İstanbul Büyükçekmece Küçükçekmece gölleri arasındaki kütle hareketlerinin türü ve mekanizmasının incelenmesi
Investigation of mass movements type and mechanism between i̇stanbul Büyükçekmece and Küçükçekmece lakes
Yazar: GÖKHAN ŞANS
Danışman: PROF. DR. REMZİ KARAGÜZEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Heyelan = Landslide ; Heyelan alanları = Landslide areas ; Jeomekanik = Geomechanics ; Jeomekanik özellikler = Geomechanical properties ; Jeoteknik özellikler = Geotechnical properties ; Kütle hareketleri = Mass movements ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Sayısal analiz modelleri = Numerical analysis models ; Sayısal analiz yöntemi = Numerical analysis method ; Sonlu eleman deplasman yöntemi = Finite element displacement method

Özet:
Mega Kent İstanbul' un artan yerleşim alanı ihtiyacı sürmektedir. İstanbul' da sürdürülebilir mekansal kullanım kararları bu bağlamda son derece önemlidir. Yeni yerleşim alanlarını belirlemekten daha çok kullanımda olan alanların düzenlenmesi sürdürülebilirlik açısından önemlidir. Sürdürülebilirlik değerlendirmesinin sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi için bölgenin yerbilimsel eşiklerininin ayrıntılı olarak ortaya konması gerekir. 
İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Doktora Programı' nda Doktora Tezi kapsamında hazırlanan bu çalışmanın amacı; Büyükçekmece ve Küçükçekmece gölleri arasındaki kütle hareketlerinin türlerinin belirlenmesi ve mekanizmasının ortaya konulmasıdır. 
Bu amaç ile Büyükçekmece Küçükçekmece arasında 270 km2' lik alanda, 1/25000 ölçekli jeoloji ve mühendislik jeolojisi incelemesi yapılmıştır. Ayrıca, ayrıntılı araştırmaların gerçekleştirildiği Büyükçekmece-Gürpınar-Gölyaka-Fener sahil kesiminin 1/5000 ölçekli mühendislik jeolojisi-jeoteknik incelemesi yapılmıştır.
1999 yılında yaşanan 17 Ağustos İzmit (Gölcük) ve 12 Kasım Düzce depremleri Türkiye' nin en önemli metropolü olan İstanbul' da büyük bir deprem olabileceği gerçeğini gözler önüne sermiştir. İstanbul' da meydana gelecek büyük bir deprem sonucunda ortaya çıkacak can ve mal kaybı yanında sosyoekonomik zararları, boyutları açısından, tüm ülkeyi ve civarını etkileyeceği açıktır. Deprem tehlikesi yüksek olan bölgede yer alan İstanbul, tarihinde büyük depremler geçirmiştir. 2000 yıllık geçmişi boyunca İstanbul, en az 14 kere, tarihsel ve aletsel kayıtlar birlikte değerlendirildiğinde maksimum şiddeti dokuzun ve büyüklüğü 7.2 Ms üzerinde olan depremler yaşamıştır. Deprem geçmişine bakıldığında, ortalama olarak her 100 yılda bir İstanbul' un depreme maruz kaldığı görülmektedir. İnceleme alanında yer alan Avcılar, 17 Ağustos 1999, Gölcük depreminin merkezinden yaklaşık 100 km uzaklıkta olmasına rağmen İstanbul' un depremden en fazla etkilenen ilçesi olmuştur.17 Ağustos 1999 Gölcük depreminden sonra İstanbul' un göllerarası bölgesinin zemininin dinamik özelliklerinin belirlenmesi, yerbilimleri açısından önem kazanmıştır. 17 Ağustos 1999 Gölcük merkezli depremin yapılara hasar verici olumsuz etkileri İstanbul' un bütün yerleşim birimlerinde gözlenmiştir. Birçok değişik kurumlarca tespit edilen hasarların büyüklüklerini ve dağılımlarını büyük bir oranda denetleyen, inşaat kalitesi, o bölgelerdeki zeminlerin jeoteknik özellikleri ve jeolojik yapısıyla ilgili olduğu açıktır. Bu çalışmada, İstanbul'da yayılım gösteren jeolojik birimlerin dağılımları, mühendislik özellikleri ve jeoteknik parametreleri; literatürden ve onaylı raporlar ile bu çalışmada üretilen bilgilerden yararlanılarak irdelenmiş ve yerleşim açısından değerlendirilmiştir.Çalışma alanında Marmara Bölgesi iklim koşulları mevcuttur. Yazlar sıcak ve kurak geçerken kışlar ılıman ve yağışlıdır. Yağış miktarı bölgenin mikro klimasını en iyi temsil eden Florya meteoroloji istasyonu verilerine göre 649.0 mm/yıl dır.
