İstanbul'da sürdürülebilir yağmursuyu yönetimi-yağmursuyu ızgara modeli önerisi
Sustainable stormwater management in Istanbul-a proposal for stormwater grate inlet model
Yazar: MUHAMMET EMİN KURTOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENEM BİLİR MAHÇİÇEK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı İşletmesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sürdürülebilir kentleşme = Sustainable urbanization

Özet:
Yağış rejiminin son yıllarda değişmesiyle birlikte, kuraklıklar, kentsel sıcaklıkların artması ve taşkın olayları ile çok sık karşılaşılmaktadır. Bununla beraber, kentsel alanların ve nüfus yoğunluklarının artış gösterdiği yerlerde, yağmur sularının yüzeysel olarak akışa geçen miktarlarının oldukça artması, yer altı sularının beslenmesini engelleyerek taşkın olaylarına yol açmaktadır. 
Dünyanın en önemli metropol şehirlerinden biri haline gelen İstanbul şehri özelinde bakıldığında, taşkın ve susuzluk problemleri, kentin son yıllardaki en önemli sorunlarından biri olmuştur. Yağmursularının kentte oluşturduğu zararlar ile baş edebilmek ve su temini sağlayabilmek amacıyla ciddi altyapı yatırımları yapılmaktadır.  Bu problemlerle baş edebilmenin en etkili yolu sürdürülebilir bir yağmursuyu yönetimini hayata geçirmektir.
Bu tez kapsamında, İstanbul'daki yağmursuyu problemlerine çözüm oluşturabilmek amacıyla, sürdürülebilir bir yağmursuyu yönetimi için uygulanabilecek kritik yeşil altyapı örnekleri verilmiş olup, İstanbul'daki mevcut yağmursuyu altyapısıyla uyumlu bir metod olan yağmursuyu ızgaraları ile ilgili yeni bir model geliştirilmiştir. Yağmursuyu ızgara hesaplamaları ve tasarımına farklı bir yaklaşım getirilmiş, ızgara imalatı toplam maliyeti hesaplanmıştır.
Bu çalışmaya başlanırken, iklim değişikliğinin kentlerde oluşturduğu sorunlar ele alınmış ve düzensiz şehirleşme sonucu oluşan yüzeysel akışlar irdelenmiş olup, sürdürülebilir yağmursuyu yönetiminin önemi vurgulanmıştır. 
Yapılan literatür araştırmasında, yeşil altyapı kavramı ele alınarak, sürdürülebilir yağmursuyu yönetimine katkıları araştırılmıştır. İstanbul kenti için, uygun olabilecek kritik yeşil altyapı uygulamaları incelenerek örneklerle açıklanmıştır.  
Çalışmanın devamında, İstanbul'da karşılaşılan yağmursuyu problemlerinden bahsedilmiş olup, yapılan altyapı yatırımlarına rağmen yağmursuyu tahliyesinin verimli olmadığı tespit edilmiştir. Yağmursuyu kanalizasyon projeleri sistemli bir şekilde yapılmasına karşın, cadde ve sokaklardaki yağmursuyu ağızlığı olan ızgara yerleşiminin belli bir hesap yöntemi olmaksızın yapıldığı görülmüştür. Bu durumun da, araç ve yaya konforunu bozarak, taşkın ve sel olaylarına yol açtığı belirlenmiştir.
Yapılan literatür araştırmasında, yağmursuyu ızgara hesapları incelenerek, bu hesaplar İstanbul'daki altyapı sistemiyle uyumlu olacak şekilde geliştirilmiştir. Havzadan gelecek olan yağmursuları da, yol drenajı hesaplarına eklenerek güvenli tarafta kalacak şekilde hesaplamalar ele alınmıştır. Izgara tipleri tasarımlarına göre incelenerek, verimlilik, tıkanma direnci ve bisikletli güvenliği açısından karşılaştırılarak en uygun tip seçilmiştir. İstanbul'daki eğimli cadde ve sokakların çok sayıda olması dolayısıyla, topografik zorunluluk dikkate alınarak ızgara hesaplarıyla ilgili bir verimlilik çalışması yapılmıştır.
Izgara birim fiyat analizleri yapılarak, birim ızgara maliyeti hesaplanmış olup, eskiden kullanılan yöntem ile geliştirilen sistem arasında karşılaştırma yapılmıştır. 
İstanbul ili Beşiktaş ilçesi Ihlamurdere caddesinin, her şiddetli yağışta karşılaştığı taşkın problemleri ele alınarak, bu cadde yağmursuyu sistemi açısından değerlendirilmiştir. Yüzey modeli oluşturularak caddeye gelecek yağmursuyu havzaları çizilmiş ve yağış şiddetleri dikkate alınarak bu çalışmada ele alınan yağmursuyu ızgara modeli ile ızgara projesi hazırlanmıştır. Hazırlanan ızgara projesine göre mevcut durumdaki yağmursuyu ızgaralarının yetersiz kaldığı gösterilmiş ve maliyetleri kıyaslanmıştır. 
Bu çalışmada önerilen yağmursuyu ızgara modeli uygulandığı takdirde, oluşacak olan maliyet mevcut durumun maliyetinin 2 katı olarak hesaplanmıştır. Görünen maliyet daha yüksek olsa da, görünmeyen maliyetler olan taşkının oluşturduğu maddi hasarlar, yol kaplaması yenileme maliyetleri göz önüne alındığında, yeni ızgara modelinin çok daha avantajlı olduğu vurgulanmıştır.
