Temporal and Spatial Analysis of Izmit Bay Coastal Change with GIS and Remote Sensing Technologies

Yıl 2025, Sayı: 8 ÇEVRE, 49 - 62, 05.02.2025

Ozan Arslan , Damlanur Karabulut , Begüm Güner

Öz

The coastline is the meeting line between the sea and the land next to the tidal high point and is one of the most important landforms of the earth, as well as an important feature that can change over time. In addition to geological effects such as sediment deposition of seas and rivers, interaction, different ocean and weather conditions, anthropogenic effects also form the coastline. As an intermediate line between land and water, the coastline, together with the coastal zone, is seen as one of the very complex, dynamic and at the same time unstable geomorphic components in the coastal environment, which is influenced by marine and terrestrial forces and changes coastal landforms. In this study, the shoreline change of Izmit Bay was analyzed temporally and spatially by using Landsat-5 and Sentinel-2A satellite images between 2006- 2023 with geographic information system (GIS) and remote sensing methods. Shorelines were produced by image classification of NDWI image, which is an effective method in the detection of water bodies. Then, coastal change analysis of Izmit Bay was performed by using SCE, NSM, EPR, LRR, WLR shoreline change statistics from the produced coastlines.

Anahtar Kelimeler

Coastline detection, image classification, digital shoreline analysis system (DSAS), GIS, remote sensing, and change detection.

İzmit Körfezi Kıyı Değişiminin Coğrafi Bilgi Sistemi ve Uzaktan Algılama Teknolojileri ile Zamansal ve Mekansal Analizi

Öz

Kıyı şeridi, gelgit yükseklik noktasının yanında yer alan deniz ile karanın buluşma çizgisidir ve yeryüzünün en önemli yeryüzü şekillerinden biri olmasının yanı sıra, zaman içinde değişebilen önemli bir özelliğidir. Denizlerin ve nehirlerin tortu birikimi, etkileşimler, farklı deniz ve hava koşulları gibi jeolojik etkilerin yanı sıra antropojenik etkiler de kıyı şeridini oluşturur. Kara ve su arasında bir ara hat olan kıyı şeridi, kıyı bölgesi ile birlikte, denizel ve karasal kuvvetlerden etkilenen ve kıyı yeryüzü şekillerini değiştiren kıyı ortamındaki çok karmaşık, dinamik ve aynı zamanda kararsız jeomorfik bileşenlerden biri olarak görülmektedir. Bu çalışmada coğrafi bilgi sistemi (CBS) ve uzaktan algılama yöntemleri ile İzmit Körfezi kıyı çizgisi değişimi 2006- 2023 yılları arasında Landsat-5 ve Sentinel-2A uydu görüntüleri kullanılarak zamansal ve mekansal olarak analiz edilmiştir. Su kütlelerinin tespitinde etkin bir yöntem olan NDWI (normalleştirilmiş fark su indeksi) görüntülerinde görüntü sınıflandırması yapılarak kıyı çizgisi üretilmiştir. Daha sonra üretilen kıyı çizgilerinden SCE, NSM, EPR, LRR, WLR kıyı şeridi değişim istatistikleri kullanılarak İzmit Körfezi’nin kıyı değişim analizi gerçekleştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kıyı şeridi tespiti, Görüntü sınıflandırma, Sayısal kıyı şeridi analiz sistemi (DSAS), CBS, Uzaktan algılama ve Değişim tespiti.

