Shoreline change in the Filyos River Delta on the Black Sea and indications for near future

Abstract

After the construction of Hisarönü (Filyos) Fishing Harbour and Filyos Port, remarkable
changes in the shoreline, beach and backshore area were observed on the Filyos River
Delta. In this study, the changes of the shoreline on the Filyos River Delta were analyzed,
and the degree, speed, area and location characteristics of these changes were investigated.
The research was carried out based on Geographic Information Systems (GIS) and Remote
Sensing (RS) technologies. The results were tested by field studies. As the data source, Landsat
satellite images for 5-year periods from 1984 to 2020 were preferred. Normalized Difference
Water Index (NDWI) was used for determination of the shorelines, and the Digital Shoreline
Analysis System (DSAS) was used for analysis of the change in the shoreline, erosion and
sand accumulation. The “Difference” tool in the “Image Analyst” extension of ArcGIS 10.5
software was used to determine the spatial changes in the beach and backshore. The results
of the analysis indicate that shoreline progression and sand accumulation of between 51.70
- 259.42 meters have occurred during 36 years on the eastern shore of Hisarönü Fishing
Harbour. On the other hand, in the area of Filyos Port, it was determined that the shoreline
had retreated between -229.49 and -366.32 meters. These results show that the shoreline
changes accelerated significantly after the construction of the newly-built coastal structures.
Considering the shoreline progression and the development rate of the sand accumulation, it
is predicted that the entrance of Hisarönü Fishing Harbour will be closed in a short time due
to the sand, and the ancient Tios Port east of the Hisarönü Fishing Harbour will be submerged
under sand fill.

Keywords

• Filyos River Delta
• Geomorphology
• Shoreline change
• GIS & RS.

Filyos Çayı Deltasında (Karadeniz) kıyı çizgisi değişiklikleri ve yakın geleceğe yönelik göstergeler

Abstract

Hisarönü (Filyos) Balıkçı Barınağı ve Filyos Limanı inşaatları sonrasında, Filyos Çayı Deltası kıyılarında;
kıyı çizgisi, plaj ve artkıyı alanında zamana bağlı değişiklikler dikkat çekici olmaya başlamıştır.
Bu çalışmada; Filyos Çayı Deltası kıyılarında kıyı çizgisinin zamana bağlı değişimi analiz edilerek,
bu değişimlerinin miktarları, hızı, alan ve lokasyon özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Araştırma,
Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Uzaktan Algılama teknolojileri ile gerçekleştirilen analiz yöntemlerine
dayalı olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar arazi çalışmaları ile test edilmiştir. Veri kaynağı
olarak 1984-2020 yıllarına ait 5 er yıllık dönemler için Landsat uydu görüntüleri tercih edilmiştir.
Kıyı çizgilerinin belirlenmesi için “Normalized Difference Water Index (NDWI)” yöntemi, kıyı çizgilerinin
değişimi, kıyı erozyonu ve birikimi analizi için ise “Digital Shoreline Analysis System (DSAS)”
kullanılmıştır. Plaj ve artkıyıdaki alansal değişimleri belirlemek için ArcGıs 10.5 yazılımdaki “Image
Analyst” uzantısında bulunan “Difference” aracından yararlanılmıştır. Analiz sonuçları, Hisarönü
Balıkçı Limanı’nın doğu kıyısında 36 yılda 51.70 - 259.42 metre arasında kıyı çizgisi ilerlemesinin ve
kum birikiminin gerçekleştiğini göstermektedir. Diğer taraftan, Filyos Limanı proje sahasında, kıyı
çizgisinin -229.49 ile -366.32 metre arasında gerilediği tespit edilmiştir. Analiz sonuçları kıyı çizgisi
değişimlerinin, kıyı yapılarının inşaatından sonra belirgin olarak hızlandığını göstermektedir. Kıyı
çizgisi ilerlemeleri ve oluşan kum birikimlerinin gelişim hızları da dikkate alındığında, yakın gelecekte;
Hisarönü Balıkçı Barınağının girişinin kapanacağı, Hisarönü Balıkçı Barınağının doğusundaki Tios
antik limanının kum birikimi altında kalacağı öngörülmektedir.

