this purpose, water level measurements obtained from the General Directorate of Mapping Turkish National Sea Level Monitoring System (TUDES) for twenty stations were used. The main tide constituents (M1, S2, K1, and O1) and residuals of the water level variations were determined by numerical modelling.

Keywords: Tide, Turkish Seas, Global Tide Model, Water level Variation.

GİRİŞ Kıyı yapılarının tasarımı, dalga koşullarının bir fonksiyonu olarak nitelendirilmesine rağmen öncelikle tasarım su seviyesinin bilinmesi gerekmektedir. Gerek kıyı taşkınları gerekse dalgaların değişiminde etkin parametre su derinliğidir. Dalga etkisine maruz kalan bir kıyı yapısı, su seviyesi yükseldiğinde farklı dalga koşullarının etkisinde kalacaktır. Çünkü tasarım su derinliği dalgaların nerede

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu kırılarak enerjilerini kaybetmeye başladıklarını belirlemektedir. Su seviyesinin yükselmesi, yapı üzerindeki kuvvetlerin artmasına ve üstten aşma ile arkasındaki alanlarda hasara neden olan etkilere neden olmaktadır. Diğer taraftan su seviyesi düştüğünde bu yapı dalga aşma etkisine maruz kalmayacaktır. Buradan da anlaşılacağı üzere yapılardaki en büyük hasarlar su seviyesi arttığında meydana gelmektedir. Yüksek su seviyeleri, stabil kumullarla korunan kumsal kıyıların geri çekilmesine neden olabilmektedir, bunun sebebi daha büyük dalgaların kıyıya yaklaşması ile gerçekleşmektedir. Bu dalgalar kumulları ve kıyının üst kesimlerini aşındırarak kumun kıyıdan denize doğru taşınmasına neden olmaktadır. Eğer su seviyesi yükselmesi geçici bir durum ise buradaki taşınımın büyük bir kısmı bir sonraki alçak su seviyesinde geri kazanılmaktır. Kalıcı bir su seviyesi yükselmesi durumu ise kalıcı kum kaybı ile sonuçlanmaktadır. Yumuşak kaya gibi aşınabilir malzemeden oluşan falezler veya kayalık gibi dik vadileri içeren kıyı alanlarında da, sürekli olarak dalga hareketleriyle aşınım söz konusu olmaktadır. Bu durum da kıyı çizgisinde çekilmeye neden olmaktadır. Su seviyesi değişimindeki en önemli bileşen olan gel-git, Ay ile Güneş’in (Newton’un Yerçekimi Kanununa göre) bileşik yerçekimi kuvveti ve Dünya’nın, Dünya-Ay ve Dünya-Güneş sistemlerinin kütle merkezleri etrafında dönmesiyle oluşan merkezkaç kuvveti dolayısıyla periyodik olarak meydana gelmektedir. Bu kuvvetlerin Dünya üzerindeki bileşkeleri birbirini dengelemektedir. Ancak, Dünya yüzeyi üzerindeki dağılımları üniform değildir. Her noktadaki kuvvetlerin bileşkesi gel-git üreten etkili kuvvet olarak tanımlanmaktadır. Bu kuvvetlerin yatay bileşeni gel-git üreten ana faktördür ve Doodson-Warburg (1941)’e göre çekici kuvvet olarak tanımlanmıştır. Gel-git üreten kuvvetler Dünya-Ay ve Dünya-Güneş sistemi etkileşimi temelindeki hareketlerin belirlediği periyotlar içerisinde meydana gelmektedir. Gel-git hareketini etkileyen diğer olaylar ise, kıta sahanlığı üzerinden yansıma, sığ sularda taban sürtünmesi ve deformasyon, dünyanın dönmesine bağlı olarak açığa çıkan “Coriolis kuvveti” ve meteorolojik etkilerdir. Gel-git nedeniyle su seviyesinde meydana gelen değişim, kıta sahanlığı ve yakın kıyı batimetrisinden de etkilendiği için tek başına gel-git teorisi ile su seviyesi değişimlerini belirlemek oldukça zordur ve bu nedenle su seviyesi ölçümlerine gereksinim duyulur. Böylece ölçümlerin analizinden elde edilen veriler ile gel-git teorisinin birlikte kullanılması gel-git davranışının (gel-git bileşenlerinin büyüklükleri ve frekanslarının) tanımlanmasına olanak sağlamaktadır. Gel-git kaynaklı kuvveti oluşturan dokuz büyük astronomik bileşenin periyotları ve genlikleri Tablo 1’deki gibi tanımlanmıştır. Tablo 1’den de görüldüğü gibi ilk yedi ana gel-git bileşeni genellikle gün mertebesi veya daha küçük periyotlarda meydana gelmektedir. Bunun yanı sıra ayın dünyanın etrafında bir tam döngüsünü tamamladığı yaklaşık 28 günlük periyodun yarısına karşılık gelen her 14 günde bir gel-git genliği rölatif olarak büyümekte (spring tide) ve küçülmektedir (neap tide). Bu nedenle Tablo 1’deki dokuz ana bileşenin belirlenebilmesi için en az 354 saat (14.75 gün) ölçüm yapılması gerekmektedir. Ayrıca gel-git etkisinin dışında su seviyesindeki etkilerin de (fırtına kabarması gibi) belirlenmesi istenirse daha uzun (2,3, …*354) su seviyesi ölçümleri yapılmalıdır.

