ArticlePDF Available

Abstract

Iskenderun Bay is an important agriculturally, commercially, industrial and strategic region. It is at risk in terms of oil pollution because of oil facilities therefore emergency action plans should be prepared against the probable accidents. Accident scenarios should be prepared and oil pollution modeling is necessary. In this study, current pattern and pollution distribution for the fuel oil and gasoline pollutants in Iskenderun Bay were modeled using HIDROTAM 3,which is three dimensional hydrodynamic model.
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ.
Cilt 26, No 2, 471-478, 2011 Vol 26, No 2, 471-478, 2011
İSKENDERUN KÖRFEZİ’NDE
PETROL KİRLİLİĞİNİN MODELLENMESİ
Asu İNAN
İnşaat Mühendisliği Bölümü, Teknoloji Fakültesi, Gazi Üniversitesi, Teknikokullar- Ankara
asuinan@gazi.edu.tr
(Geliş/Received: 14.09.2010; Kabul/Accepted: 02.11.2010)
ÖZET
İskenderun Körfezi zirai, ticari, endüstriyel ve stratejik olarak önemli bir bölgedir. Körfez mevcut tesisleri ile
petrol kirliliği açısından risk taşımaktadır. Bu nedenle bölgede gerçekleşebilecek kaza olaylarında acil müdahale
eylemlerinin zamanında ve doğru bir biçimde uygulanması için acil müdahale planlarının hazırlanması
gerekmektedir. Acil müdahale planları için bölgede kaza senaryolarının hazırlanıp kirlilik modellemeleri
yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada üç boyutlu hidrodinamik bir model olan HİDROTAM- 3 kullanılarak
İskenderun Körfezi’nin akıntı düzeni; fuel oil ve benzin için kirlilik dağılımları benzeştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Petrol kirliliği, İskenderun Körfezi, sayısal modelleme
OIL POLLUTION MODELING IN ISKENDERUN BAY
ABSTRACT
Iskenderun Bay is an important agriculturally, commercially, industrial and strategic region. It is at risk in terms
of oil pollution because of oil facilities therefore emergency action plans should be prepared against the probable
accidents. Accident scenarios should be prepared and oil pollution modeling is necessary. In this study, current
pattern and pollution distribution for the fuel oil and gasoline pollutants in Iskenderun Bay were modeled using
HIDROTAM 3,which is three dimensional hydrodynamic model.
Keywords: Oil pollution, Iskenderun Bay, numerical modeling
1. GİRİŞ (INTRODUCTION)
Genellikle petrol ve petrol türevi kirleticilerin kıyısal
su alanlarındaki dağılımını fiziksel, kimyasal ve
biyolojik olaylar etkilemektedir. Bunlar: yayılma,
ilerleme, buharlaşma, çözünme, emülsiyon, foto-
oksitlenme, çökelme ve biyolojik bozunmadır.
Kimyasal ve biyolojik olaylar, petrol dökülmesinden
çok uzun bir zaman sonra meydana gelmektedir.
Kırılan dalgaların ve su derinliğinin yüzey
tabakalarındaki türbülansın etkisi altında petrol
kirlilik bulutu küçük parçalara bölünür ve daha sonra
su derinliği boyunca ve alansal olarak ilerleyerek
dağılır ve yayılır. Petrol parçacıkları su kolunu içinde
uzun süre kalabilir ve yüzey sularından daha
derindeki su tabakalarını da kirletebilir.
Yayılma, dağılma, buharlaşma, emülsiyon ve
çözünme petrol dökülmesini izleyen yakın bir süreçte,
oksidasyon, çökelme, biyolojik bozunma ise daha geç
bir süreçte meydana gelir. Zamanla petrol kirliliği
tabakasında oluşan değişimler bu olayların
benzeştirilmesi ile modellenebilir. Bu olaylar petrolün
türüne bağlıdır. Yok edilemeyen petrol türleri ham
petrol, fuel oils, ağır dizel yağı, ve rulman yağı. Yok
edilebilen petrol türleri gazolin, hafif dizel yağı ve
kerosendir [1]. Son yıllarda araştırıcılar artan
yoğunlukla petrol kirlilik bulutunun dağılım ve
yayılımını sayısal modeller ile benzeştirmektedirler.
Petrol dağılımı modelleme iki boyutlu ve üç boyutlu
olmaktadır. Modelin iki ya da üç boyutlu olması
petrolün denize döküldükten sonra izlediği süreçleri
farklı düzeylerde içermesine etkimektedir. Genel
olarak adveksiyon, difüzyon, buharlaşma ve kıyı
çizgisinde birikim gibi petrol tabakasının hareketini
yatayda etkileyen faktörler baskınsa iki boyutlu
modeller yeterli olabilirken, petrol taneciklerinin
şey hareketlerinin de incelenmesi gerektiğinde üç
boyutlu dağılım modellerinin kullanılmaları
gerekmektedir. Modelleme çalışmalarının bir
kısmında, dağılım modelleri hidrodinamik alt
modellerle birleştirilmiştir. Bu tür modeller, daha
fazla parametreyi içermekte ve daha hassas sonuçlar
A. İnan İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi
472 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011
vermektedirler. Chao vd. tarafından hem iki boyutlu
hem de üç boyutlu petrol dağılım modeli
geliştirmişlerdir [2, 3]. Sugioka vd. tarafından üç
boyutlu bir model geliştirilmiştir [4] Bu model,
hidrodinamik bir alt modelle birleştirilmiştir. Model,
farklı dalga yüksekliği ve periyotları için çalıştırılmış
ve değişen bu parametrelerin petrol dağılımına olan
etkileri irdelenmiştir. Wang vd. iki boyutlu bir modeli
üç boyutlu hale getirmişlerdir [5]. Geliştirilen model
petrolün denize döküldükten sonra geçirdiği
adveksiyon, yüzey dağılması, buharlaşma, çözünme,
türbülans difüzyonu, parçacıkların kıyı ile etkileşimi,
sedimantasyon, petrol viskozitesinin ısıl değişimleri
gibi temel süreçlerin yanı sıra hidroliz,
fotooksidasyon ve biyodegradasyon gibi süreçleri
içermektedir. Modelde, Lagrange ayrık alan
algoritması temel alınmıştır. Bu yaklaşımda, denize
dökülen petrol miktarı çok sayıdaki küçük
parçacıklara ayrılmakta ve hareketleri zamanın
fonksiyonu olarak izlenmektedir. Nakata vd.
