Termal Deşarjların Deniz Ortamında 3 Boyutlu Hidrotermal Modellemesi ve Çevresel Etkileri

Yıl 2023, Cilt: 24 Sayı: 1, 33 - 46, 02.06.2023

Olgay Şen , Şehriban Saçu , Elif Zeynep Deneri , Tarkan Erdik , İzzet Öztürk

Öz

Deniz kıyısında veya körfezde kurulmuş Termik Santrallerde soğutma suyu genellikle açık devre sistemlerle veya tek geçişli deniz suyu ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada, açık devre deniz suyu soğutmalı termik santrallerde açığa çıkan termal deşarjların deniz ortamına verilmesi ile ilgili mevzuat ile karışım bölgesi ve uzak alan seyrelme/taşınımı değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, İzmit Körfezi Dilderesi (Dilovası) mevkiinde kurulu hipotetik bir Termik Santral termal deşarjının, Delft 3D Hidrodinamik ve Hidrotermal Modellemesi yapılarak termal deşarj bulutunun yakın ve uzak alandaki soğuması ile taşınımı araştırılmıştır. Hipotetik bir termal deşarjın yol açacağı sıcaklık artışının ve etki alanının belirlenmesi amacıyla, İzmit Körfezi’nin tamamını kapsayan geniş bir alan için yatayda eğrisel, düşeyde ise Z-model tipinde bir hesap ağında modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Model sonuçlarına göre, termik santralden verilen deşarj sonucu oluşan termal bulutun kış döneminde daha fazla yayılım gösterdiği görülmüştür. Termal deşarjın yapıldığı noktadan itibaren 75 m, 150 m ve 300 m uzaklıktaki oluşan sıcaklık artışı en fazla 75 m mesafede olmaktadır; burada kış döneminde yüzey sıcaklık artışı 2,5 °C’nin üzerine çıkarken yaz döneminde ise 1,0 °C’nin altında kalmaktadır. Bu değerler 6 m derinlikte sırasıyla 1,0 °C ve 0,5 °C’nin altına düşmektedir. Deşarjdan 150 m sonra ise, seyrelmenin artmasıyla kış ve yaz döneminde sıcaklık artışı sırasıyla yaklaşık 1,5 °C ve 0,5 °C değerlerine düşmektedir. Derinde ise (6 m) bu artış yüzeye oranla daha az olmaktadır. Deşarjın 300 m ilerisinde kışın sıcaklık artışı yaklaşık 0,5 °C değerine düşerken yaz döneminde ise yaklaşık 0,25 °C gibi olukça düşük bir değere ulaşmaktadır. Yapılan çalışmada, santralden verilen termal deşarjın etkisinin yaklaşık 1 km sonra sönümlendiği ve Körfez genelinde kayda değer bir sıcaklık artışına yol açmadığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

termal deşarj, karışım bölgesi, Hidrodinamik Modelleme, Hidrotermal Modelleme

Teşekkür

Dilderesi mansabında yapılan alıcı ortam (deniz) izleme verilerini paylaşan Çolakoğlu Metalurji A.Ş.’ye teşekkür ederiz.