Kaynakça

• Adebola, A. O., Ojoye, S., and Ibitoye, M. O. (2017). Geospatial Analysis of Coastal Land Use/Land cover Pattern and Shoreline Changes in Akwa-Ibom State, Nigeria.
• Alharbi, O.A., Michael, R.P., Allan, T.W., Tony, T., Mohammed, H., Jehad, K., Abdoul Jelil, N., El Sayed, H. (2017). Temporal Shoreline Change and Infrastructure Influences along the Southern Red Sea Coast of Saudi Arabia. Arab. J. Geosci., 10, 360–364.
• Anthony, E. J., Vanhee, S., and Ruz, M. H. (2006). Short-Term Beachdune Sand Budgets on the North Sea Coast of France: Sand Supply from Shoreface to Dunes and the Role of Wind and Fetch, Geomorphology, vol. 81, nos. 34,pp. 316329, doi: 10.1016/j.ge- omorph.2006.04.022.
• Aouiche, I., Daoudi, L., Anthony, E.J., Sedrati, M., Ziane, E., Harti, A., Dussouillez, P. (2016). Anthropogenic Effects on Shoreface and Shoreline Changes: Input From a Multi-Method Analysis, Agadir Bay, Morocco. Geomorphology 254, 16–31.
• Baig, M. R. I., Ahmad, I. A., Shahfahad,, Tayyab, M., and Rahman, A. (2020). Analysis of Shoreline Changes in Vishakhapatnam Coastal Tract of Andhra Pradesh, India: An Application of Digital Shoreline Analysis System (DSAS). Ann. GIS 26, 361–376. doi: 10.1080/19475683.2020.1815839.
• Balopoulos, E. T., Collins, M. B., and James, A. E. (1986). Satellite Images and Their Use in the Numerical Modelling of Coastal Processes, Int. J. Remote Sens., vol. 7, no. 7, pp. 905919.
• Boutiba M., and Bouakline, S. (2011). Monitoring Shoreline Changes Using Digital Aerial Photographs, Quick-Bird Image and DGPS Topographic Survey: Case of the East Coast of Algiers, Algeria, Eur. J. Sci. Res., vol. 48, no. 3,pp. 361369.
• Cai, F., Su, X., Liu, J., Li, B., and Lei, G., (2009). Coastal Erosion in China under the Condition of Global Climate Change and Measures for its Prevention, Prog. Natural Sci., vol. 19, no. 4, pp. 415426, doi:10.1016/j.pnsc.2008.05.034.
• Cameld, F. E., and Morang, A. (1996). Dening and Interpreting Shoreline Change, Ocean Coastal Manage., vol. 32, no. 3, pp. 129151.
• Carter, R.W. G. and Woodroffe, C. D. Eds., (1994). Coastal Evolution: Late Quaternary Shoreline Morphodynamics: A Contribution to IGCP Project 274: Coastal Evolution in the Quaternary. Cambridge, U.K., Cambridge Univ. Press.
• Chen, L.C., Rau, J.Y. (1998). Detection of Shoreline Changes for Tideland Areas Using Multi-Temporal Satellite Images. Int. J. Rem. Sen.19, 3383–3399.
• Chu, Z. X., Sun, X. G., Zhai, S. K., and Xu, K. H. (2006). Changing Pattern of Accretion/Erosion of the Modern Yellow River (Huanghe) Subaerial Delta, China: Based on Remote Sensing Images, Mar. Geol., vol. 227, nos. 12, pp. 1330.
• Ciritci, D. (2020). İzmit Körfezi Kıyı Değişiminin Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Uzaktan Algılama Yöntemleriyle Otomatik Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Sivas: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri.
• Cracknell, A. P. (1999). Remote Sensing Techniques in Estuaries and Coastal Zones - An Update. Int. J. Of Remote Sens. 19, 485–496.
• Das, S.K., Sajan, B., Ojha, C., Soren, S. (2021). Shoreline change behavior study of Jambudwip island of Indian Sundarban using DSAS model. Egypt. J. Remote Sens. Space Sci. 2021, 24, 961–970.
• Emiljan, G., Altin, K. (2018). DSAS Application in Monitoring Shoreline. CASE STUDY: “Shkumbini River Mouth Divjaka Beach Coastline. In Proceedings of the 1st Western Balkan Conference (GIS-Mine Surveying-Geodesy-Geomatics), Tirana, Albania, 18–21.
• Garipağaoğlu N., Uzun, M. (2014). Kıyı Çizgisi Değişiminin Yaratacağı Riskler Açısından İzmit Körfezi Kıyılarının Değerlendirlilmesi, Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, Cilt: 7 Sayı: 31 Volume: 7 Issue: 3.
• Garipağaoğlu N., Uzun, S. (2015). İzmit Körfezi Kıyılarında Kıyı Alanı Kullanımı, Türk Coğrafya Dergisi Sayı 63: 9-22, İstanbul.
• Ghaderi, D., and Rahbani, M. (2020). Detecting Shoreline Change Employing Remote Sensing Images (Case study: Beris Port-east of Chabahar, Iran). Int. J. Of Coastal Offshore And Environ. Eng. 5, 1–8.
• Hashmi, S.G.M.D., Ahmad, S.R. (2018). GIS-Based Analysis and Modeling of Coastline Erosion and Accretion along the Coast of Sindh Pakistan. J. Coast. Zone Manag.
• Hinkel, J., Nicholls, R. J., Tol, R. S. J., Wang, Z. B Hamilton, J. M. Boot, G. Vafeidis, A. T. McFadden, L. Ganopolski, A. and Klein, R. J. T. (2013). A Global Analysis of Erosion of Sandy Beaches and Sea- Level Rise: An Application of DIVA,’’ Global Planet. Change, vol. 111, pp. 150158, doi:10.1016/j.gloplacha.2013.09.002.
