Hesaplamalı araştırma makalesi incelemesi

Vaka Senaryosuna Dayalı Deniz Kirliliği Simülasyonu ve Karşılaştırmalı Müdahale Prosedürleri

Deniz taşımacılığında İstanbul Boğazı gibi dar ve yoğun su yolları, seyir emniyeti ve çevre kirliliği açısından yüksek risk taşımaktadır. Çift yönlü karmaşık akıntı yapısı, dar coğrafi yapısı ve tanker trafiğinin yoğunluğu, olası gemi kazalarında ciddi deniz kirliliği felaketlerine yol açabilmektedir.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Cihat Aşan
Yayın: International Journal of Environment and Geoinformatics
Tarih: 2022-11-27
DOI: 10.30897/ijegeo.1190762

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Deniz taşımacılığında İstanbul Boğazı gibi dar ve hidrodinamik açıdan karmaşık su yolları, yüksek tanker trafiği sebebiyle büyük ölçekli petrol sızıntısı risklerine açıktır. Geçmişte yaşanan Independenta ve Nassia gibi trajik kazalar, deniz çevresinin korunması ve acil müdahale kapasitelerinin sürekli güncellenmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Literatürde petrol sızıntılarının coğrafi yayılımını ve zamansal seyrini tahmin eden çeşitli hidrodinamik modeller bulunsa da müdahale araçlarının operasyonel konfigürasyonlarını, bariyer serme sürelerini ve farklı teknik özelliklerdeki ekipmanların performansını karşılaştırmalı olarak analiz eden simülasyon çalışmaları sınırlı düzeyde kalmıştır. Bu çalışma, söz konusu boşluğu doldurmak amacıyla İstanbul Boğazı güneyinde olası bir tanker kazası senaryosu üzerinden mevcut ve geliştirilmiş müdahale kapasitelerini nicel olarak karşılaştırmaktadır.

Çalışmada metodolojik yaklaşım olarak, müdahale taktiklerini, bariyer formasyonlarını ve skimmer konuşlandırmalarını simüle edebilen PISCES II (Potential Incident Simulation Control and Evaluation System) petrol kirliliği modelleme ve karar destek sistemi kullanılmıştır. İlk aşamada Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı atlasları, meteorolojik veriler ve akıntı şamandıraları verileriyle entegre bir çevre modeli oluşturulmuştur. Haydarpaşa açıkları baz alınarak bahar mevsimi koşullarında toplam yaklaşık 3.518 tona ulaşan petrol sızıntısı senaryosu kurgulanmıştır. Araştırmada mevcut envanterde yer alan 1,6 m toplam yüksekliğe sahip dış kompresörlü bariyerler ile 50 m3/saat kapasiteli skimmerlar, teknik özellikleri geliştirilmiş 3 m toplam yüksekliğe sahip kendinden şişebilir bariyerler ve 200 m3/saat kapasiteli disk tipi skimmerlar ile karşılaştırılmıştır.

Elde edilen simülasyon bulguları, müdahalesiz durumda 5 saat sonunda 3.153 ton petrolün 43,8 km2 deniz alanına yayılarak Prens Adalarına ulaştığını göstermektedir. Mevcut imkânlarla yapılan müdahalede, 5 saatlik gecikmeli ana müdahale ve 3 saatlik kısıtlı bariyer serme süresi neticesinde 6 saat sonunda ancak 573 ton petrol toplanabilmiş, kirlenen deniz alanı 62,6 km2 olarak gerçekleşmiştir. Buna karşılık, kendinden şişebilir bariyerler sayesinde müdahale hazırlık süresinin 1 saate indirilmesi ve bariyer yüksekliğinin 3 metreye çıkarılmasıyla, aynı süre sonunda toplanan petrol miktarı 1.503 tona yükselmiş, kirlenen deniz alanı ise 29,4 km2 ile sınırlandırılmıştır. İstatistiksel veriler, bariyer yüksekliği ve hızlı müdahale kabiliyetinin akıntı hızı yüksek sahalarda kritik önem taşıdığını kanıtlamaktadır.