İstanbul' un önemli yerleşim alanlarından birisi olan Küçükçekmece-Büyükçekmece gölleri arasındaki bölgede Oligosen Gürpınar, Miyosen Çukurçeşme, Güngören ve Bakırköy formasyonları yüzeylenmektedir.
Çalışma bölgesinde Tersiyer sedimanter birimleri yüzeylenmektedir. Bu birimler Eosen  Kırklareli formasyonunun üzerine gelmiştir. Kırklareli formasyonu, resifal kireçtaşı ve kil-marn litolojilerinden oluşmaktadır. Bu formasyonu düşük açılı uyumsuzlukla kiltaşı ve tüf ile temsil edilen Oligosen yaşlı Gürpınar formasyonu üzerler. Gürpınar formasyonunu uyumsuz olarak, alttan üste doğru çakıl ve kumlarla temsil edilen Çukurçeşme formasyonu üzerler. Bu formasyonun üzerine silt ve killerden oluşan Güngören formasyonu ve kil ara tabakalı kireçtaşları ile marn litolojili Bakırköy formasyonu gelir. Özellikle Haramidere vadi tabanları ile Küçükçekmece Gölü batı kıyılarındaki alüvyonlar tutturulmamış ya da gevşek tutturulmuş çakıl, kum, silt ve kil türü malzemeler ile temsil olur.
Çalışma alanındaki litolojiler, geçirimsiz veya az geçirimlidir. Bu durum yağışın büyük miktarını yüzey drenajı ile Büyükçekmece ve Küçükçekmece göllerine ve Marmara denizine ulaştırmaktadır. Tabandaki Kırklareli formasyonu ise karstik akiferdir. Gürpınar formasyonunun yüzeyden beslenebildiği tüf seviyeleri ile Çukurçeşme ve Bakırköy formasyonlarında yeraltısuyu gözlenir. Ayrıca alüvyonlarda da yeraltısuyu bulunur.
Kuzey Anadolu Fay' ının etki çeperinde bulunan inceleme alanındaki aktif ve yüksek potansiyelli kütle hareketlerinin çoğu Oligosen ve Miyosen yaşlı birimlerde görülmektedir. Göller arası bölgedeki kütle hareketleri, litolojik özellikleri dikkate alındığında Çukurçeşme formasyonunun siltli kumlu seviyeleri ile Gürpınar formasyonunun kil ve tüf seviyelerine denk gelen bölgelerde görülmektedir.İstanbul Büyükçekmece Küçükçekmece göller arası alan Kuzey Anadolu Fayı' nın Marmara denizi koluna yakın olmasından dolayı depremsellik açısından dikkate değerdir. Özellikle Büyükçekmece gölü ve körfeze bakan sahil kesimi bir paleoheyelan bölgesidir. Bu alanda yer yer aktif kütle hareketleri de izlenmektedir. Mekansal kullanımların bu aktif kütle hareketi izlenen alanlarda bulunması nedeniyle bölge, kütle hareketlerinin mekanizmasının anlaşılmasına yönelik araştırılması için seçilmiştir. İnceleme alanındaki kütle hareketlerinin mekanizmasının anlaşılmasına yönelik çalışmalar, jeoloji, yeraltısu durumu ve mühendislik jeolojisi çalışılmıştır. Üretilen bilgiler yüzeye daha yakın bölgelerde  karma kütle hareketlerinin çevre koşullarına bağlı olarak geliştiklerini derine doğru süregelen bir zamana bağlı kütle hareketi (krip) gelişiminin mevcut olduğunu göstermektedir.