tarafından farklı dalga yükseklikleri ve kıyı
çizgisindeki birikimin petrol tabakasının hareketine
olan etkisinin incelendiği üç boyutlu bir dağılım
modeli geliştirilmiştir [6]. Elhakeem vd. nin
geliştirdikleri model petrol tabakasının yerçekiminden
kaynaklanan hareket merkezini belirleyebilmekte,
ancak sabit bir yayılma oranı dikkate aldığı için
sudaki petrole ilişkin bağıl yoğunluk ve kinematik
viskozite değişikliklerini belirleyememektedir. Model
çevresel koşulları gerçeğe yakın bir biçimde veri
olarak kullanabilmesi özelliğinden dolayı gözlenen
değerlerle uyumlu sonuçlar verebilmektedir [7, 8].
Bu çalışmada, üç boyutlu (3-D) bir model olan
HIDROTAM kullanılarak İskenderun Körfezi’nde
meydana gelebilecek petrol kirliliği dağılımı
irdelenmiştir. İskenderun Körfezi Doğu Akdeniz’in
kuzeydoğusunda yer almaktadır. Körfezin doğu kıyısı
boyunca yaklaşık 350000 nüfus yaşamaktadır.
Bölgede verimli tarım arazileri, endüstriyel tesisler
(demir-çelik fabrikası, LPG tesisleri, petrol transfer
dokları vs.) mevcuttur. Bu nedenle zirai, endüstriyel
ve belediyeye ait atıklar dolaylı ve dolaysız olarak
körfezi kirlemektedirler [9].
2. SAYISAL MODEL (NUMERICAL MODEL)
Bu çalışmada, hidrodinamik, türbülans ve taşınım (su
sıcaklığı ve tuzluluğunun taşınımı, kirletici taşınımı
ve askı maddesi taşınımı) alt modellerini içeren
HİDROTAM-3 (Üç Boyutlu Hidrodinamik Taşınım
Modeli) kullanılarak, üç boyutlu rüzgar etkenli akıntı
düzeni ve uzak alan kirletici dağılımları belirlenmiştir
[10, 11]. Geliştirilen petrol tabakası hareketi modeli
için en önemli parametreler, petrol tipi, dökülen petrol
miktarı ve dökülme hızıdır. Harekete etki eden
çevresel temel etkenler ise rüzgar hızı ve yönü;
rüzgar, gelgit, yoğunluk farklılaşması etkenli deniz
alanı akıntı düzeni; hava ve su sıcaklıklarıdır. Petrol
tabakasının hareketinin doğru olarak tahmin edilmesi,
büyük oranda deniz alanındaki akıntı düzenin ve
türbülanslı taşınım olaylarının doğru olarak
benzeştirilmesine ve su derinliklerinin değişiminin
doğru detaylandırılmasına bağlıdır.
HİDROTAM-3’ün hidrodinamik alt modelinde
kullanılan tek basitleştirici yaklaşım, Boussinesq
yaklaşımı (yoğunluk farklarının yerçekimi kuvveti ile
çarpılmadıkça ihmal edilmesi) olup üç boyutlu
Navier-Stokes denklemleri sayısal olarak
çözülmektedir [10, 11]. Temel hidrodinamik
denklemler (1, 2, 3, 4) nolu eşitliklerde verilmektedir.
Süreklilik denklemi;
0=
+
+
z
w
y
v
x
u (1)
Yatayda birbirine dik konumdaki x ve y yönleri için
momentum denklemleri;
+
+
+
+
+
=
+
+
+
x
w
z
u
v
zx
v
y
u
v
y
x
u
v
xx
p
fv
z
u
w
y
u
v
x
u
u
t
u
zy
x
2
1
0
ρ
(2)
+
+
+
+
+
=
+
+
+
y
w
z
v
v
zy
v
v
y
y
u
x
v
v
xy
p
fu
z
v
w
y
v
v
x
v
u
t
v
zy
x
2
1
0
ρ
(3)
şeyde z yönü için momentum denklemi;
+
+
+
+
++
=
+
+
+
z
w
v
zz
v
y
w
v
y
z
u
x
w
v
x
gz
z
p
z
w
w
y
w
v
x
w
u
t
w
zy
x
2
1
0
ρ
(4)
Su yoğunluğu; sıcaklık, tuzluluk ve bunlara göre çok
az etkili olan basınç ile değişen bir değerdir. Deniz
suyunun ortalama yoğunluğu yaklaşık 1.0276 g/cm3
değerindedir. Yoğunluk hesabında, tuzluluk ve
sıcaklığın fonksiyonu olan eşitlikler kullanılmaktadır
[1]. Her bir noktadaki yoğunluk değerlerinin
bulunması için, o noktadaki sıcaklık ve tuzluluk
değerlerinin hesaplanması gerekmektedir. Bu değerler
için üç boyutlu taşınım-dağılım denklemi
çözülmektedir:
z
Q
D
z
+
y
Q
D
x
+
x
Q
D
x
=
z
Q
w+
y
Q
v+
x
Q
u+
t
Q
zyx
(5)
Su alanında bırakılan petrol kirliliğinin karışımı üç
boyutlu ilerleme-yayılma denklemi kullanılarak
incelenmektedir [1]:
İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi A. İnan
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011 473
CkS+
z
C
D
z
+
y
C
D
x
+
x
C
D
x
=
z
C
ww+
y
C
v+
x
C
u+
t
C
ps
z
yx
f
+
+
)(
(6)
Çökelme hızı aşağıdaki denklemle hesaplanmaktadır:
ww
ow
f
d
gw
υρ
ρρ
2
18
1
= (7)
Her bir hesap noktasında, yoğunluk (ρ) ve viskozite
(υ), petrol-su karışımındaki petrol oranına göre
tanımlanmaktadır:
ρ=Fowρo+(1Fow)ρw
(8)
υ=Fowυo+(1Fow)υw
(9)
Türbülans alt modelinde iki eşitlikli k-ε türbülans
modeli kullanılmaktadır. Türbülans modelindeki
kinetik enerji ve kinetik enerjinin sönümlenme hızı
için kullanılan denklemlerin detayları [1, 10, 11]
nolu referanslarda bulunmaktadır. Model için dört
farklı sınır koşulu vardır. Bunlar; serbest yüzey,
deniz tabanı, açık deniz ve kıyı sınır koşullarıdır.