Keywords

• Filyos Çayı Deltası
• Jeomorfoloji
• Kıyı Çizgisi Değişimi
• CBS&UZAL

References

1. Aksoy, E., & Yıldırım, Ş. (2017). Rise and fall of Tios-Tieion. Materials Science and Engineering, 245. https://iopscience.iop.org/article /10.1088/1757-899X/245/7/072013
2. Atış, E., & Çelikoğlu, Ş. (2019). Sosyo-ekonomik ve çevresel yönleriyle Filyos Vadi Projesi. Social Sciences Studies Journal (Sssjournal), 29, 49-68. http://www.sssjournal.com/DergiTamDetay. aspx?ID=1188
3. Avcı, M., & Avcı, S. (2001). Limanların kıyı alanları üzerindeki etkilerine bir örnek: Filyos Limanı Projesi. İçinde E. Özhan & Y. Yüksel (Eds.) Türkiye’nin Kıyı ve Deniz Alanları III. Ulusal Konferansı. Çetinkaya, M. (2012). Filyos Vadisi Projesi. 1-37. Batı Karadeniz Kalkınma Ajansı. http://bakkakutuphane.org/upload/flip-page/Filyos% 20Vadisi%20Projesi/HTML/index.html#1
4. Davidson-Arnott, R. (2010). Introduction to coastal processes and geomorphology. Cambridge University Press. New York.
5. Duran, A. (2021). Gelik Deresi (Zonguldak) – Bartın Çayı (Bartın) arasının uygulamalı kıyı jeomorfolojisi etüdü (Tez No:666550) [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi]. Yök Tez Merkezi.
6. Erol, O. (1997). Türkiye’deki kıyı kullanım sorunlarına jeomorfolojik yaklaşım, Ankara Üniversitesi Türkiye Coğrafyası Araştırma ve Uygulama Merkezi, Türkiye Coğrafyası Dergisi, 6, 93-122.
7. Fan, D., Nguyen, D.V., Su, J., Bui, V.V. & Tran, D.L. (2019). Coastal morphological changes in the Red River Delta under increasing natural and anthropic stresses. Anthropocene Coasts, 2: 51–71. https://doi.org/10.1139/anc-2018-0022
8. Filyosvadi (2021, 10 Eylül) Filyos Vadi Projesi. https://www.filyosvadisi. com/

