Investigation of coastal flood problem in İzmir Bay

Abstract

Izmir, with its long coastline, is one of Turkey's leading tourism and trade cities. The coastal flood is an important problem in İzmir Bay. The literature review shows that there is no study that covers all the elements of the problem such as wind and wave climate, fluctuations in the sea level and coastal flood calculations in İzmir Bay. In this study, the ERA5 wind dataset developed by the European Center for Medium Range Weather Forecasts was used to determine extreme wind speeds. The data were verified using in-situ wind measurements data. Then, the fluctuations in sea water level caused by astronomic and atmospheric effects such as tides, wind and wave set-up and barometric effects were examined by the analysis of sea water level measurement data of the Izmir Metropolitan Municipality in Bostanlı and Pasaport and the tide gauge station data of the General Directorate of Mapping in Mentes. The long-term trend of sea level was examined using Theil-Sen and the line of best-fit methods. Then, the reliability of the trends was demonstrated by performing the Mann-Kendal test. Calculated extreme wind speeds and sea level fluctuations were taken into account to estimate the waves in front of coastal protection structures using a wave model called SWAN. Then, in order to predict the coastal flood amounts, the wave overtopping was calculated by the artificial neural network method. It is concluded that the most sensitive places in İzmir Bay in terms of coastal floods are the areas protected by vertical walls.

İzmir, uzun sahil şeridi ile Türkiye'nin önde gelen turizm ve ticaret şehirlerinden biridir. Özellikle İzmir körfezi yoğun bir kullanıma sahiptir. İzmir körfezinde son yıllarda sıklığı artan bir şekilde deniz taşkınları meydana geldiği ve deniz taşkınları sırasında büyük miktarda deniz suyunun arkadaki kara alanına taştığı, trafik sorunlarına neden olduğu, binalara ve dinlenme tesislerine zarar verdiği gözlemlenmiştir. Literatür araştırması, rüzgar iklimi, deniz seviyesindeki değişimler, dalga iklimi ve deniz taşkın hesaplamaları gibi sorunun tüm unsurlarını içeren ve İzmir körfezindeki deniz taşkın sorununu bütünsel olarak araştıran bir çalışmanın olmadığını göstermektedir. Bu çalışmada, ekstrem rüzgar hızlarını belirlemek için Avrupa Orta Menzilli Hava Tahminleri Merkezi'nin (ECMWF) geliştirdiği ERA5 rüzgar veri seti kullanılmıştır. Veriler, İzmir Büyükşehir Belediyesi'nin yerinde rüzgar ölçümleri kullanılarak doğrulanmıştır. Ardından gelgit, rüzgar ve dalga kabarması, barometric kabarma gibi astronomik ve atmosferik etkiler ile oluşan deniz suyu seviyesindeki değişimler, İzmir Büyükşehir Belediyesi'nin Bostanlı ve Pasaport'taki deniz suyu seviyesi ölçüm verileri ve Harita Genel Müdürlüğü’nün Mentes'teki mareograf istasyonu verilerinin analizi ile incelenmiştir. 21 yıllık Mentes verileriyle, Theil-Sen ve “en iyi uyan doğru” yöntemleri kullanılarak deniz seviyesinin uzun dönemde artış eğilimi incelenmiştir. Daha sonra Mann-Kendal testi yapılarak artış eğilimlerinin güvenirliliği gösterilmiştir. Hesaplanan ekstrem rüzgar hızları ve deniz seviyesindeki artış dikkate alınarak, kıyı koruma yapılarının önündeki dalgalar, SWAN adı verilen bir dalga modeli kullanılarak tahmin edilmiştir. Daha sonra deniz taşkın miktarlarını tahmin edebilmek için yapay sinir ağları yöntemi ile dalga aşması hesaplanmıştır. İzmir körfezinde deniz taşkınları açısından en hassas yerlerin dik duvarla korunan bölgeler olduğu sonucuna varılmıştır.