GIS-Based Earthquake Risk Analysis in the Coastal Districts of Istanbul along the Sea of Marmara

Abstract

Istanbul is at risk of earthquakes due to its high population, old building stock and proximity to active fault lines in the coastal areas of the Marmara Sea. This study aims to geographically map the risk levels by comprehensively analyzing the physical, spatial and socio-economic factors affecting earthquake risks. A total of 21 districts on the European and Anatolian sides were evaluated based on multidimensional criteria such as suitability for settlement, soil characteristics, building condition, demographic indicators and earthquake scenarios. The data were analyzed using Geographical Information Systems (GIS) and it was determined that risk factors are concentrated in the districts bordering the Marmara Sea. Especially in districts such as Avcılar, Küçükçekmece, Zeytinburnu and Fatih on the European Side, physical factors such as old building stock, soil liquefaction and inadequate infrastructure play an important role in increasing the risk. Risks on the Anatolian side, on the other hand, exhibit a more heterogeneous distribution. The findings show that precautions should be taken especially in the regions bordering the Marmara Sea, and suggest that these approaches can serve as a guide for other metropolitan areas under similar risk.

Keywords

• Earthquake Risk Analysis
• Istanbul
• Geographic Information Systems
• Coastal Vulnerability
• Weighted Overlay Method

İstanbul’un Marmara Kıyı İlçelerinde CBS Tabanlı Deprem Riski Analizi

Öz

İstanbul, yüksek nüfusu, eski yapı stoku ve Marmara Denizi’ne kıyısı olan bölgelerin aktif fay hatlarına yakınlığı nedeniyle deprem riski taşımaktadır. Bu çalışma, deprem risklerini etkileyen fiziksel, mekânsal ve sosyo-ekonomik faktörleri kapsamlı bir şekilde analiz ederek, risk seviyelerini coğrafi olarak haritalandırmayı amaçlamaktadır. Avrupa ve Anadolu Yakası’ndaki toplam 21 ilçe, yerleşime uygunluk, zemin özellikleri, yapı durumu, demografik göstergeler ve deprem senaryoları gibi çok boyutlu kriterler doğrultusunda değerlendirilmiştir. Veriler, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak analiz edilmiş ve Marmara Denizi’ne kıyısı olan ilçelerde risk faktörlerinin yoğunlaştığı tespit edilmiştir. Özellikle Avrupa Yakası’nda Avcılar, Küçükçekmece, Zeytinburnu ve Fatih gibi ilçelerde, eski yapı stoku, zemin sıvılaşması ve yetersiz altyapı gibi fiziksel unsurların riskin artmasında önemli rol oynadığı belirlenmiştir. Anadolu Yakası’ndaki risklerin ise daha heterojen bir dağılım sergilediği görülmüştür. Elde edilen bulgular, özellikle Marmara Denizi’ne kıyısı olan bölgelerde önlemlerin alınması gerektiğini göstermekte; aynı zamanda bu yaklaşımların, benzer risk altındaki diğer metropoller için de rehber niteliğinde olabileceğini öne sürmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Deprem Risk Analizi
• İstanbul
• Coğrafi Bilgi Sistemleri
• Kıyı Kırılganlığı
• Ağırlıklı Çakıştırma Yöntemi

References

1. Albulescu, A.-C. (2023). Open source data-based solutions for identifying patterns of urban earthquake systemic vulnerability in high-seismicity areas. Remote Sensing, 15(5), Article 1453. https://doi.org/10.3390/rs15051453
2. Arnous, M. O. (2010). Integrated remote sensing and GIS techniques for landslide hazard zonation: A case study Wadi Watier area, South Sinai, Egypt. Journal of Coastal Conservation, 15(3), 477–497. https://doi.org/10.1007/s11852-010-0137-9
3. Aydınoğlu, M. N. (2021). Deprem ve binalarımız: Deprem tehlikesi altında binalarımızın hasar riski. In İstanbul’un deprem gerçeği (pp. 4–16). İBB Yayınları.
4. Boukria, M., Farsi, M. N., Mebarki, A., Belazougui, M., Ait-Belkacem, M., Yousfi, N., Guessoum, N., Ait Benamara, D., Naili, M., Mezouara, N., & Amellal, O. (2018). Seismic vulnerability assessment at urban scale: Case of Algerian buildings. International Journal of Disaster Risk Reduction, 31, 555–575. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2018.06.014
5. Çetinkaya, C., Özceylan, E., & Keser, İ. (2021). A GIS-based AHP approach for emergency warehouse site selection: A case close to Turkey-Syria border. Journal of Engineering Research, 10(3A), 250–273. https://doi.org/10.36909/jer.10635
6. Demarchi, A. (2014). The seismic risk in Istanbul: An innovative assessment method. ITU A|Z Journal of the Faculty of Architecture, 11(1), 76–98.
7. Dhar, S., Rai, A. K., & Nayak, P. (2016). Estimation of seismic hazard in Odisha by remote sensing and GIS techniques. Natural Hazards, 86(2), 695–709. https://doi.org/10.1007/s11069-016-2712-3
8. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H., & Çan, T. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(12), 3229–3275. https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2

