Türkiye Denizlerinde Su Seviyesi Değişimi Water
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
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 60 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. 61 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) 62 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