Bu çalışma neticesinde, İstanbul'da yapılabilecek sürdürülebilir yağmursuyu yöntemlerinden en önemlisi olan yeşil altyapı uygulamaları ile ilgili daha detaylı araştırmalar yapılması ve yağmursuyu ızgaraları ile ilgili deneysel çalışmalar yapılması önerilmiştir.

Abstract:
With the change of precipitation regime in recent years, droughts, increased urban temperatures and flood events are frequently encountered. Especially in summer months, urban heat islands increase the temperature of cities compared to rural areas and disturb the residents.  In addition, in places where urban areas and population densities are increasing, the urban surface runoff rises and this situation causes flood events instead of the feeding of groundwater. 
Considering the city of Istanbul, which has become one of the most important metropolitan cities in the world, flood and drought problems have been one of the most important problems of the city in recent years. Although serious infrastructure investments have been made in order to provide water supply and to cope with the damages caused by the stormwater in the city, sufficient results have not been achieved yet. The most effective way to deal with these problems is to implement a sustainable rainwater management. 
In the scope of this thesis, critical green infrastructure examples that can be applied for a sustainable stormwater management are given in order to create solutions to the stormwater problems in Istanbul, and a new model has been developed for the stormwater grate inlet, which is a compatible method with the existing stormwater infrastructure in Istanbul. A different approach was taken to storwater inlet calculations and design, and the the total cost of grate inlet construction calculated. 
At the beginning of this study, the problems caused by climate change in cities have been discussed, the surface flows resulting from irregular urbanization have been examined, and the importance of sustainable rainwater management has been emphasized.  The negative effects of the unplanned urbanization in Istanbul on infrastructure were investigated, and the effect of transforming green areas into gray areas on the amount of surface water flow was emphasized. 
In the literature research, the concept of green infrastructure was discussed and its contributions to sustainable stormwater management were investigated. Critical green infrastructure applications that may be suitable for the city of Istanbul were examined and explained with examples. These applications are green roofs, rainwater harvesting, rain gardens, parks, bioswales and permeable pavements. 
It is mentioned in the study that, because of the large amount of rainwater falling on the roofs, green roofs and rainwater harvesting practices would be very important for Istanbul. Moreover, in recent years due to the decrease in the dam occupancy rates in Istanbul, these green infrastructure practices would contribute to the protection of potable water resources. Also, it has been explained that one of important practices park areas that the local municipalities care about in Istanbul, could be part of sustainable stormwater management.
In chapter 3, the procedure for rainwater sewage projects in Istanbul have been explained and computer softwares used for rainwater sewage projects are mentioned. General equations and spreadsheets used for rainwater calculations by Istanbul Water and Sewerage Administration (İSKİ), are described and an example of spreadsheet for stormwater has been analyzed. 
Stormwater runoff generation process and movement of stormwater on roadways mentioned in chapter 4. General inlet calculation equations are described and inlet spacing spreadsheet used for analyzing water spread and inlet capacity which could be varying according to inlet type with longitudinal and transverse slope of roadway.
In chapter 5, types of grate inlets that analyzed by U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration, discussed and stormwater flow intercepted by different inlet types and efficiency of grates are analyzed. These types of grates are parallel bar grates, curved vane grates, tilt bar grates and reticuline grates. Also, average debris handling efficiencies of grates are discussed to determine susceptibility to clogging of different grates. With comparison of bicycle and pedesterian safety, curved vane grate type which are considered best option, has been selected to use in this study.
In addition, material properties of grate inlets made of cast iron are investigated. Cast iron is superior to other iron types in terms of resistant to high temperatures, more compressive strength and higher corrosion resistance.
Specifically, in chapter 5, curved vane grate inlet splash over velocity diagram analyzed and figure out splash over velocities of longer grate inlets. This estimating is essential because in Istanbul roadways are very steep so stormwater velocities generally much more than typical splash over velocity diagrams. Thereby, it would be possible to design grate inlet sizes when encuntering high stormwater velocities. 
Grate inlet construction cost is the another issue discussed in chapter 5. An important part of grate construction built by İSKİ in Istanbul. Unit prices of İSKİ and other public institutions are used to calculate total cost of construction of grate inlets. These unit prices valid for 2018 year, updated to 2020 using construction cost index provided by Turkish Statistical Institute (TÜİK).  3 main construction items of grate inlets described in detail. These items are Construction Transverse Stormwater Grate Weir in All Size, Placement And Installation of Ductile Iron Stormwater Grate Inlet and Construction Rainwater Connection at Any Depth with Ø 300 mm Concrete Pipes. The total cost per meter grate inlet is calculated as 1851,09 TL for the year 2020.
In final chapter, Istanbul Beşiktaş Ihlamurdere Street that is in the Ihlamurdere stream bed and exposed floods with every heavy rain, is chosen for stormwater grate inlet calculations. Since the current stormwater inlets are not sufficient, many adversities are experienced in rainy weather. For this reason, a serious rainwater collection work should be done on the street. Firstly, the rainwater system of Ihlamurdere Street has been examined and rainwater basins downstream of the street were determined and total basins calculated as 343 hectares. Also, the flood risk map of the Ihlamur stream is obtained from İSKİ and the water heights are shown in the study. 
When the stormwater grate inlet calculation approach in this study is applied to Ihlamurdere street, the total stormwater inlet requirement is calculated as approximately 194 meters. It has been shown that the calculated total inlet length is approximately 2 times the current inlet length and inlet spacing has been changed. So total cost of grate inlets construction of Ihlamurdere Street is calculated as 368.229,46 TL which is 2 times of current inlet cost. 
Although the cost calculated by this method seems high, considering the loss of life and property caused by the flood and the asphalt renewal cost, the proposed model will be very beneficial for public health and economy.