9. Encyclopædia Britannica. (n.d.). Kahramanmaraş earthquake of 2023, https://www.britannica.com/event/2023-Turkey-Syria-earthquake, Erişim tarihi: 16.03.2025.
10. Ersoz, T., & Bayrak, G. (2023). İstanbul’un ilçelerinde olası deprem riskinin Fine-Kinney yöntemiyle araştırılması. Uluslararası Sürdürülebilir Mühendislik ve Teknoloji Dergisi, 7(2), 139–151.
11. Fekete, A. (2023). Disaster risk, climate change, and urbanization as research topics in Western Asia—A bibliometric literature analysis. Climate, 11(131). https://doi.org/10.3390/cli11060131
12. Han, J., & Kim, J. (2019). A GIS-based seismic vulnerability mapping and assessment using AHP: A case study of Gyeongju, Korea. Korean Journal of Remote Sensing, 35(2), 217–228. https://doi.org/10.7780/kjrs.2019.35.2.2
13. Ismail, A., Rashid, A. S. A., Amhadi, T., Nazir, R., Irsyam, M., & Faizal, L. (2024). Exploring the evolution of seismic hazard and risk assessment research: A bibliometric analysis. Sustainability, 16, 2687. https://doi.org/10.3390/su16072687
14. İstanbul Büyükşehir Belediyesi. (2003). İstanbul Deprem Master Planı. Deprem ve Zemin İnceleme Müdürlüğü. https://depremzemin.ibb.istanbul/tr/istanbul-deprem-master-plani-2003, Erişim tarihi: 10.03.2025.
15. İstanbul Büyükşehir Belediyesi, Deprem Risk Yönetimi ve Kentsel İyileştirme Daire Başkanlığı, Deprem ve Zemin İnceleme Müdürlüğü. (2007). İstanbul mikrobölgeleme projesi: Avrupa Yakası (Güney) (Cilt I). https://depremzemin.ibb.istanbul/calismalarimiz/tamamlanmis-calismalar/istanbul-ili-mikrobolgeleme-projeleri/, Erişim tarihi: 16.03.2025.
16. İstanbul Büyükşehir Belediyesi, Deprem Risk Yönetimi ve Kentsel İyileştirme Daire Başkanlığı, Deprem ve Zemin İnceleme Müdürlüğü. (2009a). İstanbul mikrobölgeleme projesi: Anadolu Yakası (Cilt I). https://depremzemin.ibb.istanbul/tr/istanbul-ili-mikrobolgeleme-projeleri, Erişim tarihi: 16.04.2025
17. İstanbul Büyükşehir Belediyesi, Deprem Risk Yönetimi ve Kentsel İyileştirme Daire Başkanlığı, Deprem ve Zemin İnceleme Müdürlüğü. (2009b). İstanbul mikrobölgeleme projesi: Anadolu Yakası (Cilt II). https://depremzemin.ibb.istanbul/tr/istanbul-ili-mikrobolgeleme-projeleri, Erişim tarihi: 16.04.2025.
18. İstanbul Büyükşehir Belediyesi. (2019). İstanbul Kentsel Dönüşüm Strateji Belgesi. İstanbul Büyükşehir Belediyesi Deprem ve Zemin İnceleme Müdürlüğü.
19. İstanbul Büyükşehir Belediye Arşivi. (2019).
20. İstanbul Büyükşehir Belediyesi. (2024a). İlçe tsunami bilgi kitapçıkları. https://depremzemin.ibb.istanbul/tr/ilce-tsunami-bilgi-kitapciklari, Erişim tarihi: 16.04.2025
21. İstanbul Büyükşehir Belediyesi. (2024b). Olası deprem kayıp tahminleri ilçe kitapçıkları. https://depremzemin.ibb.istanbul/tr/olasi-deprem-kayip-tahminleri-ilce-kitapciklari, Erişim tarihi: 16.04.2025.
22. JICA & İstanbul Büyükşehir Belediyesi (İBB). (2002). Türkiye Cumhuriyeti İstanbul İli sismik mikro-bölgeleme dâhil afet önleme/azaltma temel planı çalışması: Son rapor. Japon Uluslararası İşbirliği Ajansı (JICA) ve İstanbul Büyükşehir Belediyesi.
23. Kundak, S., & Türkoğlu, H. (2007). İstanbul’da deprem riski analizi. İTÜ Dergisi A: Mimarlık, Planlama, Tasarım, 6(2), 37–46. https://core.ac.uk/display/230193273, Erişim tarihi: 10.03.2025
24. Michael, E. A., & Samanta, S. (2016). Landslide vulnerability mapping (LVM) using weighted linear combination (WLC) model through remote sensing and GIS techniques. Modeling Earth Systems and Environment, 2(88). https://doi.org/10.1007/s40808-016-0141-4
25. Naimi, S., & Tufan, T. (2021). Olası İstanbul depremi ile yapılan kentsel dönüşüm çalışmaları ve alınan önlemlerin irdelenmesi. Aurum Mühendislik Sistemleri ve Mimarlık Dergisi, 5(1), 89–108. https://doi.org/10.53600/ajesa.564197