Eşitlikler şaşırtmacalı sonlu farklar çözüm ağı
kullanılarak sayısal olarak çözülmektedir. Düşey
düzlemde Galerkin sonlu elemanlar metodu
kullanılmaktadır. Su derinliği taban topoğrafyasını
takip eden eşit sayıda katmana ayrılmaktadır. Çözüm
ağının her noktasında katman kalınlığının oradaki su
derinliğine oranı sabittir. Sonlu elemanlar yaklaşımı
izlenerek, hız değerleri, u, v, w; eddy viskoziteleri,
vx, vy, vz; sıcaklık, T; tuzluluk, S; kirletici
konsantrasyonu, C; türbülansın difüzyon katsayıları,
Dx, Dy, Dz; kinetik enerji, k; kinetik enerjinin dağılım
oranı,
ε
; basınç, p; su derinliği üzerindeki her
noktada düşeydeki çözüm ağı noktaları arasında
lineer şekil fonksiyonu kullanılarak sonlu değerlerin
terimleri cinsinden tekrar yazılmaktadır [10, 11].
3. İSKENDERUN KÖRFEZİ’NDE PETROL
KİRLİLİĞİ (OIL POLLUTION IN ISKENDERUN
BAY)
İskenderun Körfezi, Doğu Akdeniz’in kuzeydoğusunda
yer almakta olup, Anadolu ve Arap plakalarının
arasında bulunmaktadır ve büyük ölçekte tektonik
özellik taşımaktadır [12]. Şekil 1’de körfezin konumu
görülmektedir. Bölge zirai, ticari ve endüstriyel açıdan
büyük bir öneme sahiptir. Kerkük Yumurtalık ve Bakü
Ceyhan Tiflis gibi stratejik önemi büyük olan iki boru
hattının son durağıdır [9].
İskenderun Körfezi’nde Şekil 2’de gösterildiği gibi
demir-çelik fabrikası, LPG tesisleri, petrol transfer
dokları vs. bulunmaktadır. Bu nedenle bölgede kıyısal
kirlilik riski bulunmaktadır. Bu nedenle risklerin
önceden belirlenip, olası kazalar için kirlilik
senaryolarının acil müdahale planları kapsamında
hazırlanması gerekmektedir.
Şekil 1. İskenderun Körfezi’nin Konumu [13] (Location
of Iskenderun Bay)
Şekil 2. İskenderun Körfezi’ndeki tesisler [14]
(Facilities in the Iskenderun Bay)
Çalışma alanı için 36050' N– 35050' E noktasına ait
dalga verileri kullanılmıştır [15]. Şekil 3’te
İskenderun Körfezi yıllık dalga gülü gösterilmektedir.
Şekil 4’te aylık ortalama, en yüksek, en düşük ve
ortalama en büyük belirgin dalga yükseklikleri
gösterilmektedir. İskenderun Körfezinin son 20 yıllık
rüzgâr verileri incelendiğinde yörede hâkim yönün
SW Güney Batı olduğu görülmektedir. İskenderun ve
Karataş Meteoroloji istasyonlarının 1976- 1985 yılları
arasındaki 10 yıllık döneme ait saatlik ortalama rüzgâr
hızı ve yönü kullanılarak, fırtınaların İskenderun
Şekil 3. İskenderun Körfezi yıllık dalga gülü [15]
(Annual wave rose in Iskenderun Bay)
A. İnan İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi
474 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011
Körfezi’nde oluşturdukları dalga özellikleri Jonswap
dalga spektrumu ile belirlenmiştir [16].
Şekil 5’de bulunan regresyon doğrularından üstte olan
Karataş Meteoroloji İstasyonu’nun, altta bulunan ise
İskenderun Meteoroloji İstasyonu’nun saatlik
ortalama rüzgâr verileri kullanılarak elde edilmiştir.
Şekil 4. Aylık belirgin dalga yükseklikleri [16]
(Monthly significant wave heights)
Şekil 5. İskenderun Körfezi, Derin Deniz Uzun
Dönem Belirgin Dalga Yüksekliği olasılık dağılımı
(SW yönü) [16]
(Deep water long term significant wave heights in Iskenderun Bay)
SW yönünden 10 m/s kuvvet ile esen rüzgârın yüzey
sularını sürüklemesi etkisinde su tabanında ve su
yüzeyinde, 1 saat sonra oluşan akıntı düzenleri Şekil 6
ve Şekil 7’de verilmektedir. Model
benzeştirmelerinden SW Güney Batıdan 10 m/s hızla
esen rüzgâr etkisinde, rüzgârın esmeye başlamasından
1 saat sonra yüzeyde en çok 26 cm/s yüzey akıntı hızı,
tabanda ise en çok 5 cm/s akıntı olduğu
görülmektedir. Yüzey suları rüzgarın esme yönünde
sürüklenirken tabanda, rüzgarın esme yönüne ters
yönde bir akıntı düzeni oluşmaktadır.
