Zemin sıvılaşması ve fay hareketleri nedeniyle oluşan konum değişikliklerinin fotogrametrik yöntemlerle belirlenmesi
Determination of spatial changes caused by liquefaction and fault movements by means of photogrammetric methods
Yazar: OKTAY AKSU
Danışman: PROF. DR. GÖNÜL TOZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Fotogrametri = Photogrammetry ; Sayısal yükseklik modelleri = Digital elevation models ; Temel bileşenler analizi = Principal components analysis ; Zemin sıvılaşması = Soil liquefaction ; İnterferometri = Interferometry

Özet:
ÖZET Zemin sıvılaşması; belirli bir miktar suyun altında kalan toprak tortusunun, maruz kaldığı ani dış basıncın etkisiyle yükselmesi ve zeminin geçici olarak yapışkan bir sıvı gibi görüntü sergilemesi, gücünü kaybetmesi işlemidir. Toprakta sıvılaşmaya neden olan hareketler, sismik dalgalar ve özellikle de makaslama dalgalandır. Nemli topraklarda yani, toprak partiküllerinin araşırım su ile dolu olduğu arazi kesimlerinde ortaya çakan bir olaydır. Sıvılaşma alanlarında alınabilecek önlemler, tahmin edilen yer sarsıntısının etkisine dayanabilecek biçiminde güçlendirilmiş yapı inşaası, uygun tip ve derinlikte temel kullanımı ve sıvılaşma potansiyeline sahip toprağın stabilize edilmesi şeklinde özetlenebilir. Deprem sonrası ortaya çıkan sıvılaşma ve tay hareketlerinin neden olduğu hasarların ve konumsal değişimlerin belirlenmesinde, fotogrametri ve uzaktan algılama veri ve yöntemleri de kullanılmaktadır. Uydu görüntüleri ve özellikle interferometrik SAR (Synthetic Aperture Radar) görüntüleri; değişim belirlemede, fay genişliğini ve uzunluğunu ölçmede hızlı ve güvenilir bilgi sağlayan kaynaklar arasında yer almaktadır. Interferometre; aynı bölgeye ilişkin, çok az farklılıkta iki uydu yörüngesinden, iki ayrı görüntü alınması üzerine dayalı bir tekniktir. Uri görüntüye ilişkin faz bilgileri birbiri üzerine bindirilir. Her bir piksele ait iki faz değeri çıkarılır ve iki orijinal görüntü arasındaki faz farklarının kaydedildiği bir interferograrn elde edilir. Faz farkları her pikseldeki uçuş yüksekliği değişimlerini verir ve bir sayısal yükseklik modeli elde edilmesine olanak sağlar. Uzaktan algılama görüntüleri ile değişim belirlemede etken faktörler, zamansa!, konumsal ve spektral ayırma gücü ile radyometrik çözünürlüktür. Yani, görüntü çiftlerinin yılın aynı zamanlarında, aynı daimi bakış açısıyla, aynı algılayıcı ile aynı çözünürlükte temin edilmiş olması elde edilecek sonuçların güvenilirlik düzeyini etkileyen konulardır. Tezin konusu kapsamında; hava fotoğrafları ve Landsat 7 uydu görüntüleri kullanılarak, İzmit Körfezi ve Sapanca Gölü Bölgesinde fotogrametrik yöntemler ile ölçümler yapılmıştır. 17 Ağustos 1999 tarihli Marmara Depremini takiben, Harita Genel Komutanlığınca bölgede jeodezik çalışmalar yapılmış ve 1/16.000 ölçekli hava fotoğrafları çekilmiştir. Bu veriler kullanılarak toplam 860 pafta 1/5000 ölçekli ortofoto harita üretilmiştir. Yine bu bölgenin 1994 yılında çekilmiş 1/35.000 ölçekli havafotoğrafları mevcuttur. Her iki veri grubu kullanılarak; Sapanca Gölü çevresinde üç ayrı bölge seçilmiş ve resimler üzerinde mümkün olduğunca çok sayıda ve her yöne dağılmış olmak üzere ortak detaylar belirlenmiştir. Sayısal fotogrametrik kıymetlendirme sistemlerinde bu detayların koordinatları ölçülmüş ve koordinat farklarından yararlanarak harekat vektörleri elde edilmiştir. Sapanca Gölü kuzeyinde (Eşme Bölgesi), faylanmaya bağlı olarak X yönünde 2.35 m, Y yönünde -0.43 m, Z yönünde 0.62 m, Sapanca Gölü batı köşesinde her yöne dağınık hareketler ve Sapanca Oteli Bölgesinde ise sıvılaşma nedeniyle kuzeye doğru bir hareket belirlenmiş olup, 1.70 m düzeyinde çökme tespit edilmiştir. Gölcük Bölgesini içeren hava fotoğraflarından yararlanarak, sayısal fotogrametrik kıymetlendirme sistemlerinde otomatik korelasyon ile Sayısal Yükseklik Modelleri (SYM) elde edilmiştir. Oluşan boşluklar ve hatalı noktalar editleme yöntemiyle doldurulduktan sonra, deprem öncesi ve sonrası duruma ilişkin SYM farkları elde edilmiştir. Sonuçlar; bölgenin depremden sonra üretilen 1/5000 ölçekli ortofoto haritaları ile karşılaştırıldığında, çöken binaların büyük bir bölümünün doğru tespit edildiğini göstermektedir. Benzeri bir çalışma, daha geniş bir alanı kapsamak üzere, Landsat 7 uydu görüntüleri kullanılarak yapılmış ve asal bileşen analizi ile oldukça güvenilir sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Sonuç olarak; fotogrametri ve uzaktan algılama veri ve yöntemlerinin, deprem sonrası çalışmalarda sismoloji, jeoloji, jeo-fizik konulan ile kombinasyonlu olarak bir ekip çalışması içerisinde loıUanılması halinde, hızlı ve güvenilir bilgi teminine olanak sağlayacağı değerlendirilmektedir. xı