• Kanwal, S., Ding, X., Muhammad, S., Abbas, S. (2020). Three Decades of Coastal Changes in Sindh, Pakistan (1989–2018): A Geospatial Assessment. Rem. Sen. 2020, 12, 8.
• Kevin, W., and El Asmar, H. M. (1999). Monitoring Changing Position of Coastlines Using Thematic Mapper Imagery, an Example from the Nile Delta. Geomorphology 29, 93–105. doi: 10.1016/S0169-555X(99)00008-2.
• Kılar, H., ve Çiçek, İ. (2018), Göksu Deltası Kıyı Çizgisi Değişiminin DSAS Aracı ile Belirlenmesi, Coğrafi Bilimler Dergisi, 16(1), 89-104.
• Kuleli, T., Guneroglu, A., Karsli, F., and Dihkan, M. (2011). Automatic Detection of Shoreline Change on Coastal Ramsar Wetlands of Turkey. Ocean Eng. 38 (10), 1141–1149.
• Li, X., and Michiel, C. J. (2010). Damen Coastline Change Detection with Satellite Remote Sensing for Environmental Management of the Pearl River Estuary, China. J. Mar. Syst. 82, S54–S61.
• Mccarthy, J., Canziani, O. F., Leary, N., Dokken, D. J., White, K. S. (2001). Impacts, Adaptation and Vulnerability in Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, Cambridge Univ. Press, Cambridge, U.K.
• Mulder, J. P. M., Hommes, S., and Horstman, E. M., Implementation of coastal erosion management in The Netherlands,’’ Ocean Coastal Manage., vol. 54, no. 12, pp. 888897, Dec. 2011. • Özçelik, M, (2017). Kıyı Alanlarının Kullanılmasında Kıyı Kenar Çizgisinin Önemi: Eğirdir Yerleşim Alanı Örneği. Journal of Engineering Sciences and Design, 5(3), 595 – 600.
• Pandey, A., Singh, K., and Sharma, A. (2023). Integrating NDWI, MNDWI, and Erosion Modeling to Analyze Wetland Changes and Impacts of Land Use Activities in Ropar Wetland (India).
• Pandian, P. K. Ramesh, S. Murthy, M. V. R. Ramachandran, S. and Thayumanavan, S., (2004). Shoreline Changes and Near Shore Processes along Ennore Coast, East Coast of South India,’’ J. Coast. Res. West Palm Beach, vol. 20, pp. 828845, Jul. 2004, doi: 10.2112/1551-5036(2004)20[828:SCANSP]2.0.CO;2.
• Rangel-Buitrago, N. G., Anfuso, G. and Williams, A. T. (2015). Coastal erosion along the Caribbean Coast of Colombia: Magnitudes, Causes and Management, Ocean Coastal Manage., vol. 114, pp. 129144.
• Saravanan, S., Parthasarathy, K.S.S., Kumaresan, P.R., Vishnu Prasath, S.R., Vasanth Kumar, T. (2015). Shoreline Change Detection for Chennai Coast Using Geospatial Techniques. In Proceedings of the HYDRO, International Conference Held at IIT, Roorkee, India,17–19 December.
• Scott, D. B., (2005). Coastal Changes, Rapid BT. Encyclopedia of Coastal Science, M. L. Schwartz, Ed. Dordrecht, The Netherlands: Springer, pp. 253255.
• Shaghude, Y. W., Wannäs, K. O., and Lundén, B. (2003). Assessment of Shoreline Changes in the Western Side of Zanzibar Channel Using Satellite Remotesensing. Int. J. Remote Sens. 24, 4953–4967.
• Shibly M. and Takewaka, S., (2012). Morphological Changes along Bangladesh Coast Derived From Satellite Images, Proc. Coastal Eng., vol. 3, pp. 4145.
• Uçkaç, Ş. (1998). Kıyı Alanlarında Coğrafi Bilgi Sistemlerinin Kullanımı, Türkiye’nin Kıyı ve Deniz Alanları 2. Ulusal Konferansı, 22-25 Eylül 1998, Ankara, Türkiye Kıyıları 98 Konferansı Bildiriler Kitabı, 557–564.
• Uzun, M. (2014). İzmit Körfezi Doğu Kıyısındaki Kıyı Alanı ve Kıyı Çizgisinde Meydana Gelen Zamansal Değişimlerin CBS ve Uzaktan Algılama Teknikleri İle İncelenmesi, Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, Cilt: 7 Sayı: 33 Volume: 7 Issue: 33.
• Uzun, M. (2021). İzmit Körfezi Kıyılarında İnsan Kaynaklı Jeomorfolojik Değişimler ve Süreçler / Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi / Journal of Geomorphological Researches, (7), 61-8
• Uzun, S. M. (2023). Riva (İstanbul) Kıyılarında Doğal ve Antropojenik Etkenlerle Değişen Kıyı Çizgisinin DSAS Aracı ile Analizi, Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, (11), 95-113.
• Wagner, T. W., Michalek, J. L., and Laurin, R. (1991). Remote Sensing Application in the Coastal Zone: A Case from the Dominician Repulic, Univ. Center, Michigan, Consort. Int. Earth Sci. Inf. Netw. Rep.
• Yasir, M., Liu, S., Mingming, X., Wan, J., Pirasteh, S., and Dang, K. B. (2024). ShipGeoNet: SAR Image-Based Geometric Feature Extraction of Ships Using Convolutional Neural Networks. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. doi: 10.1109/TGRS.2024.3352150.
• Zuzek, P., Nairn, R., and Thieme, S., (2003). Spatial and Temporal Consideration for Calculating Shoreline Change Rates in The Great Lakes Basin, J. Coastal Res., vol. 38, pp. 125146.
• [URL 1]: https://pubs.usgs.gov/of/2018/1179/ofr20181179.pdf, 14 Mayıs 2024.