Şekil 6. SW yönünden 10 m/s hızla esen rüzgârın su
yüzeyinde oluşturduğu akıntı düzeni
(Current pattern at water surface originating from the wind from
SW with the speed 10 m/s)
229000 230000 231000 232000 233000 23400 0 235000 236000 237000 238000
x (m)
4088000
4089000
4090000
4091000
y(m)
HIZ (cm/s)
0 1
Şekil 7. SW yönünden 10 m/s hızla esen rüzgârın su
tabanı yakınında oluşturduğu akıntı düzeni (Current
pattern on the sea bottom originating from the wind from SW with
the speed 10 m/s)
Dökülme benzeştirmeleri Ceyhan kıyı bölgesine
uygulanmıştır. Ceyhan 360- 370 kuzey enlemleri ve
350- 360 doğu boylamları arasında yer almaktadır.
HİDROTAM-3 modeli kullanılarak benzeştirilen
kirletici dağılımı senaryosunda, fuel oil ve benzin
kirletici türleri kullanılmıştır. Bölgedeki tesislerde
fuel oil ve benzin elleçlenmektedir, ayrıca fuel oil
gemi yakıtı olarak da kullanılmaktadır. Herhangi bir
kaza durumunda yapılacak acil müdahale karar
mekanizmasında kirleticinin özellikleri, döküntü yeri
ve hareket yönünün tespiti önem taşımaktadır. Bu
nedenle kirlilik dağılımı senaryolarının hazırlanmış
olması acil müdahale hızını ve temizlik çalışmalarının
etkinliğini arttırır, dolayısıyla maliyeti azaltır.
Fuel Oil
Başlangıçta dökülen 2500 m3 fuel oilin, SW yönünden
10 m/s hızla esen rüzgârın etkisiyle 1 saat, 4 saat ve 8
saat içindeki dağılımı Şekil 8, 9 ve 10 da
verilmektedir. 4 saat sonra dökülen 2500 m3 fuel oilin
%2 si, 8 saat sonra ise %5’i buharlaşma ve dağılma ile
yok olmaktadır.
Şekil 8. 2500 m3 fuel oil döküldüğünde 1 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 2500m3 fuel oil in 1 hour)
Şekil 9. 2500 m3 fuel oil döküldüğünde 4 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 2500m3 fuel oil in 4 hours)
İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi A. İnan
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011 475
Şekil 10. 2500 m3 fuel oil döküldüğünde 8 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 2500m3 fuel oil in 8 hours)
Başlangıçta dökülen 500 m3 fuel oilin, SW yönünden
10 m/s hızla esen rüzgârın etkisiyle 1 saat, 4 saat ve 8
saat içindeki dağılımı Şekil 11, 12 ve 13 de
verilmektedir.
Şekil 11. 500 m3 fuel oil döküldüğünde 1 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 500m3 fuel oil in 1 hour)
Şekil 12. 500 m3 fuel oil döküldüğünde 4 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 500m3 fuel oil in 4 hours)
Şekil 13. 500 m3 fuel oil döküldüğünde 8 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 500m3 fuel oil in 1 hour)
4 saat sonra dökülen 500 m3 fuel oilin %3 ü, 8 saat
sonra ise %8 i buharlaşma ve dağılma ile yok
olmaktadır.
Başlangıçta dökülen 50 m3 fuel oilin, SW yönünden
10 m/s hızla esen rüzgârın etkisiyle 1 saat, 4 saat ve 8
saat içindeki dağılımı Şekil 14, 15 ve 16’da
verilmektedir.
Şekil 14. 50 m3 fuel oil döküldüğünde 1 saat içindeki
dağılımı (Distribution of 50m3 fuel oil in 1 hour)
Şekil 15. 50 m3 fuel oil döküldüğünde 4 saat içindeki
dağılımı (Distribution of 50m3 fuel oil in 4 hours)
Şekil 16. 50 m3 fuel oil döküldüğünde 8 saat içindeki
dağılımı (Distribution of 50m3 fuel oil in 8 hours)
4 saat sonra dökülen 50 m3 fuel oilin %8’i, 8 saat sonra
ise %17’si buharlaşma ve dağılma ile yok olmaktadır.
Fuel oil dökülmesi olduğunda, sakin deniz koşullarında
skimmer ve bariyerlerle dökülen malzemenin önemli
bir kısmı toplanabilir. Akıntı ve rüzgâr yönüne bağlı
olarak yüzer bariyerlerle yayılmanın önü kesilerek
müdahale edilebilir.
Benzin
Başlangıçta dökülen 2500 m3 benzinin, SW yönünden
10 m/s hızla esen rüzgârın etkisiyle 1 saat ve 2 saat
içindeki dağılımı Şekil 17 ve 18’de verilmektedir. 1
saat sonra dökülen 2500 m3 benzinin % 36 sı, 2 saat
sonra ise % 83’ ü buharlaşma ve dağılma ile yok
olmaktadır. 3 saat içinde tamamı ile yok olmaktadır.
Şekil 17. 2500 m3 benzin döküldüğünde 1 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 2500m3 gasoline in 1 hour)
A. İnan İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi
476 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011
Şekil 18. 2500 m3 benzin döküldüğünde 2 saat
içindeki dağılımı (Distribution of 2500m3gasoline in 2 hours)
Başlangıçta dökülen 145 m3 benzinin, SW yönünden
10 m/s hızla esen rüzgârın etkisiyle 1 saat içindeki
dağılımı Şekil 19’da verilmektedir. 1 saat sonra
dökülen 145m3 benzinin %84’ü buharlaşma ve
dağılma ile yok olmaktadır. 2 saat içinde tamamı ile
yok olmaktadır.
Şekil 19. 145 m3 benzin döküldüğünde 1 saat içindeki
dağılımı (Distribution of 145m3 gasoline in 1 hour)
Tesislerde elleçlenen ürünlerden olan benzin, yüksek
uçuculuğu nedeniyle hızlı bir şekilde buharlaşır.
Buharlaşma sonucunda yanıcı ve parlayıcı gazlar
ortaya çıkar. Böyle bir dökülme durumunda benzinin
tamamen buharlaşmasına kadar geçen sürede her türlü
ateş kaynağının uzaklaştırılması gereklidir. Benzin
gibi uçucu kirleticilerin kısa sürede buharlaşma
sonucu yok olması nedeniyle kronik zararları yoktur,
ancak toksik etkileri dolayısıyla akut zarar
verebilirler.
