Modeling of Wind and Wave Climate: Gökçeada Case

Öz

Numerical modeling of wind and wave climate is the first step for the solutions of the coastal engineering problems. Determination of wind and wave climate has a primary role to understand the hydrodynamics of the coastal zone and plan of the coastal zone management. If the data sets are not based on the long terms and reliable, the designs cannot be reliable. The reliability of the wind data has the important priority to be able to have the optimum solution of the designs economically and technically. The HYDROTAM-3D, which is geographic information system (GIS) and cloud computing based, three dimensional hydrodynamic, turbulence and transport model, has been applied to Gökçeada coastal waters. HYDROTAM-3D is a model, that solves so many problems of coastal engineering. It has hydrodynamic, wave propagation, transport, water quality, turbulence, wind and wave climate, coastal sediment submodules. Gökçeada is the biggest island of Turkey, which is located in the Aegean Sea. Wind data of the meteorological station in Gökçeada and ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecasts) wind data are used for the wind climate modeling in the HYDROTAM-3D. The predictions of the wind climate based on two different wind data are compared. Wind rose, maximum wind speeds depending on months, years and directions based on the long-term wind statistics for the Gökçeada coastal region are presented. For the prediction of the wave climate, ECMWF wind data has been used. WAM model and CEM model are applied and compared for the wave predictions. WAM model and CEM model are used a numerical method and an empirical method, which are based on long term statistics, respectively. The graph of significant wave height vs. wave period, monthly average and extreme significant wave heights, yearly and monthly wave roses are presented based on the predictions of the two wave models. The predictions of wind and wave climates for the Gökçeada coastal region can be used for the design of the coastal structures, solving of coastal engineering problems, determination of the potential of wind and wave energy, planning of coastal zone management of the state agencies for this region.

Anahtar Kelimeler

• Wind climate,Wave climate,HYDROTAM-3D,WAM model,CEM model,Modeling

Rüzgar ve Dalga İkliminin Modellenmesi: Gökçeada Örneği

Öz

Rüzgar ve dalga iklimlerinin modellenmesi, kıyı mühendisliği problemlerinin çözümünün ilk adımıdır. Kıyı bölgesinin hidrodinamiğinin anlaşılmasında, kıyı yönetiminin planlanmasında öncelikle rüzgar ve dalga iklimlerin belirlenmesi gereklidir. Rüzgâr ve dalga kaynakları uzun dönem verilere dayalı ve güvenilir olmaz ise yapılacak tasarımlar da güvenilir olamaz. Kullanılan rüzgar verilerinin güvenirliliği, ekonomik ve teknik yönden optimum tasarım yapabilmek için önemli bir önceliktir. Coğrafi bilgi sistemi (CIS) ve bulut hesaplama tabanlı HYDROTAM-3D, üç boyutlu hidrodinamik, türbülans ve taşınım modelidir. HYDROTAM-3D modeli hidrodinamik, dalga ilerlemesi, taşınım, su kalitesi, türbülans, rüzgar ve dalga iklimleri, kıyısal sediman alt modelleri olan, kıyı mühendisliğinin birçok problemine cevap veren bir modeldir. Bu çalışmada Gökçeada’ya uygulanmıştır. Ege Denizi’nde yer alan Gökçeada, Türkiye’nin en büyük adasıdır. Rüzgar verileri olarak Gökçeada Meteoroloji İstasyonu ve ECMWF (Avrupa Orta Vadeli Tahminler Merkezi) verileri, rüzgar ikliminin HYDROTAM-3D ile modellenmesinde kullanılmıştır. İki farklı veri setinden elde edilen rüzgâr iklimi tahminleri karşılaştırılmıştır. Uzun dönem rüzgar istatistiklerine dayanılarak Gökçeada denizel alanı için rüzgar gülü; aylara, yıllara ve yönlere göre maksimum rüzgar hızları sunulmuştur. Dalga iklimi için, ECMWF verileri kullanılmıştır. Dalga tahminlerinde WAM modeli ve CEM modeli uygulanmış ve tahminler karşılaştırılmıştır. Uygulanan WAM modeli sayısal bir model iken, CEM modeli amprik bir modeldir ve her ikisi de uzun dönem istatistiğine dayanmaktadır. Her iki dalga modelinim tahminlerine göre belirgin dalga yüksekliği ile dalga periyodu grafiği, aylık ortalama ve en uç değer belirgin dalga yükseklikleri, yıllık ve mevsimlik dalga gülü sunulmuştur. Gökçeada denizel alanı için elde edilen rüzgâr ve dalga iklimi tahminleri bölgedeki kıyı yapılarının tasarımında, kıyı mühendisliği problemlerinin çözümünde, kıyı bölgesinin rüzgâr ve dalga enerjisi potansiyellerinin belirlenmesinde, kamu kurumlarının kıyı alanları yönetimi planlamalarında kullanılabilecektir.

Anahtar Kelimeler

• Rüzgar iklimi,Dalga iklimi,HYDROTAM-3D,WAM modeli,CEM modeli,Modelleme

Kaynakça

1. Buyruk, T., (2019), Türkiye Kıyılarındaki Rüzgâr ve Dalga İklimi ile Enerji Potansiyelinin CBS Tabanlı Elektronik Atlası, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
2. Al-Sammarraie K., .(2019), A Comparative Study on the Wave Climate of Southern Aegean Coastline of Turkey., MSc Thesis, Atılım University, Institute of Science and Technology, Ankara, Turkey, 2019.
3. Gökçeada Tanıtım web sitesi, (2019), www.gokceada17.com/taltkat/gokceada-hakkinda-genel-bilgi_1.
4. Googlemaps, (2019), https://www.google.com/maps/place/G%C3%B6k%C3%A7eada%2F%C3%87anakkale/@39.7669856,25.9396144,8.77z/data=!4m5!3m4!1s0x14b02d44bc69c92b:0xd4fbaaf8fe8a67f7!8m2!3d40.1621148!4d25.8285153
5. HYDROTAM-3D, (2019), 3-D Hydrodynamic Transport Model website, http://hydrotam.com.2019
6. Yılmaz, N., (2018), Modeling of wind climate, wave climate and current pattern in Samsun Bay coastal waters, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33(1), 279-297.
7. Fidanoğlu Yıldırım, P. İnan, A., Balas, L., Yılmaz, N., Cebe, K., (2017), The need for the integration of land use planning and water quality modelling in the case of Fethiye Bay, Journal of Polytechnic, 20 (2), 427-435.
8. Cebe, K., Balas, L., (2016), Water quality modelling in Kaş Bay, Applied Mathematical Modelling, 40 (3), 1887-1913.