Investigation of stormwater collection system problems in Istanbul

İstanbul, yaklaşık 3 bin yıldır insanların yerleşimde bulunduğu bir şehirdir. İstanbul ilk olarak milattan önce 13. yüzyıl civarında Trakyalıların kurduğu, sonrasında Yunan kolonilerinin yerleştiği, sırasıyla Bizans, Roma ve Osmanlı İmparatorluklarının eline geçen ve sonuçta Türkiye Cumhuriyeti'nin bir parçası haline gelen bir şehirdir. O tarihlerden itibaren İstanbul, tarihte bir başkent ve şimdilerde de bir metropol olarak hep önemli bir yere sahip olmuştur. Bilinen en eski yerleşimlerden biri olan bu şehirde nüfus günden güne artmış ve yapılaşma da gittikçe hızlanmıştır. İstanbul'da yerleşimle birlikte altyapı sistemleri de oldukça eskiye dayanmaktadır. Endüstri gelişene dek el yapımı toprak künklerle su iletimi sağlanırken, sanayileşmeyle birlikte beton borular ve sonrasında diğer boru tipleri gelişerek su iletimi gerçekleştirilmiştir. Özellikle son zamanlarda insan nüfusunun hızla yükselmesi, yapılaşma ve sanayileşmedeki artış çevre üzerinde bir baskı oluşturmaktadır. Plansız ve sürdürülebilir olmayan yerleşimler, yanlış arazi kullanımı çevredeki doğal akışı bozmakta ve çözümü gittikçe zorlaşan sorunlar doğurmaktadır. Çevredeki bu bozulmalar, küresel ısınma ve beraberinde sel felaketlerinde de çoğalmaya sebep olmaktadır. Bu da insanların yaşam standardını olumsuz etkilemekte ve hatta can kayıplarına sebep olabilmektedir. Bu yaklaşımla İstanbul'da sıklıkla sel olaylarının yaşandığı 3 farklı özelliklere sahip bölge ve geçmişşte büyük sel felaketlerinin yaşandığı Dresden'de bir bölge belirlenerek, bu bölgelerin mevcut yağmur suyu toplama sistemleri SWMM üzerinde modellenmiştir. Modeller için ihtiyaç duyulan meteorolojik veriler İstanbul için Meteoroloji 1. Bölge Müdürlüğü'nden ve Dresden için Alman Hava Servisi'nin resmi internet sitesinden; altyapı verileri İstanbul için İSKİ'den ve Almanya için de enstitüden elde edilmiştir. SWMM üzerinde modelleme yapılabilmesi için İSKİ'den Microstation formatında alınan veriler, Civil 3D ve Urbano programları kullanılarak SWMM formatına dönüştürülmüştür. Çünkü. dgn formatındaki bir verinin doğrudan. inp formatına dönüşümü mümkün değildir. Bu dönüşümler esnasında verilerde meydana gelen bozulmalar ve aynı şekilde ham veride yer alan eksiklik ve yanlışlıklar çevrimiçi haritalardan da yararlanılarak manuel olarak düzeltilmiştir. Modellerin simüle edilmesi sonucu bu sistemlerde hangi bacalarda taşma gerçekleştiği, taşan bacaların yüzdesi, taşma miktarları ve bunların sebepleri araştırılmıştır. Simülasyonlarda, altyapı verilerinin yanı sıra, 1 -Saat, 10 -Dakika ve 1 -Dakika çözünürlüklü yağış verisi kullanılarak modellerin farklı çözünürlüklere nasıl tepki verdiği gözlemlenmiş, ayrıca İstanbul ve Almanya'daki bölgelerin bu farklı çözünürlüklere nasıl yanıt verdiği karşılaştırılmıştır. 1 -Saat çözünürlüklü veri 01.01. 2014 ile 31.12. 2017 tarih aralığındaki 4 yıllık zaman periyodunu, 10 -Dakika çözünürlüklü veri 01.01. 2018 ile 20.09. 2018 tarih aralığındaki 9 aylık zaman periyodunu ve 1 -Dakika çözünürlüklü veri 01.12. 2018 ile 31.12. 2018 aralığındaki 1 aylık zaman periyodunu kapsamaktadır. Bu çalışma kapsamında meteorolojik veri olarak yalnızca direkt yüzeysel akışa geçen yağmur yağışı verileri kullanılmış olup kar erimesi, buharlaşma, yeraltı suyu gibi parametreler göz ardı edilmiştir. Bölgelerin mevcut yağış verileri ile durumlarının gözlemlenmesinin ardından modellere bazı yağış senaryoları uygulanmıştır. İlk senaryoda, Türkiye'deki bölgelere Almanya'nın yağış verisi ve Almanya'daki bölgeye de Türkiye'nin yağış verisi uygulanmıştır. Türkiye'de yağış miktarı Almanya'dakinden daha fazladır ancak Almanya'da da yağışlı gün sayısı, yani yağış yoğunluğu Türkiye'dekinden daha fazladır. Bu yolla bölgelerin pik yağışlara ve kümülatif yağışlara nasıl tepki verdikleri incelenmiştir. Bir sonraki adımda, bölgelerin 1 -Dakika çözünürlüklü verileri onar onar ve altmışar altmışar toplanarak aynı zaman aralığında 10 -Dakika ve 1 -Saat'lik yeni yağış verileri elde edilmiştir. Bu yolla da bölgelerin, yağış verilerine aynı zaman diliminde nasıl yanıt verdiği gözlemlenmiştir. Son olarak, tüm meteorolojik senaryoların ardından, bölgelerin altyapı ağlarında bazı fiziksel modifikasyonlar