HYDROTAM-3D Sediman Taşınım Modelleme

Geliştirilen kıyı boyu sediman taşınımı modeli, Türkiye kıyılarında rüzgar etkenli uzun dönem dalga istatistiğine dayanmaktadır. Seçilen denizel alanda, uzun dönem dalga istatistiğinden elde edilen dalgaların değişen dalga yükseklikleri aralıklarındaki oluşma olasılıkları da kıyı boyu sediman taşınımı modelinde dikkate alınmaktadır. Denizel alanda, net ve toplam (gross) kıyı boyu sediman taşınım miktarları (m3/yıl), dünyada en yaygın olarak kullanılan CERC metodu (CEM, 2006) ile hesaplanmaktadır.


Kıyı alanlarında, doğal ( iklim değişikliği gibi ) ya da yapay nedenler (kıyı yapıları gibi ) etkisiyle akıntı düzeni değişmekte, kıyı boyu ve kıyıya dik sediman taşınımı artmakta, bunun sonucunda kıyılarda erozyon (oyulma) ya da yığılma meydana gelmektedir.

Dünya nüfusunun yaklaşık üçte ikisinin yaşadığı, deniz ve kara arasındaki geçişi sağlayan kıyı alanları, ülkeler için sosyo-ekonomik olarak önemli yerlerdir. Bu alanlarda yer alan liman, iskele, barınak yerleri yada kıyı alanlarının korunması amacıyla yapılan dalga kıranlar, mahmuzlar, kıyı duvarları vb. yapılar, gelişmiş yada gelişmekte olan ülkelerde hızlı bir şekilde artış göstermektedir. Çoğunlukla yüksek maliyetli olan bu yapılar yapılırken, uygun kıyı alanlarının seçilmesi, çevreye en az zarar verecek şekilde tasarlanması, ekonominin gözetilmesi gibi hususlara dikkat edilmesi gerekmektedir. Kıyı alanlarında, doğal ( iklim değişikliği gibi ) yada yapay nedenler (kıyı yapıları gibi ) etkisiyle akıntı düzeni değişmekte, kıyı boyu ve kıyıya dik sediment taşınımı artmakta, bunun sonucunda kıyılarda erozyon (oyulma) yada yığılma meydana gelmektedir.

Kıyı boyu sediment taşınımının temel etkeni dalga kırılması ile oluşan akıntılardır. Dalga etkenli akıntıların benzeştirilebilmesi için dalga ilerlemesi (transformasyonu) çalışması yapılmalıdır. Dalga ilerlemesi çalışması temel olarak, derin denizde rüzgar etkisiyle oluşan dalgaların derin denizden sığ denize doğru ilerlerken uğradıkları sapma, dönme, sığlaşma, yansıma ve kırılma olaylarını içermektedir. Sediment taşınımının başarı ile benzeştirilebilmesi dalga etkisiyle oluşan akıntı düzenin, dalga etkisiyle oluşan akıntı düzeni de dalga transformasyonun başarı ile benzeştirilebilmesine bağlıdır. Dalgalar, açık kıyılardaki, katı madde taşınımını kontrol eden ve kıyı morfolojisini belirleyen ana unsurdur. Bu nedenle katı madde taşınımının incelenebilmesi için dalgalar iyi anlaşılmalı ve sediment taşınımı çalışması yapılabilmesi için de proje bölgesinin dalga iklimi belirlenmelidir.

Sediment taşınımı modellemesi aşağıdaki çalışmaları içerir;
- Dalga İkliminin belirlenmesi
- Dalga transformasyon çalışması (sapma, dönme, sığlaşma, yansıma ve kırılma olayları) yapılarak rüzgar etkisiyle derin denizde oluşan dalgaların kıyıya taşınması ve kıyı bölgesinde dalga yüksekliklerinin, dalga yaklaşım açılarının, gerilme akısı dağılımların belirlenmesi
- Dalga etkisiyle oluşan akıntı düzenin belirlenmesi
- Dalga etkisiyle oluşan akıntılarla sediment taşınım yönü ve taşınan madde miktarının belirlenmesi ve kıyı yapılarının bu taşınım üzerindeki etkilerinin araştırılması.