Çalışmanın tartışma ve sonuç kısmında vurgulandığı üzere, ortalama yüzey akıntısının 3-4 knot ulaştığı İstanbul Boğazı güney kesiminde mekanik toplama başarısı doğrudan operasyonel reaksiyon hızına ve ekipman geometrisine bağlıdır. Yazar, dış kompresörlü bariyerlerin hazırlık süresinin uzunluğunun akıntılı sularda petrolün yayılmasına yol açtığını, kendinden şişebilir bariyerlerin ve yüksek kapasiteli skimmer sistemlerinin envantere katılması gerektiğini savunmaktadır. Bu araştırma, deniz emniyeti, acil durum planlaması ve çevre yönetimi literatürüne somut simülasyon verileri sunmakta; dar su yollarındaki acil müdahale stratejilerinin optimize edilmesine yönelik araştırmacılar için yöntemsel ve operasyonel bir referans çerçevesi oluşturmaktadır.

Araştırmanın amacı

İstanbul Boğazı'nda meydana gelebilecek olası bir gemi kazası sonuçu oluşacak petrol kirliliğine mevcut envanter yetenekleri ile nasıl müdahale edileceğini belirlemek ve teknik/operasyonel iyileştirmelerin müdahale etkinliğini nasıl artıracağını simülasyon bazlı karşılaştırmalarla ortaya koymaktır(Aşan, 2022).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Çalışma, İstanbul Boğazı güneyinde oluşabilecek bir tanker kazası sonrası petrol yayılımını ve müdahale operasyonlarını PISCES II simülasyon yazılımı ile sayısal olarak modelleyen ve senaryo bazlı karşılaştırmalı analiz sunan hesaplamalı bir araştırmadır(Aşan, 2022).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, Lagrangiyen petrol yayılım modeli ile hidrodinamik ve meteorolojik etkenleri entegre eden PISCES II karar destek ve simülasyon sistemine dayanmaktadır. Modelde petrol parçacıklarının yatay hareketi akıntı, rüzgar ve difüzyon etkileriyle hesaplanırken, bariyerlerin fiziki parametreleri (draft, freeboard), gemilerin yedekleme formasyonları ve skimmer toplama kapasiteleri müdahale dinamiğinin kuramsal temelini oluşturmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Çalışma, İstanbul Boğazı'nda petrol yayılımını inceleyen Korçak (2015), Köroğlu ve Kabdaşlı (2011), Güven vd. (2004), Doğrul (2010), Başar (2003), Can (2007) ve Bozkurtoğlu (2017) çalışmalarının yanı sıra PISCES II simülasyon yazılımının doğruluğunu ve etkinliğini gösteren Perkovic vd. (2008, 2010), Nicolae vd. (2016) ve Usluer vd. (2022) literatürünü temel alarak bu çalışmalardan farklı olarak müdahale taktikleri ve ekipman teknik parametrelerini simülasyon ortamında karşılaştırmalı olarak değerlendirmektedir.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: İstanbul Boğazı güney girişindeki Haydarpaşa mevkii ve çevresindeki deniz alanı, hidrodinamik akıntı rejimi ile meteorolojik koşullardır.
Örneklem veya araştırma materyali: PISCES II petrol kirliliği simülasyon yazılımı, Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı oşinografik atlas verileri, Meteoroloji Genel Müdürlüğü mevsimsel verileri ve Kıyı Emniyeti Genel Müdürlüğü müdahale envanter verileridir.
Veri toplama süreci: Deniz yüzeyi akıntı vektörleri oşinografik atlaslar ve akıntı şamandıralarından; hava ve deniz sıcaklığı ile rüzgar verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden; müdahale araç ve ekipman teknik özellikleri ise envanter saha incelemelerinden temin edilmiştir.
Veri analiz yöntemi: Lagrangian parçacık takip modeline dayalı PISCES II simülasyon yazılımıyla petrol yayılımı, bariyer çevrelemesi, skimmer toplama kapasitesi ve zaman bağımlı mekanik müdahale istatistiklerinin karşılaştırmalı sayısal analizi yapılmıştır.

Petrol Sızıntısı SimülasyonuPISCES II Karar Destek SistemiMekanik Müdahale EtkinliğiSürüklenme ve Yayılım AlanıBariyer Yüksekliği ve Kendinden Şişme ÖzelliğiSkimmer Toplama Kapasitesiİlk Müdahale Süresi

Araştırmanın Bulguları

İstanbul Boğazı güneyinde müdahalesiz durumda 5 saat sonunda sızan 3.153 ton petrolün yaklaşık 44 kilometrekarelik deniz alanını kirlettiği ve Prens Adaları yönüne ilerlediği tespit edilmiştir(Aşan, 2022).