Abstract:
SUMMARY Liquefaction is a process by which sediments below the water table temporarily lose strength and bearing because of rapidly applied loading and behave as a viscous liquid rather than a solid. The actions in the soil which produce liquefaction are seismic waves and primarily shear waves. Liquefaction occurs in saturated soils, that is, soils in which the space between individual particles are completely filled with water. Precautions to be considered in liquefied areas can be summarized as follows; strengthen structures to resist predicted ground movements, select appropriate foundation type and depth and stabilize soil to eliminate the potential for liquefaction. Damages and three dimensional changes on the ground and structure which are caused by liquefaction and fault movements after an earthquake can be determined by using photogrammetry and remote sensing data and methods. Satellite images and especially interferometric SAR (Synthetic Aperture Radar) images are the sources for deviating rapid and reliable information to measure fault breaks and change detection. Radar interferometry is based on two image acquisitions of the same zone from slightly different orbits of the satellite. The phase informations on the two image data files are superimposed. The two phase values at each pixel are subtracted, leading to an interferogramme that records only the difference in phase between the two original images. The phase differences give the altitude variation of each pixel and enables the production of a Digital Elevation Model. Temporal, spatial and spectral resolutions are the effective factors to change detection by means of remote sensing imagery. That means, reliability of the obtained results are directly effected by the image pairs which are preferred to be taken by the same instantaneous field of view, the same sensor, same resolution and the same time of the year. Photogrammetric measurements around the İzmit Bay and Sapanca Lake have been carried out by using aerial photographs and Landsat 7 ETM+ images, concerning the subject of this thesis. Geodetic measurements have been implemented and aerial photography at the scale of 1:16.000 have been taken following the Marmara earthquake dated August 17th, 1999 by the General Command of Mapping in that area. xnTotally 860 map sheets orthophoto in 1:5.000 scale have been produced by using these photographs and triangulation points. Another set of aerial photographs taken in 1994 at 1:35.000 scale are also available. The three separate working area around the Sapanca Lake have been defined using these two data sets. As many as possible common features which are well-distributed in all directions of the photographs have been selected. The three dimensional coordinates of these features have been measured in digital photogrammetric workstations and movement vectors have been calculated by using coordinate differences of the common points. Movements 2.35m in X, -0.43 m in Y and 0.62 m in Z direction as a result of faulting in Eşme area (north of Sapanca Lake), distributed movements in all direction at the west corner of Sapanca Lake and movements towards the north caused by liquefaction end ground subsidence about 1.70 m. at Sapanca Hotel have been determined by photogrammetric measurements. Digital Elevation Models (DEM) have been produced by automatic correlation at digital photogrammetric workstations by using aerial photographs of Gölcük Region, as another study in this thesis. Gaps have been filled and miss-matched points have been eliminated and eventually, DEM differences of the area post and pre-event have been obtained. Determination of the collapsed buildings is highly reliable when the results are compared with the orthophoto maps, which were produced after earthquake, A similar study covering much more wide aera also has been implemented by using Landsat 7 satellite images and highly reliable results have been obtained by applying principal component analysis. As a consequence; photogrammetry and remote sensing data end methods provides rapid and reliable information for the post-event research and studies if they are combined with the subjects of seismology, geology and geo-physics in a team manner. Xlll