Kaynakça

• Bamber, R. N. & R. M. H. Seaby (2004). The effects of power station entrainment passage on three species of marine planktonic crustacean, Acartia tonsa (Copepoda), Crangon crangon (Decapoda) and Homarus gammarus (Decapoda). Marine Environmental Research 57, 281–294.
• Bamber, R.N., (1993). The ecology of Thorpeness in relation to Sizewell power stations. Report to Nuclear Electric by Fawley Aquatic Research Laboratories, Fawley, Southampton, UK, p. 16.
• Bermúdez, M., Cea, L., Puertas, J., Rodríguez, N., & Baztán, J. (2018). Numerical modeling of the impact of a pumped-storage hydroelectric power plant on the reservoirs’ thermal stratification structure: a case study in NW Spain. Environmental Modeling & Assessment, 23, 71-85.
• Bleninger, T. & G. H. Jirka (2011). Mixing zone regulation for effluent discharges into EU waters, Water Management, 164, 387, 396.
• Briand, F. J. P. (1975). Effects of power-plant cooling system on marine phytoplankton. Marine Biology (33), 135-146.
• Choi, K-H., Y. O. Kim, J. B. Lee, S. Y. Wang, M. W. Lee, P. G. Lee, D. S. Ahn, J. S. Hong, H. Y. Soh (2012). Thermal impacts of a coal power plant on the plankton in an open coastal water environment. Journal of Marine Science and Technology, 20(2), 187-194.
• Çeçen, C., (1975). İçme Suyu Mühendisliği. İstanbul Sular İdaresi Yayımı.
• Davies, R., L. Jensen (1975). Zooplankton Entrainment at Tree Mid-Atlantic Power Plants. Journal of Water Pollution (47), 2130-2142.
• Davis, M.H. & J. Coughlan (1992). The Farl chlorine dissipation model: a working manual, Report to Nuclear Electric by Fawley Aquatic Research Ltd., Fawley, Southampton, UK, p. 32.
• Davis, M.H. (1993). Accumulation of halogenated compounds by mussels exposed to chlorination, Report to Nuclear Electric by Fawley Aquatic Research Laboratories, Fawley, Southampton, UK, p. 32.
• Di Pippo, F., Di Gregorio, L., Congestri, R., Tandoi V., and Rossetti, S. (2018). Biofilm growth and control in cooling water industrial systems, FEMS Microbiology Ecology, 94.
• Deltares. (2014). User Manual Delft3D-Flow.
• Dunstall, T. (1985). Effects on entrainment on phytoplankton primary production at four thermal electric generating stations on the laurentian great lakes. Int. revue ges. hydobiol (70), 247-257.
• Durán-Colmenares, A., Barrios-Piña, H., & Ramírez-León, H. (2016). Numerical modeling of water thermal plumes emitted by thermal power plants. Water, 8(11), 482.
• Elliott, M., N. Cutts, J. Allen, N. Proctor (1998). Sizewell B offshore marine survey. Report to Nuclear Electric Ltd. by Institute of Estuarine and Coastal Studies, University of Hull, UK (i–v), pp. 1–144.
• Jenner, H.A., C. J. L. Taylor, M. van Donk, M. Khalanski (1997). Chlorination by-products in chlorinated cooling water of some European coastal power stations. Marine Environmental Research 43 (4), 279–293.
• Jirka, G. H. & D. R. F. Harleman (1975). Thermal Pollution Analysis. Buoyant Jets in Confined Suuroundings, 71–85.
• Laguna-Zarate, L., Barrios-Piña, H., Ramírez-León, H., García-Díaz, R., & Becerril-Piña, R. (2021). Analysis of Thermal Plume Dispersion into the Sea by Remote Sensing and Numerical Modeling. Journal of Marine Science and Engineering, 9(12), 1437.
• Lewis, B.G. (1984). Effects of continuous chlorination on mussels and validation of preliminary model, Central Electricity Generating Board Internal Report, Leatherhead, UK, p. 43.
• Morelissen, R., Vlijm, R., Hwang, I., Doneker, R. L., & Ramachandran, A. S. (2016). Hydrodynamic modelling of large-scale cooling water outfalls with a dynamically coupled near-field–far-field modelling system. Journal of Applied Water Engineering and Research, 4(2), 138-151.
• Moss Landing Marine Laboratories. (2006). Ecological Effects of the Moss Landing Powerplant Thermal Discharge.
• Müftüoğlu, A. E. (2008). Marmara Denizi Haliç ve Körfezlerinin Hidrodinamik Yapısı. Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü, İstanbul Üniversitesi. Doktora Tezi.
• Öztürk, İ. (2022). Deniz Deşarjı Tesisleri Tasarımı, Atıksu, Termal ve Tuzlu Su Deşarjları, İTÜ Yayınevi. ISBN: 978-975-6455-50-0
• Öztürk, İ., Sarıkaya, H.Z., Aydın, A.F., Demir, İ. (1995). A simplified model for thermal discharges, Water Sci. Tech. 32(2), pp. 183-191.
• Öztürk, İ., Sarıkaya, H.Z., Aydın, A.F., Yüksel, E., Ökten, Eser Ökten, H. (2000). Environmental impact assessment of thermal discharges in Turkey, Marine Waste Water Discharges, Genova, Italy.
• Råman Vinnå, L., Wüest, A., & Bouffard, D. (2017). Physical effects of thermal pollution in lakes. Water Resources Research, 53(5), 3968-3987.
• Sana, A. (2015). Hydrodynamic and thermal dispersion modelling of the effluent in a coastal channel. Recent Progress in Desalination, Environmental and Marine Outfall Systems, 269-283.
• Stolzenbach, K. D. & D. R. Harleman (1971). An Analytical and Experimental Investigation of Surface Discharges of Heated Water. Water Pollution Control Research Series, Environmental Protection Agency, EPA/810/R-71/115
• Stolzenbach, K. D. & D. R. Harleman (1973). Three-dimensional heated surface jets. Water Resources Research, 9(1), 129–137. doi 10.1029/wr009i001p00129.
• Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (SKKY) (2004). Çevre ve Orman Bakanlığı, TC. Resmi Gazete, Tarih: 31.12.2004, Sayı: 25687.
• Sundaram, T. R. & S. J. Daugard (1974). Some considerations of engineering aspects of power plant discharges, Thermal pollution analysis : technical papers from the Thermal Pollution Analysis Conference.
• Şen, O., Saçu, Ş., Erdik, T., Öztürk, İ., & Stanev, E. V. (2022). Assessing the potential impacts of the Canal Istanbul on the physical oceanography of the Turkish Straits System. Continental Shelf Research, 240, 104723.
• T.C. Çevre Bakanlığı (2000). 17 Ağustos 1999 Depremi Sonrası İzmit Körfezi'nde Ölçme ve İzleme Programı, İzmit Körfezi'nin Oşinografisi Sonuç Raporu, Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü, İstanbul Üniversitesi
• Taylor, C. J. L. (2006). The effects of biological fouling control at coastal and estuarine power stations, Marine Pollution Bulletin 53, 30–48.
• Turnpenny, A. W. H. & C. J. L. Taylor (2000). An assessment of the effect of the Sizewell power stations on fish populations. Hydroe´cologie Applique´e 12 (1–2), 87–134.
• US EPA (US Environmental Protection Agency) (2006) National Recommended Water Quality Criteria: 2006. See http://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey¼P1003R9X.txt(accessed 18/02/2011).
• Ünlü, S., Alpar, B. (2004). Hydrocarbon balance of surface sediments in Izmit Bay (Marmara Sea) Turkey (İzmit Körfezi (Marmara Denizi) Yüzey sedimanlarının hidrokarbon dengesi), Bulletin of Enviromental Contamination and Toxicology, 73, s. 85-92.
• World Bank Group (1998). The Environmental Assessment Process, Pollution Prevention and Abatement Handbook 1998 Toward Cleaner Production.
• World Bank Group (2007). Environmental, Health, and Safety General Guidelines, International Finance Corporation.
• Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği (YSKY) (2015). Tarım ve Orman Bakanlığı, Resmî Gazete Tarihi: 30.11.2012 Resmî Gazete Sayısı: 28