Kesit daralmasının soliter dalgalara olan etkisinin ve sınır tabakasının deneysel olarak incelenmesi

Doğada çok sık gözlenemeyen ve dolayısıyla da araştırmacıların üzerinde pek fazla inceleme yapma şansı bulamadıkları ve bir çeşit soliter dalga olan N-Dalga'sı bu tez kapsamında deneysel olarak labarotuvarda üretilmiş ve incelenmiştir. Özellikle deniz tabanında gerçekleşen heyelanlar ve depremler nedeniyle oluşan tsunamiler bu çeşit tekil dalgalar oluşturmaktadır. Bu nedenle tekil dalgaların incelenmesi büyük felaketler yaratan tsunami gibi afetleri daha iyi anlamamız açısından önem arz etmektedir. Bilim insanları tsunami gibi tekil dalgaları incelemeye başladıkları ilk yıllarda, bu tip dalgaların tek bir dalga tepesinden oluşan soliter dalga tipinde olduğuna kanaat getirmişlerdir. Bu minvalde soliter dalga üzerine çalışmalara ağırlık verilmiş çeşitli teorik yaklaşımlar irdelenerek sayısal ve fiziksel modeller gerçekleştirilmiştir. Mamafih tsunamilerin önceden öngörülememesi ve pek yaygın olmayan görsel kayıt ekipmanlarından dolayı gerçek bir tsunami dalgasının benzeştirilmesi ile ilgili olarak sağlam temelli ve net çalışmalar ortaya konamamıştır. Dijital teknolojideki hızlı gelişmeler sayesinde uzaktan algılama çalışmaları yaygınlaşmış, fotoğraf ve kamera teknolojileri gelişerek bir çok bireyin sahip olabileceği duruma gelmiştir. Böylelikle ilk modern bilimin başlangıcı sayılan gözlem yeteneğimiz tsunamiler konusunda da gelişmemize fırsatlar sunmuştur. 1990'lı yılların sonlarına doğru tsunami dalgasının sadece bir tepeye sahip olmadığı ve ayrıca bir de çukurun eşlik ettiği bir dalga olduğu anlaşıldı. Şeklinin N harfine benzerliğinden ötürü de N-Dalgası olarak isimlendirildi. Ayrıca N-dalgası için dalga tepesinin dalga çukurundan önce geldiği durum için "Leading Elevation N-wave (LEN)" ve dalga çukurunun dalga tepesinden önce geldiği durum için "Leading Depression N-wave (LDN)" tanımları yapılmıştır. Bu ilk gözlemleri takip eden yıllarda araştırmacılar, çeşitli teoriler ve sayısal modeller geliştirmişler. Fakat gerek gerçek bir tsunamiye ait kayıt olamaması gerekse de labaratuvarlarda bu tip dalgarı üretmeye müsait dalga üreticilerinin bulunmamasından dolayı teorilerilerini ve sayısal modellerinin doğruluğunu onaylamakta sıkıntılar yaşamışlardır. 2004 yılına geldiğimizde 26 Aralık günü Hint Okyanusu'nda meydana gelen ve Sumatra Depremi olarak da adlandırılan deniz altı depremi sırasında büyük bir tsunami meydana gelmiştir. Toplam 14 ülkeden 230000 insanın hayatını kaybettiği bu afet sırasında tesadüfen o bölgede bulunan "Mercator" isimli Belçika bandıralı bir yat bu tsunamiye ait bir su seviyesi değişimi kaydı almayı başardı. Bu tarihten sonrada N-Dalgasına ait teoriler gözden geçirildi, yenilendi ve daha sağlam temellere oturtuldu. Güncel çalışmalara göre artık N-Dalgası biri pozitif diğeri negatif genliğe sahip ve aralarında faz farkı bulunan iki adet soliter dalganın süperpozisyon hali olarak tanımlanmaktadır. Halen emekleme aşamasında bulunan araştırmalarda N-Dalgası fiziksel olarak laboratuvarlarda yeni yeni oluşturulmaya başlanmış olup bu konu ile ilgili çok kısıtlı sayıda çalışma mevcuttur. Sadece İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvar'ı bünyesinde bulunan ve burada geliştirilen özel bir piston mekanizması sayesinde 23.5m x 1.0m x 0.5m boyutlarındaki dalga kanalında N-dalgası üretilebilmektedir. Bu çalışma kapsamında ise N-dalgasının fiziksel özelliklerini ortaya koymak amacıyla bir çalışma yürütülmüştür. Böylelikle bu konudaki literatürde bulunan boşluk doldurulmaya çalışılmıştır. Bu minvalde iki ana başlık altında çalışmalar yürütülmüştür. İlk olarak N-dalgasına ait ortalama akım hızı, türbülans ve taban kayma gerilmesi gibi akım özelliklerini incelemek maksadıyla taban sınır tabakasında ölçümler yapılmıştır. Daha sonrasında ise haliç, boğaz, koy gibi morfolojik kıyı şekillerinin etkilerini daha iyi anlayabilmek açısından basitleştirilmiş bir kanal daraltma işlemi gerçekleştirilmiştir. Böylelikle N-dalgasının fiziksel özelliklerinin kanal daralması ile nasıl değiştiği ortaya konulmuştur. N-dalgasının, doğası gereği permanan ve periyodik olmamasından ötürü fiziksel karakteristiklerinin ortaya konması amacıyla grup ortalaması (ensemble average) yöntemi benimsenmiştir. Bu yöntem permanan olmayan akımların incelenmesinde kullanılan bir yöntemdir (Sumer v.d., 2010). Bu minvalde N-dalgası 40 defa üretilmiş ve eş zamanlı olarak taban yakınında 35 noktada hız profili ve su yüzü değişimi ölçümleri yürütülmüştür. Bunlara ek olarak yine aynı dalgaya ait serbest yüzey akım hızının belirlenmesi amacıyla farklı derinliklerde yine hız profili ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Açık denizde oluşan tsunamiler kıyılara yaklaştıkça kıyı morfolojisinden etkilenmektedirler. Özellikle boğaz, nehir gibi morfolojik yapılarda ilerleyişinin araştırılması bakımından ikincil bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu düzenekle de kanal sırasıyla 5°, 10° ve 15° tedrici olarak daraltılmıştır. Yine bu durumlarda da 2 noktada hız profili ve su yüzü değişimleri kaydedilmiştir. Toplam 70 adet gerçekleştirilen deneyler daha sonra Matlab programı ile oluşturulan kodlarla analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda hız profilleri, kayma gerilmesi, türbülans özellikleri gibi akım özellikleri ortaya konulmuştur. Bu minvalde grafiklerin yanı sıra akımın zamanla değişimini gösteren videolar da Ekler kısmında CD-ROM olarak sunulmuştur. Ayrıca daralmanın etkisi ve su yüzü değişimleri de bu çalışma kapsamında irdelenmiştir.