26. Özel Mazlum, Z., & Yalçıner Ercoşkun, Ö. (2023). İstanbul’un depreme dirençliliği artırmak için coğrafi bilgi sistemlerinin kullanımı. Journal of Management Theory and Practices Research, 4(2), 148–179.
27. Pilehvar, A. A., & Hoseini, G. (2019). Assessment and zoning of Bojnord city in terms of seismic hazards. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 44(3), 501–511. https://doi.org/10.1007/s40996-019-00248-0
28. Quiñones-Bustos, C., Bull, M. T., & Oyarzo-Vera, C. (2021). Seismic and coastal vulnerability assessment model for buildings. Buildings, 11(3), 107. https://doi.org/10.3390/buildings11030107
29. Ródenas, J. L., García-Ayllón, S., & Tomás, A. (2018). Estimation of the buildings seismic vulnerability: A methodological proposal for planning ante-earthquake scenarios in urban areas. Applied Sciences, 8(7), 1208. https://doi.org/10.3390/app8071208
30. Saner, T. S. (2013). Seismic vulnerabilities and risks for urban mitigation planning in Turkey (Yayımlanmamış doktora tezi). Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
31. Sanrı Karapınar, I. (2018). Earthquake risk analysis and damage assessment of districts of Istanbul. Ömer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences, 7(2), 741–750. https://doi.org/10.28948/ngumuh.444771
32. Shafapour Tehrany, M., Yariyan, P., Özener, H., Pradhan, B., & Shabani, F. (2022). Evaluating the application of K-mean clustering in Earthquake vulnerability mapping of Istanbul, Turkey. International Journal of Disaster Risk Reduction, 79, 103154. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2022.103154
33. Sinaga, T. P. T., Nugroho, A., Lee, Y.-W., & Suh, Y. (2011). GIS mapping of tsunami vulnerability: Case study of the Jembrana Regency in Bali, Indonesia. KSCE Journal of Civil Engineering, 15(3), 537–543. https://doi.org/10.1007/s12205-011-0741-8
34. Şimşek, P., & Gündüz, A. (2021). A big earthquake awaits Istanbul: Mini review. Afet ve Risk Dergisi, 4(1), 53–60. https://doi.org/10.35341/afet.849816
35. Tanim, A. H., Goharian, E., & Moradkhani, H. (2022). Integrated socio-environmental vulnerability assessment of coastal hazards using data-driven and multi-criteria analysis approaches. Scientific Reports, 12, 11625. https://doi.org/10.1038/s41598-022-15237-z
36. Türkiye İstatistik Kurumu. (2023). İl ve ilçe bazında nüfus büyüklükleri. https://data.tuik.gov.tr, Erişim tarihi: 15.02.2025.
37. Wang, D., Zhao, X., & Liu, Y. (2022). Effect of spatial variation of earthquake ground motions on seismic vulnerability of urban road network considering building environment. Buildings, 12(3), 308. https://doi.org/10.3390/buildings12030308
38. World Health Organization, Regional Office for the Eastern Mediterranean. (2015). Managing disaster risks in communities: A community-based approach to disaster risk reduction: Training manual for the trainers of cluster representatives and volunteers. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/119856, Erişim tarihi: 16.04.2025.
39. Yi, Y., Zhang, Z., Zhang, W., Xu, Q., Deng, C., & Li, Q. (2019). GIS-based earthquake-triggered landslide susceptibility mapping with an integrated weighted index model in Jiuzhaigou region of Sichuan Province, China. Natural Hazards and Earth System Sciences, 19(8), 1973–1988. https://doi.org/10.5194/nhess-19-1973-2019
40. URL 1: İstanbul Büyükşehir Belediyesi Açık Veri Portalı. (2024). Deprem senaryosu analiz sonuçları. https://data.ibb.gov.tr/dataset/deprem-senaryosu-analiz-sonuclari, Erişim tarihi: 30.10.2024.
41. URL 2: İstanbul Büyükşehir Belediyesi Açık Veri Portalı. (2024). Mahalle bazlı bina sayıları. https://data.ibb.gov.tr/dataset/mahalle-bazli-bina-analiz-verisi, Erişim tarihi: 30.10.2024.
42. URL 3: İstanbul Büyükşehir Belediyesi Açık Veri Portalı. (2024). Akaryakıt istasyonları veri seti. https://data.ibb.gov.tr/dataset/akaryakit-istasyonlari, Erişim tarihi: 30.10.2024.