4. SONUÇ (RESULT)
İskenderun Körfezi hem zirai, hem ticari hem
endüstriyel hem de stratejik açıdan büyük bir öneme
sahiptir. İskenderun Körfezi’ndeki limanlar, demir-
çelik fabrikası, LPG tesisleri, petrol transfer dokları
gibi tesislerin varlığı bölgedeki kazalara bağlı kıyısal
kirlilik riskini arttırmaktadır. Bu çalışmada üç boyutlu
hidrodinamik bir model olan HİDROTAM 3
kullanılarak bölgenin akıntı düzeni çıkarılmış; fuel oil
ve benzin kirleticilerinin farklı miktarlarda dökülmesi
durumunda dağılımları modellenmiştir. Ceyhan
kıyılarındaki dökülme sonucunda aynı rüzgâr ve
akıntı koşullarında fuel oil ve benzinin farklı
davranışlar gözlemlenmiştir. 2500 m3 lük fuel oil
dökülmesinden sekiz saat sonra kirleticinin
buharlaşma ve dağılma ile sadece % 5’ i yok olurken,
2500 m3 lük benzin dökülmesinden iki saat sonra
benzinin % 83’ü yok olmaktadır. Ayrıca fuel oil
döküldüğünde kirletici, 50 m3’lük gibi görece küçük
miktarlarda dahi Ceyhan Kıyısı’ndan Yumurtalık
Kıyısı’na kadar ilerlemektedir. Böylece kirliliğin
dağılım alanı da arttığından acil müdahale yapılması
gereken bölge de genişlemektedir. Tüm rüzgâr ve
akıntı koşulları da aynı olsa kirleticilerin fiziksel ve
kimyasal özellikleri dağılımlarını büyük ölçüde
etkilemektedir. Bu nedenle acil müdahale eylem
planları hazırlanırken bölgede iletimi yapılan farklı
kirleticilerin dağılımları farklı kaza senaryoları için
modellenmeli ve kullanılma miktarlarına göre risk
seviyeleri belirlenmelidir. Risklerin önceden
belirlenip, olası bir kaza anında yapılması gereken
acil müdahale için kirlilik dağılım senaryolarının
hazırlanması gerekmektedir. Dökülme anında kirletici
dağılımına müdahale edebilmek için yayılımın yönü
belirlenmelidir. Yayılımın yönüne göre kirliliğin
ulaşabileceği alanların belirlenmesi uygulanacak
müdahale yöntemleri açısından önemlidir, çünkü buna
bağlı olarak kirliliğin önlenme ve temizleme
stratejileri değişmektedir. Acil müdahale karar
aşamasında kirleticinin özelliklerinin, bölgedeki akıntı
yönünün, döküntü yeri ve hareket yönünün bilinmesi
kirliliğin önlenmesi ve temizlik stratejilerinin
belirlenmesinde önem kazanmaktadır.
TEŞEKKÜR (ACKNOWLEDGEMENT)
Bu çalışmada verilere ulaşmamda desteklerini
esirgemeyen T&T Deniz Temizliği ve Çevre
Teknolojileri Ltd.’ye teşekkür ederim.
SEMBOLLER (SYMBOLS)
ε
: Kinetik enerjinin dağılım oranı
C : Kirleticinin derişimi;
d : Ortalama petrol parçacık çapı;
Dx, Dy, Dz: x, y ve z yönlerindeki türbülansın difüzyon
katsayıları
f : Corriolis katsayısı;
Fow : Petrolün karışımdaki oranı
g : Yerçekimi ivmesi;
k : Kinetik enerji
kp : Kirleticinin yok olma hızı
p : Bası
Q : Su sıcaklığı (T) veya tuzluluğudur (S)
S : Tuzluluk
Ss : Kirletici kaynağı
T : Su sıcaklığı
u, v, w : Herhangi bir çözüm ağı noktasında x, y ve z
yönlerindeki hız bileşenleri
vx, vy, vz : x,y ve z yönlerindeki eddy viskozitesi
wf : Çökelme hızıdır
ρ : Yoğunluk
ρ(x,y,z,t) : Su yoğunluğunun zamana ve konuma göre
noktasal değeri
ρo : Petrol kirliliğinin yoğunluğu
ρw : Suyun yoğunluğu
υ : Viskozite
υw : Suyun kinematik viskozitesi
İskenderun Körfezi’nde Petrol Kirliliğinin Modellenmesi A. İnan
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 2, 2011 477
KAYNAKLAR (REFERENCES)
1. Balas, L., Balas, C.E., ‘Toros Tarım A. Ş.
Ceyhan Tesisi Acil Müdahale Planı Kirletici
Dağılmı Modellemesi’, Gazi Üniversitesi Deniz
Bilimleri Araştırma ve Uygulama Merkezi,
2008.
2. Chao, X., Shankar, N. J. and Cheong H. F.,
“Two- and three- dimensional oil spill model for
coastal waters”, Ocean Engineering, Cilt 28,
1557-1573, 2000.
3. Yapa, P. D., Shen, H. H. and Angammana, K. S.,
“Modelling oil spills in a river-lake system”,
Journal of Marine Systems, Cilt 4, 453-471,
1994.
4. Sugioka, S. I., Kojima, T., Nakata, K. and
Horiguchi, F., “A numerical simulation of an oil
spill in Tokyo bay”, Spill Science & Technology
Bulletin, Cilt 5, 51-61, 1999.
5. Wang, S. D., Shen, Y. M. Guo. and Tang, J.,
“Three-dimesional numerical simulation for
transport of oil spills in seas”, Ocean
Engineering, Cilt 35, 503-510, 2008.
6. Nakata, K., Sugioka, S. I. and Hosaka, T.,
“Hindcast of a Japan Sea oil spill”, Spill Science
& Technology Bulletin, Cilt 4, 219-229, 1997.