İnceleme alanı kütle hareketleri açısından Mühendislik Jeolojisi değerlendirmeleri amacı ile araştırma sondajlarından elde edilen koordinat bağımlı in-situ ölçüm ve gözlemler ve laboratuvar deneyleri kullanılarak veritabanı türetilmiştir. Her birimin yayılım ve derinlikle değişimleri de göz önünde bulundurularak istatistiksel dağılımları ile ortam sayısallaştırılmıştır. Litolojik birimlerin mühendislik özellikleri açısından benzerlikler ve karşılaştırmalar ile jeolojik ortamın değerlendirmesi yapılmıştır. Ayrıca, yapay sinir ağları yönteminden yararlanılarak  kütle hareketleri (heyelan) duyarlılık analizleri gerçekleştirilmiştir. Duyarlılık analizi sonuçlarından kütle hareketi türleri ve mekanizmasının tanımlanmasına yönelik gerçekleştirilen analizlere ait kritik hesap kesitlerinin doğrultuları seçilmiştir.İnceleme alanındaki kütle hareketlerinin türünün ve meknaizmasının belirlenmesine yönelik belirlenen hidro-jeomekanik parametreler hidrojeolojik bulgular ve mühendislik jeolojisi değerlendirmeleri göz önünde tutularak her bir hesap kesiti için özgün olarak seçilmiştir. Analizler; sonlu elemanlar (RocScience RS2) kullanılarak tamamlanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi ile ortam koşulları gerilme-deformasyonlar açısından değerlendirilmiştir. Bu sayısal sonuçlar, çalışma alanındaki kritik yenilme yüzeylerinin belirlenmesine yardımcı olmuştur. Sonlu Elemanlar Yöntemi uygulanarak gerçekleştirilen analizler statik ve dinamik koşullar için yapılmıştır. Analizlerden elde edilen yer değiştirmeler inklinometre ölçümleri ile deneştirilmiştir. 
Bu tez kapsamında yapılan araştırma bulgularından;  inceleme alanında aktif hareketlerin devam ettiği, bunların derin uzun süreli hareket (deep creep) ve sığ karma hareketleri içerdiği, jeoteknik koşulların denetiminde olmayan teknik girişimlerin de duraylılığa olumsuz etkisinin olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Due to the rapid growth of Mega City Istanbul, the need for new residential areas is increasing. Istanbul's need for new residential areas can be met with sustainable land use decisions. It is important for sustainability to make the problem areas healthy and livable by evaluating the existing residential areas rather than identifying new residential areas. In order for the sustainability assessment to be carried out in a healthy way, the geological thresholds of the region should be revealed in detail.
The aim of this study, which was prepared as a PhD Thesis in Istanbul Technical University, Graduate Education Institute, Geological Engineering Doctorate Program; The aim of this study is to determine the types of mass movements seen in the area between Büyükçekmece Küçükçekmece lakes and to understand the mechanism.
With the field studies carried out for this purpose, a 1/25000 scale geological-engineering geology study of an area of approximately 270 km2 between Büyükçekmece and Küçükçekmece was carried out. In addition, a 1/5000 scale engineering geology-geotechnical survey of the Büyükçekmece-Gürpınar-Gölyaka-Fener coastal section, where detailed research was carried out, was carried out.
The 17 August Izmit (Gölcük) and 12 November Düzce earthquakes in 1999 revealed the fact that a major earthquake could occur in Istanbul, the most important metropolis of Turkey. In addition to the loss of life and property that will occur as a result of a major earthquake that will occur in Istanbul, it is clear that it will affect the whole country and its surroundings in terms of socio-economic damages and dimensions. Located in the first-degree earthquake zone, Istanbul has experienced major earthquakes in its history. Throughout its 2000-year history, Istanbul has experienced at least 14 earthquakes with a maximum intensity of nine and a magnitude of 7.2 Ms when the historical and instrumental records are considered together. Looking at the earthquake history, it is seen that Istanbul is exposed to an earthquake every 100 years on average. Although Avcılar is approximately 100 km from the center of the 17 August 1999 Gölcük earthquake, it has been the district of Istanbul that was most affected by the earthquake.
After the 17 August 1999 Gölcük earthquake, the determination of the dynamic properties of the soil of the interlake region of Istanbul gained importance in terms of earth sciences. The negative effects of the 17 August 1999 Gölcük-centered earthquake, damaging the structures, were observed in all settlements of Istanbul. It is clear that the damage detected by many different institutions is related to the construction quality, geotechnical properties and geological structure of the soils in those regions, which largely controls their size and distribution. In this study, the
6
distributions, engineering properties and geotechnical parameters of the geological units spreading in Istanbul were examined and evaluated in terms of settlement by using the information from the literature, approved reports and the information obtained in this study.
