Comparison of Analytic Hierarchy Process and Frequency Ratio Methods in Landslide Susceptibility Analysis: Example of Akçaabat and Düzköy districts of Trabzon province

Abstract

Landslides are one of the leading natural disasters in the Black Sea Region of Türkiye. Trabzon is the province where the most landslides occurred in the country. Landslide susceptibility maps should be prepared in order to predetermine the areas with high landslide susceptibility in order to minimize the losses due to landslides. In this study, landslide susceptibility analysis is performed, and landslide susceptibility maps are produced to reveal the areas with high landslide susceptibility within the boundaries of Akçaabat and Düzköy districts of Trabzon province using Analytical Hierarchy Process (AHP) and Frequency Ratio (FR) methods. ArcGIS for Desktop, one of the Geographic Information Systems (GIS) platforms, is used for landslide susceptibility analysis. Geographical data are obtained from public institutions and open access online sources. The data are spatially organized according to the study area and purpose by various GIS tools. A total of 13 criteria which are respectively; slope, curvature, lithology, precipitation, aspect, topographic wetness index (TWI), distance to rivers, distance to highways, distance to fault lines, land use, soil type, elevation and normalized difference vegetation index (NDVI) for landslide susceptibility are evaluated as effective to cause landslides as a result of the literature review. Pairwise comparisons are made to determine the importance of the effects of each criterion on landslide formation and the weights between the criteria by using the AHP method. Then a landslide susceptibility map is produced according to the AHP method. In addition, a landslide susceptibility map was produced according to the FR method using the landslide inventory records obtained from responsible institutes of the country. It is noticed that the FR method produced more realistic results than the AHP method in terms of determining the locations of the landslides observed in the study area when the maps produced by both methods are compared.

Keywords

• Landslide
• AHP
• Frequency Ratio
• GIS
• Spatial Analysis
• Trabzon

Analitik Hiyerarşi Süreci ve Frekans Oranı Yöntemlerinin Heyelan Duyarlılık Analizinde Karşılaştırılması: Trabzon İli Akçaabat ve Düzköy İlçeleri Örneği

Abstract

Heyelanlar yaşanan doğal afetler arasında en başta gelenlerdendir. Karadeniz Bölgesi’nde heyelanlar yaygın olarak görülmektedir. Türkiye’de en fazla heyelanın meydana geldiği il Trabzon’dur. Heyelanlar sebebiyle gerçekleşen kayıpları en aza indirmek amacıyla heyelan duyarlılığı yüksek olan sahaların önceden belirlenmesi için heyelan duyarlılık haritalarının hazırlanması gerekmektedir. Bu çalışmada, Analitik Hiyerarşi Süreci (AHS) ve Frekans Oranı (FR) yöntemleri kullanılarak, Trabzon ilinin Akçaabat ve Düzköy ilçe sınırları içerisinde, heyelan duyarlılığı yüksek olan sahaların belirlenmesi için heyelan duyarlılık analizi yapılmış ve heyelan duyarlılık haritaları üretilmiştir. Heyelan duyarlılık analizi için Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) platformlarından ArcGIS for Desktop kullanılmıştır. Kamu kuruluşları ve açık erişimli çevrimiçi kaynaklardan coğrafi veriler temin edilmiştir. Çeşitli CBS araçları ile veriler çalışma alanına ve amacına göre mekânsal olarak düzenlenmiştir. Literatür araştırması sonucunda Heyelan duyarlılığı için eğim, eğim şekli, litoloji, yağış, bakı, topoğrafik nemlilik indeksi (TNI), akarsulara, karayollarına, fay hatlarına uzaklık, arazi kullanımı, toprak, yükseklik ve normalize edilmiş fark bitki örtüsü indeksi (NDVI) olmak üzere toplam 13 kriterin etkili olduğu belirlenmiştir. AHS yöntemi kullanılarak her bir kriterin heyelan oluşumundaki etkilerinin önem dereceleri ile kriterler arası ağırlıkların belirlenmesi için ikili karşılaştırmalar yapılmış ve üst üste çakıştırma yapılarak AHS yöntemine göre heyelan duyarlılık haritası üretilmiştir. Ayrıca AFAD ve MTA’dan temin edilen heyelan envanter kayıtlarından yararlanılarak heyelan meydana gelen sahaların tüm çalışma sahasındaki etkisi göz önünde bulundurularak FR yöntemine göre heyelan duyarlılık haritası üretilmiştir. Her iki yöntemde üretilen haritalar karşılaştırıldığında, çalışma sahasında gözlenen heyelanların yerlerini belirleme açısından FR yönteminin AHS yöntemine göre daha gerçekçi sonuçlar ortaya koyduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Heyelan
• AHS
• Frekans Oranı
• CBS
• Mekânsal Analiz
• Trabzon

