HEYELAN HAREKETLERİNİN FİBER OPTİK SİSTEMLERLE …

HEYELAN HAREKETLERİNİN FİBER OPTİK

SİSTEMLERLE İZLENMESİ VE DEĞERLENDİRİLMESİ

MONITORING AND EVALUATION OF LANDSLIDE MOVEMENTS BY

OPTICAL FIBER SYSTEMS

Arzu ARSLAN KELAM*1 Mustafa Kerem KOÇKAR

2 Haluk AKGÜN

3

ABSTRACT

Landslides are one of the most destructive natural hazards in Turkey. There are several

contributing factors that cause landslides such as geological and morphological

characteristics, precipitation processes, groundwater level fluctuations, daily temperature

changes, snow melt and seismic effects. The purpose of this study is to develop an in-situ

monitoring and early warning system by using optical fibers in order to evaluate the effect of

contributing factors on the deformation characteristics and to decrease the risk caused from

landslides. During this study, a system that is composed of fiber optic cables and a device that

sends laser signals and collects backscattered light; referred to as BOTDA (Brillouin Optical

Time Domain Analyzer) has been used. This system has a 1 m spatial resolution and it can

detect strain with a 0.1με resolution along a 3 km cable. The system has been succesfully

implemented for relating the strain on the cable with displacement due to its high sensitivity

and continuous data gathering properties. For that purpose, the real case practice of the system

has been implemented in a landslide area in Kocaeli. The deformation characteristics of the

data gathered in the landslide region by fiber optic system have been processed along with the

precipitation parameters. Moreover, the studies regarding the influence of other parameters

such as seismic activity and groundwater level on the landslide movement are in progress.

This study reveals that the optical fiber system already used as a monitoring system is also

capable of detecting deformations and could be used as an early warning system in landslide

prone regions.

Keywords: Landslide monitoring system, Optical fiber system, Early warning system,

Kocaeli

ÖZET

Heyelanlar, Türkiye’de meydana gelen en yıkıcı doğal afetlerdendir. Heyelanlarda kütle

hareketine sebep olan çeşitli faktörler vardır. Bu faktörler; jeolojik ve jeomorfolojik

karakterler, yağış özellikleri, yeraltı suyu seviyesi değişimleri, günlük sıcaklık farklılıkları,

karın erimesi ve sismik etkilerdir. Bu çalışmanın amacı yukarıda bahsedilen bu faktörlerin,

heyelanların deformasyon karakteristiği üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi ve

heyelanlardan kaynaklanan tehlikeleri azaltmak için fiber optikleri kullanan yerinde izleme ve

erken uyarı sistemi oluşturmaktır. Çalışmada kullanılan fiber optik sistem, fiber optik kablolar

ve kablolara lazer gönderip geri yansıyan ışığı toplayan bir ölçüm cihazı olan BOTDA

(Brillouin Optical Time Domain Analyzer)’dan oluşmaktadır. Bu sistem, 1 m konumsal

çözünürlüğe sahiptir ve 3 kilometrelik bir hat boyunca 0.1µε çözünürlükte gerinim (şekil

*1 Araş. Gör., Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, [email protected] 2 Dr., Gazi Üniversitesi, Deprem Mühendisliği Uygulama ve Araştırma Merkezi, [email protected] 3 Prof. Dr., Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, [email protected]

843

7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul

değiştirme) değerlerini tespit edebilmektedir. Yüksek hassasiyeti ve sürekli veri alma

özellikleri sebebiyle sistem, kablodaki gerinim ölçümlerinin deformasyon ile

ilişkilendirilmesinde ve buna bağlı olarak heyelan izlemede Kocaeli’nde belirlenen pilot bir

heyelan sahasında başarıyla uygulanmıştır. Heyelan sahasında ölçümlenen deformasyon

verileri, yağış miktarı ile birlikte değerlendirilmiştir. Ayrıca, heyelanı tetikleyecek

faktörlerden olan sismik aktivite ve yeraltı suyu seviyesinin heyelan hareketine etkisi ile ilgili