Mevcut envanter imkânlarıyla yapılan müdahalede 6 saat sonunda sızan 3.518 ton petrolün yalnız 573 tonu toplanabilmiş, kirlenen deniz alanı ise 62,6 kilometrekareye ulaşmıştır(Aşan, 2022).

Teknik özellikleri iyileştirilmiş 3 metre yüksekliğinde kendinden şişen bariyerler ve 200 metreküp/saat kapasiteli skimmerlar kullanıldığında toplanan petrol miktarı 1.503 tona çıkmış, kirlenen alan 29,4 kilometrekareye gerilemiştir(Aşan, 2022).

Dış kompresörle tek noktadan şişirilen geleneksel bariyerlerin hazırlık süresi en az 2 ila 2,5 saat sürerken, kendinden şişen bariyerlerin hazırlık süresinin 1 saate inmesi ilk müdahale hızını ve toplama verimini doğrudan artırmaktadır(Aşan, 2022).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Simülasyon bulguları, Haydarpaşa mevkisinde meydana gelebilecek olası bir kaza sonrasında müdahale edilmediği takdirde petrolün 3-4 knot hıza ulaşan güney akıntılarıyla hızla Marmara Denizi'ne ve Prens Adaları'na doğru yayılarak geniş kıyı şeritlerini tehdit ettiğini göstermektedir.

Yazar, mevcut müdahale envanterindeki 1,5 metre yüksekliğindeki bariyerlerin ve 50 metreküp/saat kapasiteli skimmerların yüksek akıntılı boğaz koşullarında yetersiz kaldığını, petrolün bariyerlerin altından ve üstünden kaçarak geniş alanlara yayılmasına engel olamadığını açıklamaktadır.

Elde edilen sonuçlar, literatürde OILMAP veya GNOME gibi yalnız yayılım odaklı modeller kullanan çalışmalardan farklı olarak, PISCES II yazılımının taktiksel müdahale yöntemlerini ve araç performanslarını sayısal bazda karşılaştırma imkânı sunduğunu kanıtlamaktadır.

Tartışma neticesinde, dar su yollarında operasyonel başarının anahtarının insan müdahalesinden bağımsız, kendinden şişen yüksek bariyer sistemlerine ve yüksek kapasiteli toplayıcılara geçiş yapmak olduğu sonuçuna varılmaktadır.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Karadeniz ve Romanya kıyıları için PISCES II yazılımıyla petrol kirliliği senaryoları oluşturan Nicolae vd. (2016) çalışmasıyla uyumlu şekilde, bu araştırmada da PISCES II sisteminin karmaşık hidrodinamik koşullarda müdahale ekipman tahsisi ve karar destek süreçlerini simüle etmedeki yüksek başarısı ve doğruluğu ortaya konmuştur(Aşan, 2022).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

İstanbul Boğazı gibi akıntı hızının yüksek olduğu dar ve kritik su yollarında deniz kirliliğiyle mücadelede başarı, yalnızca envanterdeki araç sayısına değil, kullanılan bariyerlerin fiziki yüksekliği ile kendinden şişme teknolojisine ve yüksek kapasiteli skimmer kullanımına bağlıdır. Dış kompresör gerektirmeyen kendinden şişen bariyerlerin tercih edilmesi ilk müdahale hazırlık süresini radikal biçimde kısaltmakta, yüksek akıntıda petrolün bariyer altından veya üstünden kaçmasını engelleyerek toplanan yakıt miktarını yaklaşık üç katına çıkarırken kirlenen deniz alanını yarıdan fazla azaltmaktadır(Aşan, 2022).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu çalışma, dar su yollarinda ve yüksek akintili bogazlarda meydana gelen petrol kirliligi vakalarina müdahale stratejilerini simulasyon bazli nicel bir yaklaşimla ele alarak deniz çevresi yönetimi literatürunde kritik bir islev gormektedir. Literatürdeki mevcut araştırmalar cogunlukla dokulen petrolun ruzgar ve akinti etkisiyle deniz yuzeyindeki zamansal ve mekansal yayılımina odaklanirken, müdahale araclarinin teknik özelliklerinin ve taktiksel serim düzenlerinin operasyonel basarisini goz ardi etmektedir. Soz konusu makale, PISCES II karar destek sistemini kullanarak yalniz kirlilik alanini tahmin etmekle kalmamakta, ayni zamanda bariyer yüksekligi, sisirilme teknolojisi ve toplayici skimmer kapasitesi gibi somut teknik parametrelerin toplanan petrol miktari ve kirlenen deniz alani üzerindeki doğrudan etkisini sayisal olarak karşılaştırmaktadir. Boylece teorik yayılım modelleri ile saha operasyonlari arasinda metodolojik bir kopru kurarak deniz guvenligi literatürune karar verme süreçlerini destekleyen pratik bir model sunmaktadir.