References

1. AFAD, (2016), Trabzon İli Heyelan Duyarlılık Analiz Raporu, Trabzon, ss.12-25.
2. AFAD, (2020), Afet Yönetimi Kapsamında 2019 Yılına Bakış ve Doğa Kaynaklı Olay İstatistikleri, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, https://www.afad.gov.tr/kurumlar/afad.gov.tr/e_Kutuphane/Kurumsal-Raporlar/Afet_Istatistikleri_2020_web.pdf, [Erişim 10 Aralık 2021].
3. Akçalı E., (2011), Heyelan-Yağış İlişkisinin Modellenmesi ve Analizi; Trabzon ili Örneği, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
4. Akçalı E., Arman H., (2013), Yağış Eşiği Bazlı Heyelan Erken Uyarı Sistem Önerisi: Trabzon İli Örneği, İMO Teknik Dergi, 24(116), 6307-6312.
5. Akgün, A., Bulut, F., (2007), GIS-Based Landslide Susceptibility for Arsin-Yomra (Trabzon, North Turkey) Region, Environmental Geology, 51, 1377-1387.
6. Akgün A., Türk N., (2010), İki ve Çok Değişkenli İstatistik ve Sezgisel Tabanlı Heyelan Duyarlılık Modellerinin karşılaştırılması: Ayvalık (Balıkesir, Kuzeybatı Türkiye) Örneği, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 34(2), 85-112.
7. Akın G., (2006), Küresel Isınma, Nedenleri ve Sonuçları, Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi Dergisi, 46(2), 2 9-43.
8. Akın Ö., (2020), Trabzon-Ortahisar İlçesi Güneyindeki Heyelanlı Alanların Zemin Özelliklerinin Aktif ve Pasif Yüzey Dalgası Yöntemleriyle İncelenmesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği A.B.D., Doktora Tezi, Trabzon.