uygulanmıştır. Urbano programının yardımıyla bazı boruların çaplarında, kotlarında veya eğimlerinde bazı değişiklikler yapılarak sistemlerde iyileştirmenin mümkün olduğu gözlemlenmiştir. Çalışmanın sonucunda, 1 -Saat çözünürlüklü verinin taşma modellemesinde yetersiz kaldığı ve 1 -Dakika çözünürlüklü verinin de sonuçları net bir şekilde inceleyebilmek için çok küçük bir çözünürlük olduğu gözlemlenmiştir. Söz konusu boyutlardaki bölgeler için en doğru sonuçların 10 -Dakika çözünürlüklü veriyle elde edilebileceğine karar verilmiştir. Simülasyonlar sonucu elde edilen grafiklerle reelde gerçekleşen taşma olaylarının uyumlu bir tutum sergilediği görülmüş ve böylelikle bu karar doğrulanmıştır. Böylelikle projelendirme esnasında seçilen meteorolojik verinin çözünürlüğünün bu hususta oldukça önemli bir yeri olduğu, kullanılacak verinin seçiminde çok dikkatli olunması gerektiği görülmüştür. Diğer taraftan, İstanbul'daki bölgelere Dresden'in yağış verisi uygulandığında, bu bölgelerin kümülatif yağışları daha iyi karşılayabildiği görülmüştür. Orijinal durum ve senaryo verisi ile yapılan simülasyonların sonuçları arasındaki fark oldukça büyüktür. Bununla birlikte, Dresden'deki bölgeye İstanbul'un yağış verisi uygulandığında, orijinal durum ve senaryo verisi ile yapılan simülasyon sonuçları arasındaki fark, o kadar da büyük olmamıştır. Daha az yağış miktarına göre projelendirilmesine rağmen Dresden'deki bölge, İstanbul'un pik yağışlarını da iyi bir şekilde karşılayabilmiştir. Bu sonuçlara bakılarak yeşil alanın sebep olduğu geçirimlilik düzeyinin ne kadar önemli olduğu anlaşılabilmektedir. Şehirleşmede akış katsayısı dikkate alınarak projelendirme yapılması gerekmektedir. Yerleşim kapasitesi, çevresel etki, yeşil alan vb. dikkate alınarak bir katsayı limiti belirlenip, bu limitin aşılmaması sağlanmalıdır, zira zemin geçirgenliğinin yüksek olması, havzanın daha yüksek miktardaki yağışlara bile karşılık verebilmesini sağlamaktadır. Diğer taraftan, projelendirmede debi hesabı yapılırken yalnızca kümülatif yağışlar değil, pik yağışlar da dikkate alınarak daha dayanıklı bir yağmur suyu toplamı sisteminin oluşturulabileceği sonucuna varılabilir.1-Dakika çözünürlüklü verilerin 10 -Dakika ve 1 -Saat çözünürlüğe genişletilmesi ile elde edilen yeni yağış verilerinin modellere uygulanmasıyla, zaman periyodundan bağımsız olarak, en iyi sonuçların yine 10 -Dakika çözünürlüklü veri ile elde edilebileceği görülmüştür. Bu durumda, zaman aralığının veya simülasyon yapılan tarihin bu kapsamda bir etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır. Son olarak, Urbano programı ile yapılan modifikasyonlar sonucunda, mevcut durumda bile sistemlerin iyileştirilmesinin mümkün olduğu gösterilmiştir. Sistemdeki zayıf kısımlar, örneğin ağırlıklı olarak hangi bacalarda taşma oluştuğu, taşmaların miktarları, hangi şiddette yağışlarda meydana geldikleri, hangi boruların iletimde yetersiz kaldığı gibi bilgiler bu tür programlarla tespit edilerek gerekli düzeltmeler sağlanabilmektedir. Belediyeler, bu programlar yardımıyla altyapı sistemlerinde iyileştirici bazı çalışmalar yürüterek şehirdeki hayatı daha kaliteli ve konforlu hale getirmelidir. Bunların dışında, kullanılan verilerin doğruluğu, en önemli husus olarak belirtilebilir. Özellikle altyapı verilerindeki yanlışlıklar ve eksiklikler çalışmanın güvenilirliğini doğrudan etkilemekle birlikte, sonuçların olması gerekenden farklı çıkmasına yol açabilir. İlgili birimler tüm verileri doğru, eksiksiz ve de güncel olarak bulundurmak zorundadır. Yapılan çalışma sonucunda, şehirde artan nüfus ve yapılaşmayla birlikte altyapı sistemlerine yapılan eklemelerin, geçici olarak bir çözüm sağlamış olsalar da, daha geniş bir perspektiften bakıldığında sistemleri daha da karmaşıklaştırarak kalıcı sorunlara yol açtıkları görülmüştür. Karmaşıklaşan sistemler, gün geçtikçe düzeltilemeyecek boyutlara ulaşmakta ve daha büyük problemlerin oluşmasına sebep olmaktadır. Bunun yanı sıra yeşil alanların tahrip edilerek geçirimli yüzeylerin yok edilmesi, bu sistemlere binen yükü arttırmakta ve yağış rejiminde oluşabilecek herhangi bir değişikliğe karşı toleransı azaltmaktadır. Şehrin geleceği için planlamaların daha ileri görüşlü, çevre korumacı ve sürdürülebilir bir yaklaşımla ele alınması gerekmektedir.