çalışmaların uygulamaları başarılı bir şekilde devam etmektedir. Yapılan bu çalışma,

heyelanların oluşum mekanizmalarını izlemek için kullanılan fiber optik sistemin,

heyelanlarda meydana gelen deformasyon hareketlerini başarılı bir şekilde tespit edebilmekte

olduğunu ve olası tehlikelerin ivedi olarak değerlendirilmesi için erken uyarı sistemi olarak da

kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Heyelan izleme sistemi, Fiber optik sistem, Erken uyarı sistemi, Kocaeli

1. GİRİŞ

Günümüzde, heyelanlardan kaynaklı tehlikelere dair farkındalık ve risk yönetimi kavramına

verilen önem hızla artmaktadır. Bunun sonucunda, izleme sistemlerinin afet risk yönetiminde

kullanımı yaygınlaşmaktadır. Heyelanları ve/veya şevleri izlemek için inklinometreler,

tiltmetreler, ekstensometreler, yer tabanlı LIDAR (Light Detection and Ranging) sistemleri

gibi farklı cihazlardan faydalanılan yöntemler kullanılmaktadır (Savvaidis, 2003; Pei ve diğ.,

2011). Ancak, bu yöntemlerin zamansal çözünürlükleri tekrarlanma peryotlarına bağlıdır ve

göreceli olarak daha azdır. Var olan diğer izleme sistemleri yerine fiber optikler, kolay

uygulanabilirlikleri ve hassasiyet üstünlükleri sebepleriyle tercih edilmiştir (Wang ve diğ.,

2008; Gupta, 2012). Fiber optik tabanlı teknoloji, deformasyon izleme ve bu izleme işlemi

esnasında aralıksız olarak veri alma özelliğine sahip olup, erken uyarı sistemi olarak da

kullanılabilmektedir. Jeomorfolojik parametreler, yağış rejimi, yeraltı suyu ve yüzey suları

seviyelerinin değişkenliği, günlük sıcaklık farklılığı, kar erimesi, sismik etki ve bunlara bağlı

olarak zeminlerin duraylılığını kaybetmesi kütle hareketlerinin öncelikli sebepleridir.

Türkiye’deki heyelanlar ve etkileri göz önüne alındığında bu sebeplerle oluşan

deformasyonların izlenmesinin can ve mal kaybını minimum seviyeye indireceği açıkça

söylenebilir.

Çalışmanın amacı, heyelanlardan kaynaklı tehlike ve buna bağlı riskleri azaltmak için fiber

optik yöntemleri kullanan bir yerinde izleme sistemi oluşturmaktır. Kullanılan fiber optik

sistem; fiber optik kablolar ve hem lazer ışık kaynağı hem de alıcı olarak görev yapan bir

ölçüm cihazı olan BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analyzer)’dan oluşmaktadır. Bu

sistem, 1 m konumsal çözünürlüğe sahiptir ve 3 kilometrelik bir hat boyunca 0.1µε

çözünürlükte gerinim (şekil değiştirme) değerlerini tespit edebilmektedir. Sistem, fiber optik

kabloda heyelan hareketi sebebiyle oluşan birim deformasyonunu gerinim cinsinden ölçen bir

izleme düzeneğidir. Bu düzenek yardımıyla fiber optik kablolarla ölçülen gerinim (strain)

miktarı kütle hareketi ile birlikte değerlendirilmektedir. Fiber optik sistem, çalışmanın

uygulama sahası olan Kocaeli ili, Başiskele Belediyesi, Kılıçarslan Mahallesi Bahçecik

Mevkii’ndeki heyelanlı alana yerleştirilmiştir. Uygulama sahasına nihai yerleşimi Ocak

2016’da yapılmış olan sistem, bu tarihten itibaren sürekli gerinim verisi kaydederek

çalışmaktadır. Bu çalışmada Ocak-Temmuz 2016 tarihleri arasında alınan gerinim verisine ait

değerlendirmelere yer verilmiştir. Sonuçlar değerlendirilirken bölgenin yağış değişimi dikkate

alınmıştır. Dünyada örnekleri olmakla birlikte Türkiye’de heyelanlar için fiber optik

yöntemlerle yapılan ilk heyelan izleme sistemi olan bu çalışma ile, uygulama sahasındaki

heyelan başarılı olarak izlenmiş ve yağış değişiminin heyelan hareketine etkisi ortaya

koyulmuştur.