9. HBB (2006). Filyos (Zonguldak) Kardemir A.Ş. Liman Tesisleri İmar Planı-2006. Zonguldak-Hisarönü (Filyos) Balıkçı Barınağı, Ulaş- tırma Bakanlığı DLH İnşaatı Genel Müdürlüğü . Zonguldak-Bartın- Karabük (ZBK) Bölgesel Kalkınma Projesi.
10. Henrico I., Ledwaba, T. & Zyl, G. (2020). Measuring the effect of wind-driven processes on coastal dunes: a study of the Atlantis and Geelbek dune fields along the West Coast of South Africa. Spatial Information Research, 28, 569–577. https://doi. org/10.1007/s41324-020-00317-x
11. Himmelstoss, E.A., Henderson, R.E., Kratzmann, M.G., & Farris A.S. (2018). Digital Shoreline Analysis System (DSAS) Version 5.0 User Guide. https://doi.org/10.3133/ofr20211091
12. Joesidawati, M.I. (2016). Shoreline change in Tuban district, East Java using geospatial and Digital Shoreline Analysis System (DSAS) techniques. International Journal of Oceans and Oceanography, 10(2), 235-246.
13. Kılar, H. & Çiçek, İ. (2018). Göksu Deltası kıyı çizgisi değişiminin DSAS aracı ile belirlenmesi. Coğrafi Bilimler Dergisi, 16 (1), 89-104. https:// dergipark.org.tr/tr/pub/aucbd/article/561264
14. Kuleli, T., Güneroğlu, A., Karslı, F. & Dihkan, M. (2011). Automatic detection of shoreline change on coastal Ramsar wetlands of Turkey. Ocean Engineering, 38 (10), 1141–1149. https://doi.org/ 10.1016/j.oceaneng.2011.05.006
15. Leatherman, S.P. (2003). Shoreline change mapping and management along the U.S. East Coast. Journal of Coastal Research, 38: 5-13.
16. Liu, Y., Wang, X., Ling, F., Xu, S. & Wang, C. (2017). Analysis of coastline extraction from landsat-8 oli imagery. Water, 9(11), 816. https://doi.org/10.3390/w9110816
17. Liu, Y., Li, X. & Hou, X. (2020). Spatiotemporal changes to the river channel and shoreline of the Yellow River Delta during a 40-year period (1976–2017). Journal of Coastal Research, 36(1): 128- 138. https://www.jstor.org/stable/26864922
18. Mahamud, U. & Takewaka, S. (2018). Shoreline change around a river delta on the Cox’s Bazar Coast of Bangladesh. Journal of Marine Science and Engineering, 6(3): 80. https://doi.org/10.3390/ jmse6030080
19. McFeters S.K. (1996). The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing, 17(7): 1425-1432. https://doi. org/10.1080/01431169608948714
20. Mitra, S.S., Mitra, D. & Santra, A. (2017). Performance testing of selected automated coastline detection techniques applied on multispectral satellite imageries. International Journal of Earth Sciences, 10: 321–330. https://doi.org/10.1007/s12145-017- 0289-3
21. Morrone, C. & Ietto, F. (2021). Shoreline evolution and modern beach sand composition along a coastal stretch of the Tyrrhenian Sea, southern Italy. Journal of Palaeogeography, 10: 7. https:// doi.org/10.1186/s42501-021-00088-y
22. Moussaid, J., Fora, A.A., Zourarah, B., Maanan, M. & Maanan, M. (2015). Using automatic computation to analyze the rate of shoreline change on the Kenitra coast, Morocco. Ocean Engineering, 102, 71-77. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.04.044
23. Norman, T. (1977). Landsat (Erts) görüntüleri yardımıyla batı Karadeniz kıyı akıntılarının incelenmesi. Türkiye Jeoloji Bülteni, 20 (1), 55-62. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tjb/issue/64643/987516
24. Ouillon, S. (2018). Why and how do we study sediment transport? Focus on coastal zones and ongoing methods. Water, 10: 390. https://doi.org/10.3390/w10040390
25. Oyedotun, T.D.T. (2014). Shoreline geometry: DSAS as a tool for Historical Trend Analysis. Geomorphological Techniques, 2,1-12.
26. Oyedotun, T.D.T. (2016). Shoreline evolution and metocean data behaviour in Southwest England: Is there any historical link? Environmental Processes, 939–960. https://doi.org/10.1007/ s40710-016-0189-4
27. Özpolat, E., & Demir, T. (2019). The spatiotemporal shoreline dynamics of a delta under natural and anthropogenic conditions from 1950 to 2018: A dramatic case from the Eastern Mediterranean, Ocean & Coastal Management, 180. https://doi.org/10.1016/j. ocecoaman.2019.104910
28. Reed D.J. (2002). Overview: Using geomorphology at the coast, Applied Geomorphology, Part 4: Coast.