Bu çalışmada Türkiye kıyılarında yapılacak planlama ve projelerde bilinmesi gereken tasarım su derinliğindeki değişimlerin belirlenmesinde gerekli olan gel-git değişimleri için analiz ve sonuçlar verilmiştir.

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Tablo 1 Astronomik bileşenler (Yüksel ve Çevik, 2016) Periyot Kaynak Sembol (saat) Main lunar, yarı-günlük M2 12.42 Main solar, yarı-günlük S2 12.00 Lunar elliptic, yarı-günlük N2 12.66 Lunar-solar, yarı-günlük K2 11.97 Lunar solar, günlük K1 23.93 Main lunar, günlük O1 25.82 Main solar, günlük P1 24.07 Lunar fortnightly (15 günlük), uzun periyotlu, Mf 327.86 Lunar monthly (aylık), uzun periyotlu, Mm 661.30

SU SEVİYESİ ÖLÇÜMLERİ ve VERİ ANALİZİ Ülkemizde deniz seviyesi, Harita Genel Müdürlüğü (HGM) tarafından işletilen Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (TUDES) ve uydu altimetre verileri ile izlenmektedir. TUDES kontrolündeki mareograf istasyonları Şekil1’de gösterilmiştir. Bu çalışmada gel-git analizi için HGM tarafından yapılan su seviyesi ölçümlerini içeren Mareograf-İstasyon-Verileri kullanılmış ve bu amaçla 20 farklı istasyon verisi dikkate alınmıştır. Harita Genel Müdürlüğü , TUDES istasyonları ile kıyılarımızdaki uzun dönemli deniz seviyesi değişimlerini takip ederek, Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı (TUDKA) için düşey datumda bir referans yüzey belirleme çalışması yürütülmektedir. Diğer yandan Türkiye için oluşturulacak jeoit modellerinin kıyılardaki mutlak kontrolünde TUDES istasyonlarına ait veriler kullanılmaktadır. Ayrıca, söz konusu istasyonlarda düzenli bir şekilde GPS, nivelman ve yersel gravite ölçüleri gerçekleştirilmektedir. Dikkate alınan su seviyesi ölçümleri analiz edilmiş, hatalı veriler ayıklanmış ve veriler arasındaki boşluklar (3 saatten az ise) lineer interpolasyon ile tamamlanmıştır. Böylece kesintisiz en az bir yıllık su seviyesi veri tabanı oluşturulmuştur. Dikkate alınan 20 mareograf istasyonundaki ortalama deniz seviyesi ölçümleri Türkiye’nin yükseklik sisteminde (normal ortometrik yükseklik) başlangıç yüzeyi olarak Antalya mareograf istasyonundan belirlenen ortalama durgun deniz seviyesi referans alınarak ulusal düşey datum tanımlamıştır. Bu veriler sayısal model ile değerlendirilmiş ve gel-git verilerine ait ana parametreler belirlenmiştir. Ayrıca bu veriler istatistiksel analizler yapılarak değerlendirilmiştir.