7. Elhakeem, A. A., Elshorbagy, W. and Chebbi, R.
“Oil spill simulation and validation in the
Arabian (Persian) Gulf with special reference to
the UAE Coast”, Water Air Soil Pollut, Cilt
184, 243-254, 2007.
8. Aydın, O., Kıyısal Sularda Petrol Kirliliğinin
Sayısal Modellemesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009
9. Cevik, U., Koz, B., Makarovska, Y., ‘Heavy
Metal analysis around Iskenderun Bay in
Turkey’, X-Ray Spectrom, Cilt 39, 202-207,
2010
10. Balas, L., Özhan, E., “An Implicit Three
Dimensional Numerical Model to Simulate
Transport Processes in Coastal Water Bodies”,
International Journal for Numerical Methods
in Fluids, Cilt 34, 307-339, 2000.
11. Balas, L., Özhan, E. “Applications of a 3-D
Numerical Model to Circulations in Coastal
Waters”, Coastal Engineering Journal, Cilt 43,
No 2, 99-120, 2001.
12. Garcia- Garcia, A., Orange, D.L., Maher, N.M.,
Heffernan, A.S., Fortier, G.S., Malone, A.,
‘Geophysical evidence for gas geohazards off
Iskenderun Bay, SE Turkey’, Marine and
Petroleum Geology, Cilt 21, 1255- 1264, 2004.
13. http://www.google.com.tr/imgres?imgurl=http://s
0.nerdennereye.com/images/harita/
14. http://www.cerrahogullari.com.tr/ports/ISKEND
ERUN%20BAY.htm
15. Ozhan, E., Abdalla, S., Türkiye Kıyıları için
Rüzgar ve Derin Deniz Dalga Atlası’, Kıyı
Alanları Yönetimi Türk Milli Komitesi,
Ankara, 2002.
16. Balas, C.E., Ergin, A., Balas, L.,
Küçükosmanoğlu, A., ‘Toros Tarım A. Ş. Ceyhan
Tesisi Acil Müdahale Planı Risk Analizi’, Gazi
Üniversitesi Deniz Bilimleri Araştırma ve
Uygulama Merkezi, 2008.
... Gemi kazaları sonucu denize yayılan petrolün hareketini tahmin etmek ve petrol tabakasının hareketine istinaden yapılacak etkin ve doğru müdahale çalışmaları ile çevresel risklerin en aza indirilmesi deniz ekosistemi açısından çok önemlidir [5]. Petrolün kaza sonucunda denize deşarjını takiben, petrol parçacıkları su kolonu içinde uzun süre kalabilir ve yüzey sularından daha derindeki su tabakalarını da kirletebilir [6]. Denizde petrolün bozunumu ve taşınımını; rüzgar ve akıntıdan dolayı adveksiyon, türbülans, eylemsizlik, viskoz ve yüzey gerilme kuvvetlerinden dolayı yatay yayılım, kütle transferi, bozunma prosesleri ve fizikokimyasal özelliklerde değişimlerden dolayı emülsiyonlaşma kontrol eder (Şekil 1) [7]. ...
... Mersin önlerinde petrol boru hatlarına yakın bir koordinat olarak belirlenmiştir. Şekil 3. İskenderun Körfezi'ndeki tesisler (Facilities in Iskenderun Bay) [6]. ...
... Source: NRDC (2004) The city of Iskenderun is one of the most polluted cities in Turkey in terms of air pollution (Chaudhary, 2003). As mentioned in the literature review (Chaudhary, 2003;İnan, 2011;Yilmaz and Sonmez, 2018), ship-borne air pollution problems are increasing every year and some measures should be taken immediately. The emission inventory of air pollutants in the Iskenderun region using the ISCST3 model was prepared by Chaudhary (2003). ...
Article
Full-text available
The Iskenderun Gulf is the main industrial and transportation region affected by the emissions emitted by its eight ports and industrial facilities. The air pollutants generated from vessels in the Iskenderun Gulf by using AIS data was created for the Iskenderun Gulf. In this study, total emissions from vessels were estimated as 2.551 t y–1 for NOx, 135.100 t y–1 for CO2, 968 t y–1 for SOx, 99 t y–1 for VOC, 139 t y–1 for PM based on ship activity-based method. Port emissions in the gulf may have negative effects on the health of a minimum of 32.364 people living 1 km from the port area including other city emissions (domestic heating, road traffic, and industry). The environmental cost of the port emissions was estimated as $82 million and $17.146 per ship call. This is the first study to estimate port emissions in the Iskenderun Gulf.
... Source: NRDC (2004) The city of Iskenderun is one of the most polluted cities in Turkey in terms of air pollution (Chaudhary, 2003). As mentioned in the literature review (Chaudhary, 2003;İnan, 2011;Yilmaz and Sonmez, 2018), ship-borne air pollution problems are increasing every year and some measures should be taken immediately. The emission inventory of air pollutants in the Iskenderun region using the ISCST3 model was prepared by Chaudhary (2003). ...
Article
Full-text available
The Iskenderun Gulf is the main industrial and transportation region affected by the emissions emitted by its eight ports and industrial facilities. The air pollutants generated from vessels in the Iskenderun Gulf by using AIS data was created for the Iskenderun Gulf. In this study, total emissions from vessels were estimated as 2.551 t y−1 for NOX, 135.100 t y−1 for CO2, 968 t y−1 for SOX, 99 t y−1 for VOC, 139 t y−1 for PM based on ship activity-based method. Port emissions in the gulf may have negative effects on the health of a minimum of 32.364 people living 1 km from the port area including other city emissions (domestic heating, road traffic, and industry). The environmental cost of the port emissions was estimated as $82 million and $17.146 per ship call. This is the first study to estimate port emissions in the Iskenderun Gulf.
... PAS, gerçekte çevre kirletici bir madde olmamasına karşın alıcı ortama salınması durumunda yüksek protein ve laktoz içeriğinden kaynaklı olarak "organik kirliliğe" sahiptir, dolayısıyla sakınca yaratmaktadır. Bu tip kirlilikler, alıcı ortam su kalitesi üzerinde çok fazla etkiye sahiptir [1][2][3][4]. PAS ve biyoteknolojik kullanımı üzerine yayımlanmış birçok teorik ve deneysel çalışma bulunmaktadır [5][6][7][8]. Peynir altı suyundan alkollü içecek üretiminde kullanılan kefirin gerçek endüstriyel koşullarda ve pilot ölçekte kirlenmeye dayanım gösterdiği bilinmektedir [9]. ...
