Nearshore wave prediction modeling for the southern-west coasts of the Black Sea and comparison with the wave measurement data

Abstract

While waves propagate towards shallow areas where most of the coastal structures are constructed, their properties like wave height and direction may change. The change in the wave properties in shallow areas called wave transformation may happen due to a decrease in water depth, sea bottom configurations or some obstacles like islands. Therefore, it should be calculated to find the wave properties used in coastal engineering projects. In this study, the main purpose is to model the waves in the near-shore region of the Filyos coast in Zonguldak province of Turkey by a 3rd generation nearshore wave model, SWAN (Simulating Waves Nearshore). The newest re-analysis data, ERA5, of The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) are used as SWAN model input in deep water. The data are calibrated with satellite radar altimeter data before using the model input data. One of the targets of the study is to verify the developed model using data of an in-situ measurement campaign organized by the Turkish Ministry of Transport. A verification study is performed using not only all data but also using the storm data with higher waves. For the selected storms, statistical and spectral analyses of the raw data are also performed. Results of the verification study show that wave predictions obtained from the developed nearshore wave model using SWAN fit to in-situ measurements well. Results are also compared with the previous studies and it is concluded that error results are much better for the wave period.

Dalgalar, kıyı yapılarının çoğunun inşa edildiği sığ alanlara doğru ilerlerken, yüksekliği ve yönü gibi özellikleri değişebilir. Dalga dönüşümü olarak adlandırılan sığ alanlardaki dalga özelliklerinde oluşan bu değişim, su derinliği, deniz tabanı konfigurasyonları veya adalar gibi bazı etkenler nedeniyle meydana gelebilir. Bu nedenle, kıyı mühendisliği projelerinde gerekli dalga parametrelerinin bulunmasında dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada temel amaç, güneybatı Karadeniz kesimindeki Zonguldak ilinin Filyos ilçesi kıyıları için 3. nesil yakın kıyı dalga modeli olan SWAN (Simulating Waves Nearshore) ile dalga modellemesi yapmaktır. Avrupa Orta Aralıklı Hava Tahminleri Merkezi'nin (ECMWF) en güncel yeniden analiz veri seti olan ERA5, derin suda SWAN modeli girdisi olarak kullanılmıştır. Model girdisi olarak kullanılmadan önce veriler uydu radar altimetre verisi ile kalibre edilmiştir. Çalışmanın hedeflerinden biri, ölçümleri Ulaştırma Bakanlığı tarafından gerçekleştirilen dalga verilerini kullanarak geliştirilen modeli doğrulamaktır. Doğrulama çalışması sadece tüm veriler kullanılarak değil, aynı zamanda daha yüksek dalgalara sahip fırtına verileri kullanılarak da gerçekleştirilmiştir. Seçilen fırtınalar için ham verilerin istatistiksel ve spektral analizleri de yapılmıştır. Doğrulama çalışmasının sonuçları, SWAN kullanılarak geliştirilen yakın kıyı dalga modelinden elde edilen dalga tahminlerinin yerinde ölçümlerle uyumlu olduğunu göstermektedir. Sonuçlar önceki çalışmalarla da karşılaştırılmış ve hata sonuçlarının dalga periyodu için daha iyi olduğu sonucuna varılmıştır.