Şekil 1 Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (TUDES, HGK)

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

GEL-GİT MODELLEMESİ Gel-git’e neden olan Güneş-Ay ve Dünya’nın temel hareketleri aşağıdaki gibi karakterize edilmektedir:  Dünya’nın dönmesi (ay günü, 24.8 sa)  Ay’ın Dünya etrafındaki yörüngesi (ay ayı, yaklaşık 27 gün)  Dünya’nın Güneş etrafındaki yörüngesi (tropik yıl)  Ay’ın eliptik yörünge ekseninin konumundaki periyodiklik (8.85 yıl)  Ay’ın yörüngesel eğikliğinin periyodikliği (18.6 yıl)  Dünya’nın eliptik yörünge ekseninin konumundaki periyodiklik (~21,000 yıl) Bu hareketlerin, gel-git’in değişimi üzerinde etkileri söz konusudur. Bu nedenle gel- git harmonik bir hareket olarak tanımlanmaktadır. Gel-git değişimi harmonik bileşenlerinin toplamıyla tanımlanır. Her bir periyot ya da frekansa sahip harmonik bileşen aşağıdaki ifade ile verilmiştir: N (t)  Ai (t)a i cos(  i t  f i  F(t)) i (1) i1

Burada, “ (t) ” su seviyesi, “ i ” i bileşeninin frekansı, “ ai ” i bileşeninin genliği, “ fi ” i bileşeninin fazı, “ Ai (t) ” i bileşeninin genlik düzeltmesi, “ F(t)i ” i bileşeninin faz düzeltmesini göstermektedir. Periyotlarına göre bileşenler aşağıdaki gibi kategorize edilmişlerdir:  Günlük ve yarı günlük bileşenler (periyot 12 ve 24 saat)  Harmonik altı bileşenler ( ? 24 saat)  Harmonik üstü bileşenler ( = 24 saat)  Mevsimsel değişimler Ana bileşenler aşağıdaki gibi günlük ve yarı günlüktür.  M2 12.4 sa periyot  S2 12 sa periyot  K1 23.9 sa periyot  O1 25.8 sa periyot Normal olarak yarı günlük bileşenler etkindir ve günlük bileşenlerin bunların iki gel-git döngülerinde oluştuklarından, her gün birinin daha büyük diğerinin ise daha küçük olmasına neden olur. Bu çalışmada, gel-git bileşenlerinin belirlenmesinde MIKE 21 Tidal modeli kullanılmıştır. Model iki ayrı seçenek sunmaktadır (DHI, 2008). Bunlar;  IOS Yöntemi: Bu yaklaşım, dikkate alınan bir nokta için en detaylı gel-git analizinin yapılmasına imkan vermektedir. 60 ana bileşene ait gel-git yüksekliğinin ve faz açısının hesabında en küçük kareler metodu kullanılmaktadır. Modellemenin yapılabilmesi için en az 1 yıllık ölçüm verisi gerekmektedir.  Admiralty Yöntemi: M2, S2, K1, O1 dört ana bileşeni vermektedir.