The climatic conditions of the Marmara Region are dominant in the study area, with hot and dry summers and mild and rainy winters. The precipitation is 649.0 mm/year based on data, collected from Florya meteorology station.
In the region between Küçükçekmece and Büyükçekmece lakes, which is one of the important residential areas of Istanbul, the Oligocene and Miocene aged Gürpınar, Çukurçeşme, Güngören, Bakırköy formations, respectively, crop out.
Tertiary sedimentary sequence crops out in the study area. The lowest part of the succession is the Eocene aged Kırklareli formation. The formation is in reefal limestone and clay-marl lithologies. The Gürpınar formation, which is represented by conglomerate, sandstone, Congeria limestone, claystone and tuff, overlies this formation with low angle unconformity. Çukurçeşme formation, which is represented by pebbles and sands in order from bottom to top, unconformably over the Oligocene Gürpınar formation; Güngören formation consisting of silt and clays; Bakırköy formation represented by clay interbedded limestones and marls comes. Particularly, the alluvium on the Haramidere valley floors and the western shores of Küçükçekmece Lake consists of unconsolidated or loosely fixed gravel, sand, silt and clay type materials carried by the stream and its tributaries.
The lithologies in the study area are impermeable or slightly permeable. This situation carries the large amount of precipitation to Büyükçekmece and Küçükçekmece lakes and the Marmara Sea by surface drainage. The Kırklareli formation at the base is a karstic aquifer. Groundwater is observed in the tuff levels, where the Gürpınar formation can be fed from the surface, and in the Çukurçeşme and Bakırköy formations. There is also groundwater in alluviums.
Most of the active and high potential mass movements in the study area, which is on the impact periphery of the North Anatolian Fault, are observed in Oligocene and Miocene aged units. Mass movements in the region between the lakes are observed in the areas that coincide with the silty sandy levels of the Çukurçeşme formation and the clay and tuff levels of the Gürpınar formation when their lithological features are taken into account.
Istanbul Büyükçekmece Küçükçekmece area between lakes is remarkable in terms of seismicity since it is close to the Marmara Sea branch of the North Anatolian Fault. Especially the Büyükçekmece lake and the coastal part overlooking the bay is a paleolandslide region. Active mass movements are also observed from place to place in this area. Since the spatial uses are found in these active mass movement areas, the region was chosen for investigation to understand the mechanism of mass movements. Studies to understand the mechanism of mass movements in the study area, geology, groundwater condition and engineering geology were studied. The information produced shows that mixed mass movements develop depending on environmental conditions in regions closer to the surface, and there is an ongoing time-dependent mass movement (creep) development towards the depths.
The database was derived by using coordinate-dependent in-situ measurements and observations and laboratory experiments obtained from exploration drillings for the purpose of Engineering Geology evaluations in terms of mass movements in the study area. The environment was digitized with its statistical distributions, taking into account the changes in distribution and depth of each
7
unit. Similarities and comparisons in terms of engineering properties of lithological units and evaluation of geological environment were made. In addition, mass movements (landslide) sensitivity analyzes were carried out using the artificial neural network method. From the results of the sensitivity analysis, the directions of the critical calculation sections of the analyzes carried out to define the types of mass movement and its mechanism were selected.
The hydro-geomechanical parameters determined to determine the type and mechanism of mass movements in the study area were selected specifically for each calculation section, taking into account the hydrogeological findings and engineering geology evaluations. Analysis; finite elements (RocScience RS2) and limit equilibrium methods (RocScience Slide2). Firstly, the ambient conditions were evaluated in terms of stress-deformations with the finite element method. These numerical results helped to identify critical failure surfaces in the study area. Analyzes carried out by applying the Finite Element Method were made for static and dynamic conditions. The displacements obtained from the analyzes were correlated with the inclinometer measurements.
The second method chosen for examining the type and mechanism of mass motion is the Limit Equilibrium Method. In the analyses, probabilistic stability, sensitivity and dynamic calculations were made.
Among the research findings made within the scope of this thesis; It has been concluded that active movements continue in the study area, these include deep creep and shallow mixed movements, and technical initiatives that are not under the control of geotechnical conditions have a negative effect on stability.