Konik yayılım yaklaşımıyla kaya düşmesi potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik bir yöntem önerisi
A method proposal for evaluation of rockfall potential by cone propagation approach
Yazar: AYCAN KALENDER
Danışman: PROF. DR. HARUN SÖNMEZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Kaya düşmeleri dağlık alanlarda sıklıkla yaşanan ve yerleşim alanları, karayolları, altyapılar vb. yaşamsal unsurları tehdit eden bir olaydır. Genellikle küçük sahalarda veya demiryolu ve karayolu gibi uygulamalarda deterministik ve olasılıksal kaya düşmesi analizleri etkin şekilde kullanılabilmektedirler. Ancak bu analizlerin uygulama pratiğine yönelik sınırlamaları nedeniyle özellikle bölgesel ölçekte büyük alanların kaya düşmesi haritalarının hazırlanmasında ampirik yaklaşımlara olan ilgi son yıllarda artmıştır. Kaya düşmelerine yönelik haritalama çalışmalarında pratik bir yöntem olan konik yayılım yaklaşımında sadece kaynak alan haritası ve sayısal yükseklik modelini (SYM) girdi parametresi olarak kullanması sebebiyle oldukça pratik olup, büyük alanların bölgesel olarak kaya düşmesi açısından değerlendirilmesinde öne çıkmaktadır. SYM üzerinde olası yayılım zonunun belirlenmesi ilkesini temel alan bu yöntem; Enerji Çizgi Açısı ve Gölge Açısı gibi basit bir geometrik kurala dayanan parametrelerin kullanımıyla çalışır. Enerji çizgisi açısı; kaya bloğunun şekli, yuvarlaklığı, yüzeyin jeolojik özellikleri, topoğrafyası, kaya bloğu ile topoğrafya arasındaki sürtünme direnci ve sıçrama katsayısı gibi çok sayıdaki değişkene bağlıdır. Bu nedenle yayılım zonunun belirlenmesinde enerji çizgi açısının seçiminde jeolojik ve morfolojik özelliklerin etkilerinin değerlendirilerek bu faktörleri de belirli ölçüde dikkate alan genelleştirilmiş ve daha etkin kullanıma sahip bir yönteminin geliştirilmesi tez konusuna temel oluşturmaktadır. Bu amaçla tez çalışması kapsamında çok sayıda parametreden etkilenen kaya bloklarının en uzak mesafelere ulaşabilme açısının (EÇAmax_stop) belirlenebilmesine yönelik bir Maksimum Menzil Puanı (MMP) sınıflaması önerilmiştir. Bu kapsamda ikici bir yenilik olarak kaya düşmesi potansiyelinden etkilenmenin bir ölçüsü olan duyarlılık haritalaması amacıyla kullanılabilecek çok düşük, düşük, orta, yüksek ve çok yüksek duyarlılık sınıflarının sınırlarına yönelik enerji çizgi açıların (EÇA) öngörülebileceği grafikler hazırlanmıştır. Bunlara ek olarak kaya düşme sahları için bir Kaya Düşmesi Tehlike Puanlaması (Rockfall Hazard Rating, RHR) önerilmiştir. Önerilen kaya düşmesi tehlike puanlama sistemine topografik etkinin dahil edilmesi amacıyla 3 farklı topografik etki yaklaşımı denenmiştir. Kargabedir tepe ve Sivrihisar kaya düşmesi bölgelerinde önerilen yöntemin uygulaması yapılmış ve tez çalışması kapsamında geliştirilen "kota bağlı olarak dereceli" topografik düzeltme yaklaşımının daha gerçekçi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: kaya düşmesi, sayısal yükseklik modeli, konik yayılım yaklaşımı, enerji çizgi açısı, duyarlılık haritalaması, kaya düşmesi tehlike puanlaması.

Abstract:
Rockfall is a phenomenon that frequently occurs in the mountainous areas and threats vital elements such as settlements, highways, infrastructures etc. Deterministic and probabilistic rockfall analyses are effective in small areas such as railways and highways. However, due to the limitations and difficulties of these analyzes, the interest to empirical approaches using for preparation of rockfall maps of large areas, especially at the regional scale, has been increased.  For the regional scale, the cone propagation approach is a practical method that only uses source area map and digital elevation model as the input parameters. The cone propagation method uses DEM for determining possible propagation zone based on simple geometric rules known as energy line angle (reach angle) and shadow angle. Energy line angle depends on various parameters such as block shape, roundness, litholology, topography, the friction between block and slope and coefficients of restitution. Therefore, development of an effective method considering geological and morphological features in determining energy line angle constitutes basis for this thesis. For this purpose, a maximum run-out score (MMP) rating was proposed for determining of maximum reach angle (EÇAmax_stop). In addition, several graphs were prepared at which the energy line angles can be predicted for very low, low, medium, high and very high susceptibility classes to prepare the susceptibility maps which is a measure of being affected by rockfall potential. The final stage, a Rockfall Hazard Rating (RHR) method was presented. Three different alternatives for topography were taken into account to reveal topographical effects in the rockfall hazard rating method for this study. The method was applied in Kargabedir and Sivrihisar pilot areas. It was revealed that topographical correction based on the elevation which method, developed in this study, represented the most realistic results.

Key words: rockfall, digital elevation model, cone propagation approach, energy line angle, susceptibility mapping, rockfall hazard rating.