... Boya üretiminde atık su temel olarak çeşitli organik ve inorganik bileşenlerin birbirleriyle temas ettiği karıştırıcıların, reaktörlerin, paketleme makinalarının ve zeminlerin temizlenme işlemleri sırasında meydana gelmektedir [1,2]. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylar kirleticilerin kıyısal su alanlarındaki dağılımını etkilemektedir [3]. Zehirli yapısı ve bileşenlerinin kararlılığı nedeniyle alıcı ortamlara deşarj edilmesi tehdit oluşturan atık suların önce kirlilik yükünü azaltmak ve askıda katıları, metal iyonlarını ve mikroorganizmaları uzaklaştırmak için etkili ve ekonomik bir arıtım yapılması gerekmektedir [4,5]. ...
Article
Full-text available
Sanayi faaliyetlerinden kaynaklanan atik sularin ve onlarin icerdikleri maddelerin dogrudan yeryuzu sularina, yeralti sularina ve topraga atilmasi sonucu olusan kirliligin onlenebilmesi acisindan uygun alici ortamlara aritilarak desarj edilmesi gerekir. Yapilan calismada kimyasal cokturme ve floklastirma yontemi ile su bazli boya atik suyunun aritimi gerceklestirilmistir. En uygun cokturucunun ve ortam pH’inin belirlenmesi amaciyla 0.17, 0.34, 0.51, 0.85, 1.19 g/L derisimlerinde MgCl 2 , FeCl 3 ve Al 2 (SO 4 ) 3 cokturuculeri ile pH 7, 8, 9, 10, 11, 12 degerlerinde kesikli deneyler gerceklestirilmistir. En uygun cokturme kosullari 25 o C sicaklik, pH 8, 0.68 g/L Al 2 (SO 4 ) 3 koagulant derisimi olarak belirlenmis ve absorbans, bulaniklik ve kimyasal oksijen ihtiyaci (KOI) giderimleri sirasiyla %93.55, %79.38, %22.30 olarak elde edilmistir. Su bazli boya atik suyunun pH’ini koagulasyon prosesi boyunca istenen set noktasinda sabit tutmak amaciyla bir adim ileri kontrol algoritmasi kullanilmistir. pH’in proses suresince 8 degerinde kontrol edilmesinin, kontrol edilmedigi duruma gore absorbans, bulaniklik ve KOI giderim verimlerini sirasiyla %3.36, %14.11, %54.08 arttirdigi gozlemlenmistir.
Article
Full-text available
The use of numerical modeling in oil spill incidents is a well established technique that has proven to provide cost-effective and reasonable estimates of oil surface drift. Good predictability of such models depends highly on the quality of the input data of the incident and on the model calibration effort. This paper presents the results of simulating oil spillage trajectory in the Arabian (Persian) Gulf. The study employed a 3-D rectilinear hydrodynamic model combined with oil spill model. Typical representative environmental conditions of the Arabian Gulf were first setup into a hydrodynamic circulation model using data from various sources. The performance of the hydrodynamic model was then tested against measurements of tidal fluctuation and sea currents at selected locations. The spill analysis model was setup using the flow field produced from the hydrodynamic simulation and its performance was further validated against documented events of Al-Ahmadi historical oil spill crisis in the Gulf. The comparison of the actual and simulated oil spill drift was found reasonably acceptable allowing for further application in risk assessment studies in UAE Coastal water and in the entire Arabian Gulf as well.
Article
A three dimensional baroclinic numerical model which consists of hydrodynamic, transport and turbulence model components, has been applied to two test cases, including: the wind induced flow in a laboratory basin and tidal flow in a model rectangular harbor. The agreement between the physical and numerical model results is highly encouraging. Model has been implemented to Ölüdeniz Lagoon located at the Mediterranean coast of Turkey to simulate tidal and wind driven currents. M2 tide is the dominant tidal constituent for the area. There exist some field measurements performed on water salinity, water temperature and current pattern in Ölüdeniz Lagoon. Even though measurements provide only some preliminary data for the site, favorable results have been obtained from the application of the model to a real coastal water body.
Article
High-resolution seafloor and sub-surface data were acquired as part of a site survey in Iskenderun Bay, SE Turkey to characterize the geohazards at the location of the proposed drilling site. A 3km×3km geophysical study reveals a pockmark field which trends NE and NNE, similar to the trend of major fault systems in the area. The pockmarks, with an average diameter of 35m, reach their highest density in the northern part of the detailed survey area, with 13features/km2. Acoustic anomalies in the seismic records (acoustic turbidity, blanking, enhanced reflectors) below the proposed drilling site indicated potential shallow gas beneath it. The local seismic anomalies (amplitude and frequency) parallel to stratigraphy were assigned a low gas risk. As a result of the active neotectonics in the area, the pockmark field presented a potential hazard for drilling at the original location. The geohazard study resulted in moving the proposed drilling site eastward to an area of fewer pockmarks, less sub-surface seismic anomalies, and thus a location interpreted as a lower geohazard environment.
Article
An oil spill model was applied to the Nakhodka tanker spill accident that occurred in the Japan Sea in January 1997. The amount of oil spilled was estimated to be around 5000 kl, released over 1 day. Under a 2-m wave height condition, and a 3.5% of drift factor, the model simulated the oil slick to hit the shoreline after 6 days. This was in good agreement with the observed conditions. After drifting to the shoreline, the oil slick moved northeastward with the current. In the model, the simulation where the shoreline absorbs 100% of stranded oil failed to reproduce the actual oil slick trajectory. The simulation in which oil resuspended after stranding indicated a similar trend to the actual case. Therefore, it is likely that a considerable amount of oil that hit the shoreline may have returned to the sea and moved with the current. The effects of current pattern and wind drift angle on the oil slick trajectory were also examined. It is suggested that the wind parameters were of prime importance in reproducing a realistic distribution.