Incelenen yayin, Istanbul Bogazi ve uluslararası dar su yollarinda petrol kirliligini inceleyen önceki akademik çalışmalarla doğrudan ilişki kurmakta ve onlari taktiksel müdahale boyutunda genisletmektedir. Koroglu ve Kabdasli (2011) tarafindan Haydarpasa bölgesinde OILMAP yazilimi kullanılarak yapilan yayılım analizleri ile Basar (2003), Can (2007) ve Bozkurtoglu (2017) tarafindan GNOME ve PTOSM modelleriyle gerceklestirilen bogaz kirlilik araştırmalari, petrolun deniz yuzeyindeki hareketini sayisal olarak ortaya koymustur. Bu çalışma ise Perkovic ve diğerleri (2008) ile Nicolae ve diğerlerinin (2016) PISCES II yazilimiyla gerceklestirdigi karar destek yaklaşimini benimseyerek önceki yayılım odakli çalışmalari bir adim oteye tasimaktadir. Önceki araştırmalarin vurguladigi ilk müdahale hizinin onemini doğrulamakla kalmayip, dis kompresorlu geleneksel bariyerler ile kendinden sisen yeni nesil bariyerlerin hazirlik sürelerini ve fiziki su ustu/su alti yüksekliklerini karşılaştırarak literatürdeki operasyonel modelleme eksigini tamamlamaktadir.

Genis kapsamli bir literatür taramasi veya tez çalışmasinda bu yayin, deniz kirliligiyle mucadele teknolojilerinin gelişimi ve acil müdahale planlamasi temalari altinda stratejik bir kaynak islevi tasimaktadir. Araştırmacilara, kirlilik yönetimi literatürunu incelerken yalniz kirletici miktari ve çevresel etki boyutuna degil, müdahale techizatinin teknik standartlarina ve operasyonel reaksiyon sürelerine odaklanma gerekliligini göstermektedir. Ayrıca uluslararasi OPRC 1990 sozlesmesi ve ulusal 5312 sayili kanun çerçevesinde yürütülen mevzuat ve altyapi tartismalarina ampirik ve simulasyona dayalı somut kanıtlar sunmaktadir. Literatür taramasi yapan bir araştırmaci, bu kaynagi kullanarak geleneksel müdahale araclarinin yüksek akintili dar su yollarindaki yetersizligini ve kendinden sisen yüksek bariyerler ile yüksek kapasiteli skimmerlarin sağladigi performans artisini karşılaştırmali tablolarla sentezleyebilir.

Kaynakça

Nicolae, F., Perkovic, M., Ristea, M., & Cotorcea, A. (2016). Method for monitoring the space-Time development of oil spilled in marine environment using Pisces II simulation software. Journal of Environmental Protection and Ecology, 17(1), 136–145.

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Dar su yollarında ve yüksek akıntılı boğazlarda meydana gelen petrol kirliliği vakalarında ilk müdahale hızı ve ekipman kurulum süresi kirlilik alanının kontrol altında tutulmasında belirleyici unsurdur.

Bu çalışma, dış kompresörlü bariyerlerin 2,5 saatlik kurulum süresine kıyasla kendinden şişen bariyerlerin 1 saate inen hazırlık süresinin müdahale başarısını doğrudan artırdığını sayısal verilerle kanıtlamak için literatür taraması bölümünde kaynak gösterilebilir(Aşan, 2022).

