Türk Mühendislik Araştırma ve Eğitimi Dergisi, vol.4, no.1, pp.102-114, 2025 (Peer-Reviewed Journal)
Wind-generated waves are among the primary environmental factors in the design and functionality of coastal structures. In addition to exerting determining forces on the structural design of coastal facilities, their irregular and asymmetric characteristics can mobilize sediment on the seabed, leading to adverse effects such as sedimentation and seabed erosion (scour), which in turn can reduce the functionality of coastal infrastructure. In this study, numerical modeling was conducted to determine offshore and nearshore extreme wave conditions in order to provide a basis for the design and analysis of planned or existing coastal and marine structures in İzmit Bay. To reflect more recent conditions, wind climate analyses were performed using 25 years of hourly wind data from 1999 to 2023. Based on these anlyses, the 100-year return period extreme wind speed was determined to be 31.0 m/s from the north-northeast direction using the Gumbel distribution. These data, together with waves approaching from the west through the Sea of Marmara, were used to calculate design parameters such as the significant offshore wave height (𝐻𝑠 = 4.43 m) and peak wave period (𝑇 𝑝 = 6.7 s) that may occur in İzmit Bay. The results obtained show good agreement with detailed
Wind-generated waves are among the primary environmental factors in the design and functionality of coastal structures. In addition to exerting determining forces on the structural design of coastal facilities, their irregular and asymmetric characteristics can mobilize sediment on the seabed, leading to adverse effects such as sedimentation and seabed erosion (scour), which in turn can reduce the functionality of coastal infrastructure. In this study, numerical modeling was conducted to determine offshore and nearshore extreme wave conditions in order to provide a basis for the design and analysis of planned or existing coastal and marine structures in İzmit Bay. To reflect more recent conditions, wind climate analyses were performed using 25 years of hourly wind data from 1999 to 2023. Based on these analyses, the 100-year return period extreme wind speed was determined to be 31.0 m/s from the north-northeast direction using the Gumbel distribution. These data, together with waves approaching from the west through the Sea of Marmara, were used to calculate design parameters such as the significant offshore wave height (H_s=4.43 m) and peak wave period (T_p=6.7 s) that may occur in İzmit Bay. The results obtained show good agreement with detailed analysis results from applied projects. Wave transformation modeling was conducted using a Gulf model supported by digital bathymetry data, considering nine different directions to determine nearshore wave characteristics. As expected, waves from the west were found to be the most effective within the bay. In contrast, waves from the east were observed to have lower energy due to their limited fetch distance. It is concluded that the spatial distribution findings presented in the study will provide a useful foundation for practitioners involved in the design and analysis of coastal structures in İzmit Bay.
Rüzgâr dalgaları kıyı yapılarının tasarımı ve işlevselliği açısından en başta gelen çevresel faktörlerdir. Kıyı yapılarının yapısal tasarımlarında belirleyici kuvvetleri ortaya çıkarmalarının yanında, özellikle düzensiz ve asimetrik yapıları nedeniyle deniz tabanındaki katı maddeyi hareketlendirerek kumlanma ve taban aşınması gibi olumsuzluklara neden olarak kıyı tesislerinin işlevselliklerinin azalmasına yol açabilmektedirler. Bu çalışmada İzmit Körfezi’nde planlanan veya mevcut kıyı ve deniz yapılarının tasarım ve analizine taban oluşturması amacıyla, açık deniz ve yakın kıyı ekstrem dalga koşullarının belirlenmesine yönelik sayısal modelleme yapılmıştır. Çalışmada ayrıntılarının tartışıldığı üzere, küresel iklim değişikliği nedeniyle şiddetlenmekte olan rüzgâr ve dalga ikliminde güncel durumu yansıtabilmek amacıyla 1999-2023 yılları arasındaki 25 yıllık saatlik rüzgâr verileri kullanılarak yapılan rüzgâr iklimi analizleri sonucunda, Gumbel dağılımı ile belirlenen 100 yıl dönüş aralıklı ekstrem rüzgâr hızı kuzey-kuzeydoğu yönünden 31,0 m/s olarak elde edilmiştir. Bu veriler, Marmara Denizi’nden gelen batı yönlü dalgalarla birlikte İzmit Körfezi’nde oluşabilecek açık deniz belirgin dalga yüksekliği (H_s=4,43 m) ve pik dalga periyodu (T_p = 6,7 s) gibi tasarım parametrelerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar uygulama projeleri için yapılan ayrıntılı analiz sonuçları ile iyi bir uyum içindedir. Hazırlanan dijital batimetri verileriyle desteklenen Körfez modeli ile dokuz farklı yön için yapılan modellemelerle yakın kıyı dalga özelliklerini belirleyen dalga dönüşümü (transformasyonu) gerçekleştirilerek, beklenebileceği üzere batı yönlü dalgaların körfezde en etkili dalgalar olduğu ortaya koyulmuştur. Buna karşın doğu yönlü dalgaların, sınırlı feç mesafesi nedeniyle daha düşük enerjiye sahip olacağı görülmüştür. Çalışmada alansal dağılım olarak sunulan bulguların İzmit Körfezi’nde yapılacak kıyı yapıları tasarım ve analizleri için uygulamacılara bir altlık oluşturma noktasında faydalı olacağı değerlendirilmiştir.