Article
The heavy metal analysis around Iskenderun Bay in Turkey was carried out using mosses, soils, mussels, and sediments. This region is one of the most industrial areas of Turkey, including iron–steel plants, beverage, liquefied petroleum gas (LPG) plants, and oil transfer docks. Energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (Epsilon 5, PANalytical, Almelo, The Netherlands) was used to analyze all samples. V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, and Pb elements were observed in all samples studied. Although Ce was detected in some mosses and soils, Sn was detected only in some moss samples. Pb concentrations in the moss samples are higher than the soil, the mussel, and the sediment samples. This can be attributed to the mosses that absorb heavy metals such as Pb easily from the air. As the aim of this study was to analyze heavy metals, the evaluation of these elements with their potential hazards for ecology and humans is briefly discussed. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.
Article
An oil spill accident happened in Tokyo Bay on 2 July 1997. About 1500 m3 of crude oil was released on the sea surface from the Japanese tanker Diamond Grace. An oil spill model is applied to simulate the fate of spilled oil. The Lagrangian discrete-parcel method is used in the model. The model considers current advection, horizontal diffusion, mechanical spreading, evaporation, dissolution and entrainment in simulating the oil slick transformation. It can calculate the time evolution of the partition of spilled oil on the water surface, in the water column and the sedimentation on the bottom. A continuous source at constant rate is set up as a tanker off the coast of Yokohama. The grid size is 1 km in the calculation domain. The residual flow simulated by a 3-D hydraulic model and observed wind data are used for advection. The simulated distribution of oil spreading agrees well with observations from satellite remote-sensing.
Article
A three-dimensional baroclinic numerical model has been developed to compute water levels and water particle velocity distributions in coastal waters. The numerical model consists of hydrodynamic, transport and turbulence model components. In the hydrodynamic model component, the Navier–Stokes equations are solved with the hydrostatic pressure distribution assumption and the Boussinesq approximation. The transport model component consists of the pollutant transport model and the water temperature and salinity transport models. In this component, the three-dimensional convective diffusion equations are solved for each of the three quantities. In the turbulence model, a two-equation k–ϵ formulation is solved to calculate the kinetic energy of the turbulence and its rate of dissipation, which provides the variable vertical turbulent eddy viscosity. Horizontal eddy viscosities can be simulated by the Smagorinsky algebraic sub grid scale turbulence model. The solution method is a composite finite difference–finite element method. In the horizontal plane, finite difference approximations, and in the vertical plane, finite element shape functions are used. The governing equations are solved implicitly in the Cartesian co-ordinate system. The horizontal mesh sizes can be variable. To increase the vertical resolution, grid clustering can be applied. In the treatment of coastal land boundaries, the flooding and drying processes can be considered. The developed numerical model predictions are compared with the analytical solutions of the steady wind driven circulatory flow in a closed basin and of the uni-nodal standing oscillation. Furthermore, model predictions are verified by the experiments performed on the wind driven turbulent flow of an homogeneous fluid and by the hydraulic model studies conducted on the forced flushing of marinas in enclosed seas. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.
Article
This study extends previous two-dimensional research [Wang, S.D., Shen, Y.M., Zheng, Y.H., 2005. Two-dimensional numerical simulation for transport and fate of oil spills in seas. Ocean Engineering 32, 1556–1571] to three dimensions in order to investigate the vertical dispersion/motion of the spilled oil slick, which is a more realistic model of the motion of the spilled oil. To this end, a three-dimensional (3-D) model, based on the particle approach, is developed for simulating oil spill transport and fate in seas. The amount of oil released at sea is distributed among a large number of particles tracked individually. These particles are driven by a combination of water current, wave- and wind-induced speed and move in a 3-D space. Horizontal and vertical diffusion are taken into account using a random walk technique. The model simulates the most significant processes which affect the motion of oil particles, such as advection, surface spreading, evaporation, dissolution, emulsification, turbulent diffusion, the interaction of the oil particles with the shoreline, sedimentation and the temporal variations of oil viscosity, density and surface tension. In addition, the processes of hydrolysis, photo-oxidation and biodegradation are also considered in this model. The model has been applied to simulate the oil spill accident in the Bohai Sea.
Article
This paper presents the development and application of two-dimensional and three-dimensional oil trajectory and fate models for coastal waters. In the two-dimensional model, the oil slick is divided into a number of small grids and the properties of each grid due to spreading, advection, turbulent diffusion, evaporation and dissolution are studied. This model can predict the movement of the oil slick on the water surface. In order to simulate the distribution of oil particles in the water column, a three-dimensional oil fate model is developed based on the mass transport equation and the concentration distribution of oil particles can be solved. A comparison of numerical results with the observed data shows good conformity.
Article
A general model shell, ROSS3, is developed for simulating oil spills in complex river systems using techniques which have not been previously exploited in oil spill models. ROSS3's new approach has several advantages over the approach to model oil spills in the past: (a) The use of a time-varying boundary-fitted coordinate system that allows accurate accounting for complex river/lake boundary as well as the river boundary changes as its water levels fluctuate; (b) The ability to confine two-dimensional hydrodynamic computations to a limited river reach; (c) The ability to interactively layout the channel networks for setting up the model, define extra cross sections to increase the accuracy if needed, in addition to the traditional data entry and visualization interfaces.ROSS3 is a two-layer two-dimensional oip spill model that can simulate the mechanism of advection, horizontal diffusion, mechanical spreading, shoreline deposition, evaporation, dissolution, vertical mixing, resurfacing and sinking. In ROSS3 spilled oil may be a surface slick or suspended oil droplets, or a combination of both. Both free surface and ice cover conditions can be simulated. The flow of conditions can be varied and the unsteady flow model can be run within ROSS3 to simulate the flow conditions in both the river and the lake. The ice conditions can be added or removed from the model input using easy interactive procedures.