9. Akıncı H., Yavuz Özalp A., Temuçin Kılıçer S., (2015), Coğrafi Bilgi Sistemleri ve AHP Yöntemi Kullanılarak Planlı Alanlarda Heyelan Duyarlılığının Değerlendirilmesi: Artvin Örneği, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 1(1), 40-53.
10. Akıncı H., Doğan S., Kılıçoğlu C., (2017), Landslide Susceptibility Mapping of Canik (Samsun) district using Bayesian Probability and Frequency Ratio Models, Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(3), 283-299. doi:10.15317/Scitech.2017.89
11. Aksu H., Çetin M., Aksoy H., Yaldız S. G., Yıldırım I., Keklik G., (2022), Spatial and temporal characterization of standard duration-maximum precipitation over Black Sea Region in Turkey, Natural Hazards, 111(3), 2379-2405.
12. Arca D., Kutoğlu Ş. H., (2017), Frekans Oranı Metodu ile Heyelan Duyarlılık Haritasının Üretilmesi, TMMOB Harita Mühendisleri Odası 16. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Ankara.
13. Avcı V., (2015), Bingöl Çayı Havzası'nın (Bingöl) Heyelan Duyarlılık Analizi, Fırat Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 25(2), 1-26, Elazığ.
14. Başara A. C., (2021), İstatistiksel Yöntemler Kullanılarak Heyelan Duyarlılık Haritalarının Üretilmesi ve Konumsal Hassasiyetlerinin İncelenmesi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Samsun.
15. Bayazıt M., (2011), Hidroloji, Birsen Yayınevi, İstanbul, 220ss.
16. Bayrak T., Ulukavak M., (2009), Trabzon Heyelanları, Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 1(2), 20-30.
17. Can A., Dağdelenler G., Ercanoğlu M., Sönmez H., (2017), Landslide susceptibility mapping at Ovacık-Karabuk (Turkey) using different artificial neural network models: comparison of training algorithms, Bulletin of Engineering Geology and the Environment. doi: 0.1007/s10064-017-1034-3.
18. Carpena R., Tovar-Pescador J., Sánchez-Gómez M., Calero J., Mellado I., Moya F., Fernández T., (2021), Rainfall-induced landslides and erosion processes in the road network of the Jaén Province (Southern Spain), Hydrology, 8(3), 100-126.
19. Çan T., Duman T. Y., (2016), Heyelan Risk Değerlendirmelerinde Gerekli Bilgi Altyapısı, 1. Ulusal Heyelan Sempozyumu, 27 - 29 Nisan, Ankara, ss. 5-6.
20. Çellek S., (2013), Sinop-Gerze Yöresinin Heyelan Duyarlılık Analizi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Trabzon.
21. Çellek S., Bulut F., Ersoy H., (2015), AHP Yöntemi’nin Heyelan Duyarlılık Haritalarının Üretilmesinde Kullanımı ve Uygulaması (Sinop ve Yakın Çevresi), Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 39(2), 59-90.
22. Dağ S., Bulut F., (2012), Coğrafi Bilgi Sistemleri Tabanlı Heyelan Duyarlılık Haritalarının Hazırlanmasına Bir Örnek: Çayeli (Rize, KD Türkiye), Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 36(1), 35-62.
23. Ergünay O., (2007), Türkiye’nin Afet Profili, TMMOB Afet Sempozyumu, 5-7 Aralık, İMO Kongre ve Kültür Merkezi, Ankara, ss.1-14.
24. Erinç S., (1996), Klimatoloji ve Metodları, Alfa Basım Yayım Dağıtım, İstanbul, 538ss.
25. Erinç S., (2001), Jeomorfoloji Cilt I, Der Yayınları, İstanbul, 624ss.
26. Fayez L., Pazhman D., Pham B. T., Dholakia M. B., Prakash I., Solanki H. A., Khalid M., (2018), Application of Frequency Ratio Model for the Development of Landslide Susceptibility Mapping at Part of Uttarakhand State, India, International Journal of Applied Engineering Research,13(9), 6846-6854.
27. Gökçeoğlu C., Ercanoğlu M., (2001), Heyelan duyarlılık haritalarının hazırlanmasında kullanılan parametrelere ilişkin belirsizlikler, Yerbilimleri Dergisi, 22(23), 189-206.
28. Habumugisha J. M., Chen N., Rahman M., Islam M. M., Ahmad H., Elbeltagi A., Sharma G., Liza S. N., Dewan A., (2022), Landslide Susceptibility Mapping with Deep Learning Algorithms. Sustainability (Switzerland), 14(3), 1-22.
29. Hasekioğulları G., (2010), Heyelan Duyarlılık Haritalarının Üretilmesinde Parametre Etkilerinin Değerlendirilmesi, Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
30. İlker A., Terzi Ö., Şener E., (2019), Yağışın Alansal Dağılımının Haritalandırılmasında Enterpolasyon Yöntemlerinin Karşılaştırılması: Akdeniz Bölgesi Örneği, Teknik Dergi, 30(3), 9213-9219.
31. Karakaş V. E., (2018), Karabük Bölgesinin FR ve AHP Yöntemleri Kullanılarak CBS Tabanlı Heyelan Duyarlılık Haritalarının Üretilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
32. Kargın A., (2021), ARCGIS ve AHP ile Heyelan Duyarlılık Analizi Eğitimi, UDEMY Online Eğitim Platformu.
33. Kılıçoğlu C., (2020), Frekans oranı metodu ve Bayesyen olasılık modeli kullanılarak Samsun ili Vezirköprü ilçesinin heyelan duyarlılık haritasının üretilmesi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(1), 138-154.
34. Lee S., (2001), Statistical analysis of landslide susceptibility at Yongin, Korea, Environmental Earth Sciences, 40(9), 1095-1113.
35. Maturidi A. M., Kasim N., Abu Taib K., Wan Azahar W. N. A., (2021), Rainfall-Induced Landslide Thresholds Development by Considering Different Rainfall Parameters: A Review, Journal of Ecological Engineering, 22(10), 85-97.
36. Pehlivan M., (2008), Kürtün Baraj Gölünün Sağ Sahilindeki Özkürtün (Gümüşhane) Beldesinin Heyelan Analizi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, Trabzon.
37. Rouse J.W., Haas R.H., Schell J.A., Deering D.W., (1974), Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS, Third Earth Resources Technology Satellite-1 Symposium, NASA SP-351, Washington DC, ss.309-317.
38. Saaty T.L., Vargas L.G., (2001), Models, Methods, Concepts & Applications of the Analytic Hierarchy Process, Springer Science+Business Media, New York, NY, USA, 345ss.
39. Seneviratne, S.I., X. Zhang, M. Adnan, W. Badi, C. Dereczynski, A. Di Luca, S. Ghosh, I. Iskandar, J. Kossin, S. Lewis, F. Otto, I. Pinto, M. Satoh, S.M. Vicente-Serrano, M. Wehner, and B. Zhou, (2021), Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climate, Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change’in İçinde, (Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou Eds.), Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp.1513–1766.
40. Şen Z., (2009), İklim Değişikliği İçerikli Taşkın Afet ve Modern Hesaplama Yöntemleri, Su Vakfı Yayınları, İstanbul, 252ss.
41. Türkeş M., (2021), Genel Klimatoloji-Atmosfer, Hava ve İklimin Temelleri, Kriter Yayınevi, İstanbul, 534ss.
42. URL-1, (2022), Trabzon Yaylaları, Trabzon İl Kültür ve Turizm Müdürlüğü, https://trabzon.ktb.gov.tr/TR-57698/yaylalarimiz.html, [Erişim 10 Ağustos 2022].
43. URL-2, (2022), Trabzon Düzköy'de Heyelan! Facianın eşiğinden dönüldü - Canlı, https://www.61medya.com/haber/13293325/ trabzon-duzkoyde-heyelan-facianin-esiginden-donuldu-canli, [Erişim 15 Ağustos 2022].
44. URL-3, (2021), Copernicus Open Access Hub, https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home, [Erişim 20 Aralık 2021].
45. URL-4, (2011), Toprak çeşitleri nelerdir, https://www.tarimziraat.com/faydali_bilgiler/toprak/408-toprak_cesitleri_nelerdir.html, [Erişim 18 Aralık 2021].
46. Yıldırım B.F., Önder E., (2015), Çok Kriterli Karar Verme Yöntemleri, Dora Basım, Bursa, 338ss.
47. Yalçın A., (2007), Heyelan Duyarlılık Haritalarının üretilmesinde Analitik Hiyerarşi Yönteminin ve CBS’nin Kullanımı, Selçuk Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(3), 1-14.