Spatial Analysis of Building Density and Liquefaction Spread in Izmit Bay and its Surroundings

Öz

Since December 2017, with the support of Kocaeli Metropolitan Municipality and with the leadership of Kocaeli University Geomatic Department, TÜBİTAK project numbered 117Y155 and titled “Monitoring of Vertical Displacements in East Marmara (Izmit Bay) with Multi-Band InSAR and GNSS Techniques, Investigation of the Relationship Between Ground Collapse and Building Density and Liquefaction" studies have been initiated to determine the risks in the Izmit Bay area. In this context, the spatial distribution of the building density analyzes and the spatial distribution of liquefaction around the gulf region were handled and integrated in the GIS environment within the scope of the project. The spatial distributions of the building floors were examined by spatial autocorrelation studies, taking into account the 3rd dimension of the buildings for the extraction of information about the load on the ground. Among the spatial autocorrelation analysis, Local Moran’s I statistics were taken into consideration comparatively. In addition, the liquefaction potential observed around the bay and its surroundings is evaluated for 0-3 m, 3-6 m, 6-9 m, 9-12 m from 33-35 m depths. Liquefaction areas and risky areas are defined by categorizing liquefaction values for different depths according to liquefaction potential thresholds. As a result, buildings in liquefaction risk areas were determined. The study is important in terms of taking sustainable precautions against future natural disasters, preparing precaution plans for the speed and density of construction, determining the current situation of building and ground liquefaction around Gölcük and Izmit Bay, taking engineering measures in risky areas and providing building and life safety and creating a basis for disaster assessments.

Anahtar Kelimeler

• Izmit Bay
• Liquefaction
• Building Floor Density
• Spatial Autocorrelation

İzmit Körfezi ve Çevresinde Bina Yoğunluk ve Sıvılaşma Yayılımının Mekânsal Analizi

Öz

2017 yılı Aralık ayından itibaren KOÜ Harita Mühendisliği Bölümü’nün yürütücülüğü ve Kocaeli Büyükşehir Belediyesi’nin desteği ile “Çok Bandlı InSAR ve GNSS Tekniği ile Doğu Marmara (İzmit Körfezi) Düşey Yönlü Yer Değiştirmelerin İzlenmesi, Zemin Çökmeleri ile Bina Yoğunluğu ve Sıvılaşma İlişkisinin Araştırılması” başlıklı ve 117Y155 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında İzmit körfez bölgesinde risklerin tespiti için çalışmalara başlanmıştır. Bu bağlamda, proje kapsamında yapılan bina yoğunluk analizleri ve sıvılaşmanın körfez bölgesi çevresindeki mekânsal dağılımı CBS ortamında bütünleşik olarak ele alınarak mekânsal dağılımları incelenmiştir. Zemindeki yüke ait bilgi çıkarımı için binaların 3. boyutu dikkate alınarak bina katlarının mekânsal dağılımları mekânsal otokorelasyon çalışmaları ile irdelenmiştir. Mekansal otokorelasyon analizlerinden Lokal Moran’s I istatistikleri dikkate alınmıştır. Ayrıca körfez ve çevresinde görülen sıvılaşma potansiyeli 0-3 m, 3-6 m, 6-9 m, 9-12m’den 33-35 m derinlikleri için oluşturulmuştur. Sıvılaşma potansiyel eşiklerine göre, farklı derinlikler için, sıvılaşma değerleri kategorize edilerek sıvılaşma alanları ve riskli bölgeler tanımlanmıştır. Sonuç olarak sıvılaşma risk alanlarında bulunan bina tespitleri yapılmıştır. Çalışma; ileriye yönelik doğal afetlere karşı sürdürülebilir önlemlerin alınması, yapılaşma hızı ve yoğunluğu için önlem planlarının hazırlanması, Gölcük ve İzmit Körfez çevresinde bina ve zemin sıvılaşmalarının mevcut durumunun belirlenmesi, risk taşıyan alanlarda mühendislik tedbirlerinin alınarak yapı ve can güvenliğinin sağlanması ve afet değerlendirmelerinde altlık oluşturması açısından önem arz etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• İzmit Körfezi
• Sıvılaşma
• Bina Kat Yoğunluğu
• Mekansal Otokorelasyon

