Kıyı yapılarının tasarımı ve dalga yüksekliğinin yapay zekâ ve zaman serisi yöntemleriyle tahmini

Abstract

Üç tarafı denizlerle çevrili ve 8333 km. uzunluğunda kıyı şeridine sahip olan ülkemiz deniz ülkesi olarak tanımlanabilir. Bu nedenle kıyılarda ticaret, turizm ve balıkçılık sektörlerinin yeterli, ekonomik ve istikrarlı çalışabilmesi için gerekli yapılar inşa edilmesi gerekmektedir. Kıyı ve deniz yapılarının tasarımında Hs (belirgin dalga yüksekliği), yapıların ekonomik ömürleri boyunca dengede kalmalarına doğrudan etkisi olan en önemli dalga parametresidir. Bu çalışma ile kıyı yapılarının tasarımında kullanılan parametrelerden en önemlilerinden biri olan Hs (belirgin dalga yüksekliği) iki şekilde elde edilmiştir. Bunlar Türkiye Kıyıları Rüzgâr ve Derin Deniz Dalga Atlası ve ECMWF (Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi)'dir. Bunlardan elde edilen derin deniz belirgin dalga yüksekliği kaynağı olarak tercih sebepleri ortaya konularak ECMWF uygun bulunmuştur. Derin deniz belirgin dalga yüksekliği dalga transformasyon modülü kullanılarak yapı önü belirgin dalga yüksekliği HYROTAM-3D yazılımı ile bulunmuştur. Elde edilen dizayn dalgası ile 3 farklı tek kat koruma tabakası kullanılarak taş dolgu dalgakıran tasarımı yapılmıştır. Bu amaçla Accropode II veya Xbloc gibi tek kat koruma tabakası kullanılabilir. Ancak, bu tabakaların kullanılması için ülkemiz yurtdışına yüksek miktarda patent ücreti ödemek durumunda kalmaktadır. Bu nedenle, tezde, yeni geliştirilen Piblok yapay koruma tabakası ile tasarım uygulanmıştır. Kıyı yapılarının tasarımında dinamik etkisi ile büyük öneme sahip dalga yüksekliği, geçmişte çoğunlukla sayısal ve stokastik yöntemler ile belirlenirken, son yıllarda yapay zekâ tekniklerinin de gelişmesi ile dalga parametresi tahminleri ve eksik dalga verisi tahmini gibi çalışmalarda sıklıkla kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Bu çalışmada, ANFIS yöntemlerinin, modellemeler yapılarak, eksik, geleceğe yönelik veya hatalı dalga yüksekliği tahmininde kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca aynı veriler kullanılarak zaman serisi analizi modellemesinde uygun model için otokorelasyon ve kısmi otokorelasyon grafikleri kullanılarak model tahmini yapılmış, uygun bulunan AR(2) modelinin geçerliliği araştırılmış, ileriye yönelik tahmin elde edilebilmesi için bir yöntem elde edilmiştir. Modellerin kıyaslanabilmesi için her bir modelin tahmin değerleri ile ölçüm değerlerinin saçılma diyagramları çizilmiştir. Ayrıca istatistiksel performansları için R2 (regresyon katsayısı) ve NSE (verimlilik katsayısına) bakılarak her iki yöntemle de % 90'a yakın sonuçlar verdiği için kıyı yapıları tasarımında kullanılan dalga yüksekliği parametresinin ileriye dönük tahmininde her iki yöntemin de kullanılmasının uygun olduğu değerlendirilmektedir. Bu tez çalışmasıyla önerilen bu iki modelleme ile belirgin dalga yüksekliğinin güvenilir şekilde tahmin edilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Our country surrounded by seas on three sides with 8333 kilometres long coastline can be classified as a sea country. Therefore, necessary structures should be constructed to provide the trade, tourism and fishing industries' operations efficiently and reliably along the coasts. In the design of coastal and marine structures, Hs (significant wave height) is the most important wave parameter having a direct effect on the stability of the structures throughout their economic lives. In this study, Hs (significant wave height), one of the most important parameters used in the design of coastal structures, was obtained in two ways. These are the Turkish Coasts' Wind and Deep Sea Wave Atlas and the ECMWF (European Centre For Medium-Range Weather Forecasts). ECMWF was determined to be appropriate for the deep sea significant wave height source by putting forward the reasons for the preference. The significant wave height in front of the structure was obtained by HYROTAM-3D software using the deep sea significant wave height wave transformation module. A rubble-mound breakwater design with three different single layer protection layer was made using the obtained design wave. For this purpose, a single layer of protection with Accropode II or Xbloc can be used. However, for the use of these layers, our country has to pay high amount of patent fees abroad. For this reason, the design with newly developed Piblok artificial protection layer was applied in the thesis. The wave height having great importance with its dynamic effect in the design of coastal structures has been mostly determined by numerical and stochastic methods in the past. In recent years, it has been frequently used in studies such as wave parameter estimations and missing wave data with the development of artificial intelligence techniques. In this study, it was concluded that the modeling with ANFIS methods could be used for incomplete, future-oriented or incorrect wave height estimation. In addition, by using the same data, the model was estimated by using autocorrelation and partial autocorrelation graphs for the appropriate model in time series analysis modeling. The validity of the AR(2) model, which was found suitable, was investigated, and a method was obtained to obtain a prospective estimation. In order to compare the models, the scatter diagrams of the predicted values of each model and the measurement values were drawn. In addition, it is considered that it is appropriate to use both methods in the prospective estimation of the wave height parameter used in the design of coastal structures, since R2 (regression coefficient) and NSE (Nash-Sutcliffe efficiency) for their statistical performance gave results close to % 90 with both methods. It has been concluded that the significant wave height can be estimated reliably using these two models proposed in this study.