Çanakkale Boğazı Dar Geçişlerinde Otonom Deniz Araçlarıyla Kendinden Şişen Bariyer Serim Performansının PISCES II İle Simülasyonu

Araştırma sorusu: Çanakkale Boğazı'nın dar geçiş noktalarında otonom deniz araçları tarafından konuşlandırılan kendinden şişen bariyerlerin müdahale süresi ve petrol toplama verimliliği üzerindeki etkisi nedir?
Yöntem taslağı: Çanakkale Boğazı hidrodinamik akıntı haritaları ve meteorolojik veriler PISCES II sistemine aktarılacaktır. Güç analiziyle belirlenen farklı akıntı senaryolarında otonom su üstü araçlarının bariyer çekme manevraları ve 150 m3/saat kapasiteli skimmer entegrasyonu sayısal olarak analiz edilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Bu araştırma önerisi, Aşan (2022) tarafından vurgulanan kendinden şişen bariyerlerin hazırlık süresini radikal biçimde kısaltması ve yüksek akıntıda fiziki bariyer yüksekliğinin kirlilik alanını daraltması yönündeki bulgulardan türetilmiştir(Aşan, 2022).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Yüksek akıntı hızının bulunduğu dar boğazlarda standart 1,5 metre yüksekliğindeki deniz bariyerleri petrolün kaçmasını engelleyememekte, en az 3 metre yüksekliğinde kendinden şişen bariyer tasarımı gerekmektedir.

Tezin tartışma bölümünde, ampirik veya simülasyon bazlı müdahale sonuçları değerlendirilirken bariyer yüksekliği ve skimmer kapasitesinin toplanan petrol miktarı üzerindeki kritik etkisi bu makalenin bulgularıyla desteklenebilir(Aşan, 2022).

Farklı Viskoziteye Sahip Kimyasal Döküntülerin İstanbul Boğazı Akıntı Rejiminde Çift Yönlü Bariyer Taktikleriyle Kontrol Altına Alınması

Araştırma sorusu: İstanbul Boğazı güney girişinde farklı viskozite sınıflarındaki kimyasal döküntülerin yayılım hızı ve U/V tipi bariyer çekme taktiklerinin toplama verimliliği arasındaki ilişki nasıldır?
Yöntem taslağı: Grup II ve Grup IV kategorisindeki farklı kimyasal yakıt türleri PISCES II simülatöründe tanımlanacaktır. Veri doygunluğuna ulaşılana kadar farklı çekme hızları (1,0 - 2,0 knot) ve bariyer taslak derinlikleri (1-2 metre) kombinasyonları denenerek parametrik karşılaştırma yapılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalede hafif ham petrol (AMULIGAK) için elde edilen 3 metre bariyer ve 200 m3/saat skimmer başarısının, farklı viskozite ve yüzey gerilimine sahip döküntü tiplerinde nasıl değiştiğini inceleme ihtiyacından türetilmiştir(Aşan, 2022).

Tez veya makalede kullanım · method

Deniz kirliliği operasyonlarında yalnız kirlilik yayılımını değil, gemi ve ekipman bazlı taktiksel müdahale prosedürlerini bütünleşik olarak değerlendirmek için PISCES II karar destek sistemi geçerli bir simülasyon aracıdır.

Yöntem bölümünde kirlilik simülasyonu ve karar destek yazılımlarının karşılaştırılması yapılırken PISCES II yazılımının insan müdahalesi ve hidrodinamik değişkenleri aynı anda modelleme kapasitesini açıklamak amacıyla kullanılabilir(Aşan, 2022).

Marmara Denizi Hassas Kıyı Ekosistemlerinde Çoklu Akıntı ve Rüzgar Senaryoları Altında Kendinden Şişen Bariyer Konuşlandırma Stratejileri

Araştırma sorusu: Marmara Denizi kuzey kıyılarında rüzgar ve akıntı bileşkesinin değiştiği mevsimsel koşullarda kendinden şişen bariyerlerin serim açısı kirlenen deniz alanını nasıl etkilemektedir?
Yöntem taslağı: Meteoroloji Genel Müdürlüğü mevsimsel rüzgar ve akıntı verileri kullanılarak PISCES II ortamında 4 mevsimlik simülasyon seti kurulacaktır. İstatistiksel analize tabi tutulacak senaryolarda kirlilik alanının km2 bazında kıyıya ulaşma süreleri karşılaştırmalı değerlendirilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Aşan (2022) çalışmasında yalnız ilkbahar mevsimi ve Haydarpaşa mevkisi için sunulan müdahale karşılaştırmasını, Marmara Denizi'nin hassas kıyı ekosistemlerini kapsayacak şekilde genişletme ihtiyacından türetilmiştir(Aşan, 2022).