Yapılan analiz sonuçlarından örnek olarak, 36° 50′N ve 30° 20′E koordinatlarındaki Antalya istasyonundan elde edilen su seviyesi ölçümleri Şekil 2’de verilmiştir. IOS model çalışması sonucunda, gel-git değişimi ve diğer (artık) su seviyesi değişim sonuçları birlikte çizilerek Şekil 3’de sunulmuştur. 12 aylık gel-git değişimi ise Şekil 4’de çizilerek gösterilmiştir. Bu şekillerden de görüldüğü üzere gel-git dışında meteorolojik koşullardan kaynaklanan (fırtına kabarması gibi) diğer su seviyesi değişimleri de model sonuçları içinde yer almaktadır. Değişimleri daha iyi görebilmek için bir aylık değişim Şekil 5’de verilmiştir. Burada yaklaşık 14 günlük en büyük ve en küçük gel-git seviyeleri görülmektedir. Model, benzer olarak diğer istasyonlar için de koşturularak su seviyesi değişimleri belirlenmiştir. Tablo 2’de gel-git’in dört ana bileşeni verilmiştir.

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

Sadece dört ana gel-git bileşenini (M2, S2, K1, O1 ) dikkate alan Admiralty yöntemi ile yapılan modelleme sonuçları Tablo 3’de verilmiştir. Gel-git dalgaları dört büyük bileşenin birbirlerine göre önemi esas alınarak (M2, S2, K1 ve 01) sınıflandırılmaktadırlar. Bu sınıflandırma için aşağıda verilen orantı sayısı kullanılmaHH ktadır (Yüksel ve Çevik, 2016). F  K1 01 HHM2 S2 (2)

Burada, H gel-git’in genliğidir. 2H ise gel-git aralığı (tidal range) alarak adlandırılmaktadır. Bu şekilde aşağıdaki dört adet gel-git tipi tanımlanmıştır. Orantı sayısına göre gel-git periyotları aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır.  F0.25 yarı günlük gel-git  F3 günlük gel-git  0.25

Şekil 2 Antalya mareograf istasyonu su seviyesi değişimleri

Şekil 3 Antalya mareograf istasyonu IOS model sonuçları

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

Şekil 4 Antalya IOS modeli gel-git değişimi (yıl)

Şekil 5 Antalya mareograf istasyonu IOS model sonuçları (aylık değişim)

Her iki yönteme göre yapılan model sonuçları incelendiğinde Marmara Denizi Erdek, Marmara Ereğlisi ve Yalova mareograf istasyonları hariç tüm istasyonlarda gel-git’lerin yarı günlük periyoda sahip olduğu görülmüştür. Diğer üç istasyon ise karma, esas olarak günlük gel-git periyoduna sahiptir. Yapılan gel-git analizinin kalibrasyonu, Global Tide Model (Andersen, 1995)’den elde edilen veriler ile karşılaştırılarak yapılmıştır. Andersen (1995) çalışmasında 0.25° × 0.25° çözünürlüğe sahip TOPEX/POSEIDON altimetre verileri kullanılmıştır.

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Tablo 2 IOS Yöntemi Gel-git Bileşenleri Gel-git Bileşenleri (m) Mareograf İstasyonları M2 S2 K1 O1 Antalya İstasyonu 0.0775 0.0466 0.0245 0.0156 Bozyazı İstasyonu 0.095 0.0556 0.0253 0.0184 Erdemli İstasyonu 0.1082 0.0628 0.0291 0.0203 AKDENİZ İskenderun-A İstasyonu 0.0947 0.0529 0.0238 0.0147 İskenderun-R İstasyonu 0.1286 0.074 0.0297 0.0211 Taşucu İstasyonu 0.1041 0.0605 0.0268 0.0191 Bodrum İstasyonu 0.039 0.0259 0.0206 0.0123 Gökçeada İstasyonu 0.055 0.0385 0.0184 0.009 EGE Denizi Marmaris İstasyonu 0.0599 0.039 0.0187 0.0132 Menteş İstasyonu 0.0558 0.0405 0.0249 0.0138 Amasra İstasyonu 0.0083 0.0051 0.0072 0.0032 İğneada İstasyonu 0.0227 0.0116 0.0102 0.0074 Sinop İstasyonu 0.0064 0.0033 0.0031 0.0014 KARADENİZ Sinop-R İstasyonu 0.0069 0.0041 0.0028 0.0013 Şile İstasyonu 0.0181 0.0087 0.009 0.0044 Trabzon İstasyonu 0.0245 0.0114 0.0097 0.0068 Erdek İstasyonu 0.0045 0.0029 0.0133 0.0081 MARMARA İstanbul İstasyonu 0.0112 0.0067 0.0094 0.0064 Denizi Marmara Ereğlisi İstasyonu 0.0065 0.0036 0.0124 0.0076 Yalova İstasyonu 0.0109 0.0065 0.0138 0.0076

