Taşkın analizinde kentleşme etkisinin incelenmesi: Alibeyköy havzası örneği
Investigation of urbanization effect in flood analysis: A case of Alibeyköy watershed
Yazar: MUKADDES BAKIRCI
Danışman: DOÇ. SEZAR GÜLBAZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Havza modellemesi = Basin modelling ; Hidrolik modelleme = Hydraulic modelling ; Kentleşme = Urbanization ; Sürdürülebilir kentleşme = Sustainable urbanization ; Taşkınlar = Floods

Özet:
Taşkınlar, akarsu yataklarında suyun debisinin artması sonucunda akarsuyun çevresindeki yaşamı olumsuz etkileyen doğal afetlerdir. Taşkınların oluşumunda bölgenin topoğrafyası, jeolojik yapısı ve akarsuyun morfolojisi gibi jeofiziksel sebepler ile şiddetli yağış ve kar erimeleri gibi hidro-meteorolojik faktörler etkili olmaktadır. Taşkınların oluşumunda etkili olan doğal faktörler doğrudan veya dolaylı olarak birtakım antropojenik faaliyetlerin sonucunda kısmen veya tamamen değişime uğramaktadırlar. Arazi kullanım şekillerinde meydana gelen değişikliler akarsu havzalarındaki hidrolojik ve hidrolik süreçleri olumsuz etkileyerek taşkın ve sel risklerinin artmasına sebep olmaktadır. Bu tez kapsamında, İstanbul'da bulunan ve kentleşme baskısı altında olan Alibeyköy Havzası araştırma alanı olarak seçilerek kentleşmenin taşkınlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çevresel Bilginin Koordinasyonu (Coordination of Information on the Environment, CORINE) tarafından 1990-2018 yılları için üretilen "Arazi Örtüsü/Arazi Kullanımı (Land Use and Land Cover, LULC)" haritaları ve bölgeye ait nüfus verileri kullanılarak, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) temelli ArcGIS programında 10 yıllık periyotlarda arazi kullanım haritaları oluşturulmuştur. Kentleşme hızı ve potansiyeli açısından kademeli olarak üç farklı kentleşme senaryosu üzerinde çalışılmıştır. Arazi kullanımına göre havzanın yüzey Manning pürüzlülük katsayısı, geçirimsiz alan yüzdesi ve Eğri Numarası (CN) değerleri belirlenmiştir. Elde edilen parametreler ve havzanın fiziksel özellikleri kullanılarak HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) programı ile hidrolojik model oluşturulmuştur. Oluşturulan modelde kullanılan parametreler, havzada 2016 yılında ölçülen yağış-akış verileri kullanılarak kalibre edilmiştir. Kalibrasyonun uygunluğunu test etmek için istatistiksel hesaplar yapılmıştır. Belirleme katsayısı (R²) ve Nash katsayısı (NSE) sırasıyla 0,98 ve 0,97 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca pik debiler için mutlak yüzde hata değeri 0,05 olarak hesaplanmıştır. Oluşturulan hidrolojik model 1990-2100 yıllarını kapsayan projeksiyonlara göre çalıştırılmıştır. 10'ar yıllık aralıklarla debi-zaman (Q-t), pik debi-zaman (Qpik-t), pik debiye ulaşma süresi (tpik-yıl) grafikleri elde edilerek arazi kullanımlarındaki değişimin meydana getirdiği etki incelenmiştir. Daha sonra 2-Boyutlu HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) programı kullanılarak hidrolik model oluşturulmuştur. Farklı senaryolar için elde edilen hidrolojik veriler, oluşturulan hidrolik modele girilmiştir. Sonuç olarak, yapılan analizler ile farklı senaryolar için geleceğe yönelik 10 yıllık periyotlarda taşkın derinlik (hp-t) ve yayılım haritaları elde edilmiştir. Elde edilen bulgular ışığında Alibeyköy Havzası için birtakım yapısal taşkın önleme önerileri geliştirilmiştir. Sel kapanı, taşkın bekletme havuzları ve taşkın duvarlarının çeşitli kombinasyonlarından oluşan yapısal taşkın önleme tedbirlerinin havza için uygulanabilirliği ve faydaları incelenmiştir.

Abstract:
Flood is the result of the water level in the stream bed rising and exceeding the stream bed capacity. It occurs due to geophysical reasons such as the topography of the region, geological structure and morphology of the stream and hydro-meteorological factors such as heavy precipitation and snowmelt and it may leave a huge impact. However, the nature of these parameters is partially or completely changed as a result of some direct and indirect anthropogenic activities. Changes in land use patterns negatively affect the hydrological and hydraulic processes in the watersheds and cause an increase in flood and flood risks. Within the scope of this thesis, Alibeyköy Watershed in Istanbul, which has urbanization pressure, has been chosen as the research area and the effects of urbanization on floods have been examined. Coordination of Information on the Environment (CORINE)'s the Land Use and Land Cover (LULC) maps for the years 1990-2018 and the information population of the region have been taken into account and land use maps are created for 10-years periods in the ArcGIS which is based on Geographic Information Systems (GIS). In terms of urbanization rate and potential, three different urbanization scenarios have been studied gradually. The Manning's roughness coefficient of the watershed, the percentage of impermeable area and the Curve Number (CN) values were determined by land use. Using the obtained parameters and the physical properties of the watershed, a hydrological model has been created with the HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) program. The parameters used in the created model were calibrated using the rainfall-runoff data measured in the watershed in 2016. Statistical calculations are made to check the adequacy of the calibration. Determination (R²) and Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE) coefficients have been determined as 0,98 and 0,97, respectively. In addition, the absolute percent error has been calculated as approximately 0,05 for peak flow rates. The created hydrological model has been run according to the projections covering the years 1990-2100. Flow rate-time (Q-t), peak flow-time (Qpeak-t), time to peak flow (tpeak-year) graphs were obtained at 10-year intervals, and the effect of the change in land use was examined. Then, a hydraulic model was created using the 2-Dimensional HEC-RAS (Hydrological Engineering Center-River Analysis System) program. The hydrological data which are obtained for different scenarios have been entered into the hydraulic model. As a result, with the analyzes made, flood depth (hp-t) and flood inundation maps were obtained for 10-years periods for the future. Some structural flood prevention proposals have been developed for the Alibeyköy Watershed, in the light of the obtained findings. Various combination of flood prevention measures have been discussed for the feasibility and benefits in the watershed. These prevention measures include flood detention dams, flood holding ponds and flood walls.