Kaynakça

1. Anastasopoulos I., Gazetas G., (2007), Foundation–structure systems over a rupturing normal fault: Part I. observations after the Kocaeli 1999 earthquake, Bulletin of Earthquake Engineering, 5, 253-275.
2. Ardıç Ö., (2006), Analysis of Bearing Capacity Using Discrete Element Method, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
3. Arel E., Önalp A., (2012), Geotechnical properties of Adapazı Silt, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71(4), 709-720.
4. Aşcı M., Özçep F., Alpaslan N., Karabulut, S., Yas T., (2003), Evaluation of liquefaction potantial by different approaches in some points of northern part of Gölcük, Turkey, The 3rd International Conference on Earth Sciences and Electronics, Proceedings, October 23-24, İstanbul, Turkey.
5. Aşçı M., Yas T., Çaka D., Erdoğan B., Özçep F., (2007), Kocaeli-Gölcük Çökme Bölgesi Zemininin Sıvılaşma Potansiyeli, International Earthquake Symposium, October 22-26, Kocaeli.
6. Aşcı M., Özçep F., Erhan A., Yas T., Alpaslan N., (2007), Liquefaction Potantial of İzmit-Saraybahçe Soils, The 16th International Geophysical Congres and Exhibition of Turkey, December 07-10, Ankara.
7. Aydan Ö., Ulusay R., Atak V.O., (2008), Evaluation of ground deformations induced by the 1999 Kocaeli earthquake (Turkey) at selected sites on shoreline, Environ Geol, 54(165), doi:10.1007/s00254-007-0803-x.
8. Barka A., (1999) The 17 August 1999 Izmit Earthquake, Science, 285, 1858-1859.