29. Sarwar, M., & Woodroffe, C.D. (2013). Rates of shoreline change along the coast of Bangladesh. Journal of Coastal Conservation, 17 (3), 515-526. https://doi.org/10.1007/s11852-013-0251-6
30. Sheik, M., & Chandrasekar (2011). A shoreline change analysis along the coast between Kanyakumari and Tuticorin, India, using digital shoreline analysis system. Geo-spatial Information Science, 14 (4), 282–293. https://doi.org/10.1007/s11806-011-0551-7
31. Stanica, A. & Ungureanu, V.G. (2010). Understanding coastal morphology and sedimentology. Terre et Environnement, 88: 105– 111.
32. Thao, N.V., Thanh, T.D., Saito, Y. & Gouramanis, C. (2013). Monitoring coastline change in the Red River Delta using remotely sensed data. Journal of Marine Science and Technology, 13(2): 151-160. http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst
33. Thinh, N.A. & Hens, L. (2017). A Digital Shoreline Analysis System (DSAS) applied on mangrove shoreline changes along the Giao Thuy Coastal area (Nam Dinh, Vietnam) during 2005-2014. Vietnam Journal of Earth Sciences, 39(1): 87-96. https://vjs.ac.vn/ index.php/jse/article/view/9231
34. Turoğlu, H. (2005). Tabzon-Sarp arası Karadeniz sahil yolu inşaatının jeomorfolojik etkileri. 29–30 Eylül 2005, İ.Ü. Ulusal Coğrafya Kongresi Bildiri Kitabı: 353–362, ISBN 975–6686–02–0.
35. Turoğlu, H. (2017). Deniz ve göllerde kıyı. İçinde H. Turoğlu, H. & Yiğitbaşıoğlu, H. (Eds.) Yasal ve Bilimsel Boyutlarıyla KIYI (ss. 01- 32). Jeomorfoloji Derneği Yayınları, Yayın no: 1, ISBN 978-605- 67576-0-0, İstanbul.
36. Turoğlu, H. (2019). Yapay kıyıların jeomorfolojik tanımlaması: Diliskelesi kıyıları örneği (Kocaeli, Türkiye) İstanbul Üniversitesi Coğrafya Dergisi (Istanbul University Journal of Geography), 39: 11-27. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/804680
37. Turoğlu, H., Özdemir, H., Gönençgil, B., & Mater, B. (2004). Hatalı kıyı kullanımının neden olduğu bir problem: Karaburun Limanın (İstanbul) dolması. Türkiye’nin Kıyı ve Deniz Alanları V. Ulusal Konferansı, Adana, Türkiye, 1 - 04 Mayıs 2004, cilt.2, sayfa: 633-642.
38. UNEP (2006). Marine and coastal ecosystems and human wellbeing: A synthesis report based on the findings of the Millennium Ecosystem Assessment, UNEP. https://digitallibrary.un.org/record/ 584556
39. USGS (2021, 10 Eylül). USGS Earth Explorer. https://earthexplorer. usgs.gov/
40. Xu, H. (2006). Modification of normalised difference water index (ndwi) to enhance open water features in remotely sensed imagery. International Journal of Remote Sensing, 27(14),3025- 3033. https://doi.org/10.1080/01431160600589179
41. Wang, K. (2019). Evolution of Yellow River Delta coastline based on Remote Sensing from 1976 to 2014, China. Chinese Geographical Science, 29(2): 181–191. https://doi.org/10.1007/s11769- 019-1023-5
42. Wang, X., Zhang, H., Fu, B. & Shi, A., (2013). Analysis on the coastline change and erosion-accretion evolution of the Pearl River Estuary, China, based on remote-sensing images and nautical charts. Journal of Applied Remote, Sensing, 7 (1). https://doi. org/10.1117/1.JRS.7.073519
43. Vélez-Castaño, J.D., Betancurth-Montes, G.L. & Cañón-Barriga, J.E. (2021). Erosion and progradation in the Atrato River delta: A spatiotemporal analysis with Google Earth Engine. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 99: 83-98. https:// www.doi.org/10.17533/udea.redin.20200688
44. Yıldırım, Ş. (2017). Tios-Tieion: söylenecek çok önemli bir şeyi olmayan kent, Trakya Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Dergisi, 7, (14), 206-242. https://dergipark.org.tr/tr/pub/trkede/issue/ 40912/494091
45. Yıldırım, Ş. (2015). Tios Roma Tiyatrosu. İçinde Atasoy, S. & Yıldırım, Ş. (Eds.) Zonguldak’ta Bir Antik Kent: Tios. 2006-2012 Tios Kazılarının Sonuçları (ss: 271-295), Ankara.
46. Yüksel F.A. & Atasoy S., (2007). Karadeniz’de bozulmamış tek yer AntikTios/Tieion’da (Zonguldak-Çaycuma-Filyos) Arkeojeofizik Çalışmaları, 60. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildiri Özleri Kitabı, Ankara, 128-130.