Kıyılar üzerinde oluşan değişikliklerin özellikle de zaman içerisinde gerçekleşen taşınım olaylarının, alansal ölçümlerle belirlenmesi veya fiziksel modellerle incelenmesi hem zor hem de pahalı çalışmalar gerektirmektedir. Her geçen gün gelişen ve kapasitesi artan bilgisayarlar ile kıyılardaki sediment hareketlerinin sayısal benzeşim modelleri kullanılarak modellenmesi ve bu sayede kıyı alanında uzun dönemler içerisinde meydana gelen değişimlerin (oyulma, yığılma) başarılı bir şekilde benzeştirilmesi sağlanabilmektedir.

Sediment taşınım modelleri, kıyısal alanlarda hidrodinamik sistemlerdeki sediment hareketinin anlaşılabilmesini ve benzeştirilmesini hedeflerler. Bir sediment taşınım modelinin sonuçları, sediment yığılması ve aşınması (erozyon) miktarlarını, sediment taşınım kıyıboyu yollarını ve şekillerini, kıyı yapıları ile etkileşimlerini içerir. Sediment taşınımı modellerinin büyük bir çoğunluğu, zamana göre değişen hidrodinamik ve sediment taşınımı eşitlikliklerini çözmektedirler.

Kıyısal alanlardaki sediment türlerinin, dane çaplarının ve taşınım mekanizmalarının farklılığından ötürü, sediment hareketini benzeştirmek üzere farklı matematiksel eşitlikler çözümlenmektedir. (Whitehouse et al. 2000). Kohezif ve kohezif olmayan sediment türlerinin hareketlerindeki farkılıklar, farklı eşitlikler ile incelenmektedir. Bu nedenle kum taşınımı ve çamur hareketi farklı modeller ile benzeştirilmektedir. Sediment taşınımı modellerinin büyük bir çoğunluğunda sayısal olarak çözümlenen temel eşitlikler aşağıdakileri içermektedir:

1) Kütlenin korumu denklemi: Akıntı hızı tahminlerini ve çeşitli sediment karakteristikleri kullanılarak, sediment derişimleri hesaplanır. Çözüm türbülans etkileri de içerilebilir (Li ve Davies, 2001).
2) Hareket denklemi: Akışkan-sediment karışımının hareket dengesi çözülerek, askıdaki maddelerin taşınıma olan etkileri incelenebilir.
3) Sediment taşınım denklemi: Sedimentin ortalama akıntıyla yatayda ve derinlik boyunca ilerlemesi, türbülans ile dağılımı ve çökelmesi çözümlenir.

Bu eşitlikler sayısal olarak çözümlenmeden önce, dane çapı, sediment yoğunluğu, kritik kesme gerilmesi, taban kesme gerilmesi, çökelme hızı gibi sediment özellikleri belirlenmelidir. Birçok sediment taşınımı modelleme çalışmaları, doğru sediment dağılımlarının ancak kıyı alanındaki tuzluluk dağılımını etkileyen nehir akışı, gelgit akıntıları, deniz tabanı bitki örtüsü, ve topografyanın doğru olarak belirlenmesi ile incelenebileceğini göstermiştir. Bu da kıyı alanındaki akıntı düzeninin doğruluğunun sediment taşınımı benzeştirmelerindeki önemini vurgulamaktadır.

Kıyısal alanlarda sediment taşınımı, sediment birikimi ve aşınması, sistemin hidrodinamiğini de etkiler. Yüksek miktarlardaki sediment birikimi gelgit akışını hızlandırıp akış düzenini değiştirebilir. Dinamik kıyı sistemleri için uygulanan modeller, kıyı tabanının zaman içerisinde morfolojik değişimine olanak verebilmelidir .

Normal dalga koşullarında, kıyı boyu sediment taşınımı, sedimentin kıyıya paralel kıyı boyu akıntılarıyla taşınması hareketidir. Sediment benzer şekilde kıyıya dik yönde de taşınır ve kıyı tabanının denge profilini belirler. Büyük dalgalar ve fırtına kabarmaları ile artan su düzeyi kıyı boyu ve kıyıya dik yöndeki sediment taşınımını hızlandırır. Doğada her iki taşınım aynı anda olabildiği halde, genelde basitleştirici yaklaşımlar ile mühendislik uygulamalarında, kıyı boyu ve kıyıya dik yöndeki sediment taşınımı ayrı ayrı modellenmektedir. Kıyı boyu sediment taşınımı modelleri yaklaşık olarak son 50 yıldır kullanılmaya başlanmıştır. Kıyıya dik yöndeki taşınım ise son 20 yıldır modellenmektedir. Kıyı boyu sediment taşınım modelleri, kıyıya dik yöndeki taşınım modellerinden daha fazla gelişmiş ve doğrulanmışlardır