Tablo 3 Admiralty Yöntemi Gel-git Bileşenleri Gel-git Bileşenleri (m) Mareograf İstasyonları M2 S2 K1 O1 Antalya İstasyonu 0.0614 0.0614 0.0196 0.0196 Bozyazı İstasyonu 0.0745 0.0745 0.0215 0.0215 Erdemli İstasyonu 0.0845 0.0845 0.0243 0.0243 AKDENİZ İskenderun-A İstasyonu 0.0726 0.0726 0.0187 0.0187 İskenderun-R İstasyonu 0.1011 0.1011 0.0256 0.0256 Taşucu İstasyonu 0.0815 0.0815 0.0228 0.0228 Bodrum İstasyonu 0.0321 0.0321 0.0163 0.0163 Gökçeada İstasyonu 0.0457 0.0457 0.0137 0.0137 EGE Denizi Marmaris İstasyonu 0.0488 0.0488 0.0157 0.0157 Menteş İstasyonu 0.047 0.047 0.0193 0.0193 Amasra İstasyonu 0.0064 0.0064 0.0056 0.0056 İğneada İstasyonu 0.0171 0.0171 0.0091 0.0091 Sinop İstasyonu 0.0048 0.0048 0.0023 0.0023 KARADENİZ Sinop-R İstasyonu 0.0054 0.0054 0.002 0.002 Şile İstasyonu 0.0135 0.0135 0.0071 0.0071 Trabzon İstasyonu 0.0181 0.0181 0.0083 0.0083 Erdek İstasyonu 0.0038 0.0038 0.0108 0.0108 MARMARA İstanbul İstasyonu 0.0089 0.0089 0.008 0.008 Denizi Marmara Ereğlisi İstasyonu 0.0048 0.0048 0.0098 0.0098 Yalova İstasyonu 0.0087 0.0087 0.0101 0.0101

9. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu

SONUÇLAR Bu çalışmada Türkiye denizlerinde HGM tarafından 20 farklı mareograf istasyonunda yapılan su seviyesi ölçümleri, IOS ve Admiralty yöntemleri kullanılarak çalıştırılan sayısal model sonuçlarından gel-git’e ait dört ana bileşen verilmiştir. Her ne kadar mikro gel-git düzeyinde gel-git değişimleri belirlenmiş olsa da liman planlamasında, kıyı ve deniz yapılarının tasarımında, kıyı alanlarındaki kıyı morfolojisinin belirlenmesinde, kıyı taşkınlarında, metoşinografik çalışmalarda, tarama çalışmalarında, dalga aşmasında bu değişimlerin bilinmesi gerekmektedir. Denizlerimizdeki gel-git’in periyodunun Erdek, Marmara Ereğlisi ve Yalova istasyonları dışında yarı-günlük olduğu belirlenmiştir.

TEŞEKKÜR Su seviyesi ölçüm verilerini temin ettiğimiz Harita Genel Müdürlüğü’ne teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR Andersen, O. B., (1995), Global ocean tides from ERS 1 and TOPEX/POSEIDON altimetry, J. of Geophys. Res., 100, C12, p. 25249-25260. DHI, (2008), “MIKE Zero Toolboxes” Simav, Ö. ve Şeker, D.Z., (2013). “Kıyı Etkilenebilirlik Göstergesi İle Türkiye Kıyıları Risk Alanlarının Tespiti”, TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi, 11-13 Kasım 2013, Ankara TUDES, Harita Genel Komutanlığı, WEB Site. Yüksel, Y. ve Çevik, E., (2016), “Kıyı Mühendisliği”, 2. Baskı, BETA Yayınevi, İstanbul