9. Barka A., (2001), 17 Ağustos 1999 İzmit Depremi Postsismik Deformasyonun Sentetik Açıklık Radar İnterferometrisi Yöntemi ile İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
10. Bray J.D., Sancio R.B., Riemer M.F., Durgunoglu H.T., (2004), Liquefaction susceptibility of fine-grained soils, Editör: Doolin, Kammerer, Nogami, Seed, Towhata, Proc. 11th Inter. Conf. On Soil Dynamics and Earthquake Engineering and 3rd Inter. Conf. on Earthquake Geotechnical Engineering 1, Jan. 7–9, Stallion Press, Berkeley, California, USA.
11. Bray J.D., Dashti S., (2014), Liquefaction-Induced Building Movements, Bulletin of Earthquake Engineering, 12(3), 1129-1156.
12. Bray J.D., Macedo J., (2017), 6th Ishihara lecture: Simplifed procedure for estimating liquefaction induced building settlement, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 102, 2015-231.
13. Çetin K.Ö., Unutmaz B., (2004), Zemin sıvılaşması ve sismik zemin davranışı, Türkiye Mühendislik Haberleri (TMH), 430-2004/2, 32-37.
14. Demirtaş R., (1999), 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depremi; Hasarın Ağır Olmasında Ne Etkili Oldu?”. Haber Bülteni, http://eski.jmo.org.tr/resimler/ekler/9dfa2df42d9e3d4_ek.pdf?dergi=HABERBULTENI [Erişim 02 Ocak 2020].
15. Demirtaş R., (2000), 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depremi Raporu, Deprem Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara, 295ss.
16. Demirtaş R., Şaffak D., Şahin M., Bulut N., (2008), Kavaklı Fayı (Gölcük-Izmıt) Paleosismisite Arastırmaları, http://www.academia.edu/8775512/Kavaklı_Fayı_Golcukİzmıt_Paleosısmısıte_Arastırmaları_Yuzey_Faylanması_Tehlıke_Zonu_Acısından_Degerlendırme, [Erişim 02 Ocak 2020].
17. Efe R., (2000), Gölcük ve Düzce Depremleri 1999, Fatih Üniversitesi Yayınları, No.7, İstanbul, 134ss.
18. Efe R., Demirci A., (2001), Gölcük 1999 depreminde zemin ve yerşekli özelliklerinin şiddet ile hasar dağılışına etkisi, Türk Coğrafya Dergisi, 36, 1-15 .
19. Erdik M., Demircioğlu M.B., Sesetyan K., Durukal E., Siyahi B., (2004), Earthquake Hazard in Marmara Region, Soil Dynamics And Earthquake Engineering, 24, 605-631.
20. Erken A., Özay R., Kaya Z., Ülker M.B.C., Elibol B., (2004), Depremler Sırasında Zeminlerin Sıvılaşması ve Taşıma Gücü Kayıpları, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı 431- 2004/3, 20-26.
21. Getis A., Ord J.K., (1992), The analysis of spatial association by Use of distance statistics, Geographical Analysis, 24, 189–206.
22. Gürsu, (2008), Kocaeli İli Yazlık-Hisareyn-İhsaniye-Yeniköy ve Gölcük sınırları içinde kalan Afete Maruz Bölge’nin Revize İmar Planına Esas Jeolojik-Jeoteknik Etüt Raporu, Sismik Zemin Mühendislik Ltd. Şti., Kocaeli.
23. Haack B.N., Rafter A., (2006), Urban growth analysis and modelling in the Kathmandu valley, Nepal, Habitat International, 30(4), 1056–1065.
24. Idriss I.M., Boulanger R.W., (2006), Semi-empirical procedures for evaluating liquefaction potential during earthquakes, 11th International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering (ICSDEE): Part II 26, 115-130.
25. Idriss I.M., Boulanger R.W., (2008), Soil liquefaction during earthquakes monograph mno-12, Earthquake Engineering Research Institute, Oakland, CA, 261ss.
26. Ishihara K., Yoshimine M., (1992), Evaluation of settlements in sand deposits following liquefaction during earthquakes, Soils Found 32(1), 173–188.
27. İÜ, (1999), 17 Ağustos 1999 Gölcük (Kocaeli) depremi, İstanbul Üniversitesi Raporu, http://avnidincer.8m.com/IURapor.html [Erişim 02 Ocak 2017].
28. Iwasaki T, Tokida K, Tatsuoka F, Watanabe S, Yasuda S, Sato H, (1982), Microzonation for soil liquefaction potential using simplified methods, The 3rd International Conference on Microzonation, Seattle, ss.1310–1330.
29. İTÜ, (1999), İstanbul Teknik Üniversitesi Ön değerlendirme Raporu, 17 Ağustos 1999 Kocaeli Depremi, http://web.archive.org/ web/20120611004336/http://www.belgenet.com/deprem/depremitu.html [Erişim 27 Aralık 2016].
30. Jat M.K., Garg P.K., Khare D., (2008), Monitoring and modelling of urban sprawl using remote sensing and GIS techniques, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 10, 26-43.
31. Lu G.Y., Wong D.W., (2008). An adaptive inverse-distance weighting spatial interpolation technique, Computers & Geosciences, 34(9), 1044–1055.
32. Mitra D.L., (2009), Strengthening student voice initiatives in high schools: An examination of the supports needed for school-based youth-adult partnerships, Youth & Society, 40(3), 311-335.
33. Moran P., (1948), The interpretation of statistical maps, Journal of the Royal Statistical Society, 10, 243–251.
34. Pan X.Z., Zhao Q.G., Chen J., Liang Y., Sun B. (2008), Analyzing the Variation of Building Density Using High Spatial Resolution Satellite Images: The Example of Shanghai City, Sensors, 8(4), 2541-2550.
35. Saygılı G., Hanna A.M., Ural D., (2007), Neural network model for liquefaction potential in soil deposits using Turkey and Taiwan earthquake data, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27, 521-540.
36. Özmen B., (2000), 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depreminin Hasar Durumu (Rakamsal Verilerle), Türkiye Deprem Vakfı, TDV/DR 010-53, http://deprem.gazi.edu.tr/posts/download?id=43388, [Erişim 2 Ocak 2017].
37. Seed H.B., Idriss I.M., (1971), Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential, Journal of Soil Mechanicsand Foundation Division, 97(9), doi: 10.1061/JSFEAQ.0001662.
38. Seed H.B., Tokimatsu K., Harder L.F., Chung R.M., (1985), Influence of SPT Procedures in Soil Procedures in Soil Liquefaction Resistance Evaluations, Journal of Geotechnical Engineering, 111(12), 1425-1445.
39. Shepard D., (1968), A two-dimensional interpolation function for irregularly-spaced data, Proceedings of the 1968 ACM National Conference, ss.517–524.
40. Shuvankar D., Sima G., Kayal J.R., (2018), Liquefaction Potential of Agartala City in Northeast India Using a GIS Platform, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, (2019)78, 2919–2931.
41. Sönmez H., (2003), Modification of the liquefaction potential index and liquefaction susceptibility mapping for a liquefaction-prone area (Inegol, Turkey), Environmental Geology, 44, 862-871.
42. Ulusay R., Aydan Ö., Kumsar H., Sönmez H., Tuncay E., (2000), Türkiye’de Son Depremlerde görülen sıvılaşma olgusu ve Batı Anadolu’da sıvılaşma potansiyeline genel bir bakış, Batı Anadolu’nun Depremselliği Sempozyumu, 24-27 Mayıs, İzmir, ss.323-336.
43. URL-1, (2016), http://www.ym.com.tr/Files/UserFiles/Arge/Deprem_Muhendisligi/6.%20Dogu%20marmara%20depremi.pdf, [Erişim 27 Aralık 2016].
44. USGS (2005), M7.6 - 4 km ESE of Derince, Turkey, https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp0009d4z/executive [Erişim 23 Ekim 2021].
45. Xiao J., Shen Y., Ge J., Tateishi R., Tang C., Liang Y., Huang Z., (2006), Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang, China, by using GIS and remote sensing, Landscape and Urban Planning, 75, 69-80.
46. Yüksel Y., Özmen H., Çevik E., Özgüven O., Çelikoğlu Y., Bostan T., Gürer S., Gökoğlu F., (2000), Doğu Marmara Depreminin Körfez Bölgesi Deniz Yapıları Üzerindeki Etkileri, III. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu, 5-7 Ekim, Çanakkale.
47. Yang X., Liu Z., (2005), Use of satellite derived landscape imperviousness index to characterize urban spatial growth, Computers, Environment and Urban Systems, 29, 524-540.