844


1.1. Fiber Optikler

Fiber optikler çekirdek ve kılıftan oluşan, genellikle cam (silika) veya plastikten yapılmış ince

kablolardır. Kablo, çekirdek ve çekirdeği çevreleyen kılıf olmak üzere iki ana bölümden

oluşur. Ayrıca, bu iki katmanın üstünde, çekirdek ve kılıfı koruyan bir kaplama yer alır. Işığın

fiber kablo içerisinde ilerleme prensibi Snell yasasına dayanmaktadır. Bu yasaya göre,

çekirdeğin kırılma indisi kılıfınkinden daha büyük olduğu için kablo içerisine gönderilen ışık

çekirdeğe hapsolarak burada ilerlemektedir. Bugün fiber optik sistemler telekominikasyondan

yapı sağlığının izlenmesine, petrol ve doğalgaz boru hatlarının izlenmesinden mühendislik

yapıları üzerinde erken uyarı sistemi oluşturulmasına kadar pek çok alanda

kullanılmaktadırlar.

Fiber optik 1800'lü yıllardan itibaren kullanılmaya başlanan bir teknolojidir, fakat heyelan

aktivitelerinin izlenmesinde kullanımı oldukça yenidir (Al-Azzawi, 2007). Başlangıçta

telekominikasyon amacıyla kullanılmış olsalar da günümüzde heyelan sahalarının

izlenmesinin yanı sıra diğer birçok mühendislik uygulamasında kullanılmaktadırlar. Sahip

oldukları üstünlüklerden dolayı kullanım alanları gelişen teknolojiyle artmaktadır (Zhang ve

diğ., 2014).

Fiber optik sistem; fiber kablolar ile kabloya lazer gönderip yansıyan lazer ışığını toplayan bir

cihazdan oluşur. Kablonun sensör olarak kullanılmadığı sistemlerde ayrıca kabloya

yerleştirilen sensörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Fiber optik çalışmalarda kullanılan BOTDA

(Brillouin Optical Time Domain Analyzer) gibi sistemler fiber optik kabloya gönderilen ve

kablodan geri yansıyan ışığın gelme süresi arasındaki farkı değerlendirdiği için zaman alanı

(time domain) sistemleri olarak adlandırılırlar (Ohno ve diğ., 2001). Proje kapsamında

kullanılan BOTDA, Brillouin saçınımı prensibiyle çalışan bir fiber optik ölçüm cihazıdır.

Brillouin saçınımı gelen ve yansıyan ışık arasındaki frekans farkına bağlıdır (Halley, 1987).

BOTDA frekans cinsinden ölçüm yapmaktadır ve kabloda meydana gelen değişimler frekans

kayması (frequency shift) olarak algılanmaktadır (Thyagarajan ve Ghatak, 2007). Yüksek

hassasiyetli ölçüm kapasitesi, ölçüm aralığının geniş oluşu ve yüksek konumsal çözünürlüğe

sahip olması BOTDA teknolojisinin tercih edilmesinin ana sebepleridir (Shiqing ve Qian,

2011). BOTDA bir fiber kablo serimi için zıt yönlerden gelen lazerlere ihtiyaç duyar. Bu

durum, iki lazer arasındaki frekans farkı fiberin Brillouin frekansına eşit olduğunda cihazın

verdiği grafikte belirli yerlerde yarattığı pik (tepe) noktalarıyla oluşmaktadır (Xiaofei ve diğ.,

2011). Bu sistemde gerilme ya da sıcaklık gibi değişimler ölçülürken frekanslar arasındaki

değişikliklerin oluşturacağı grafikteki bu tepe noktaları dikkate alınarak işlemler

yapılmaktadır. Bu sayede fiber üzerinde hangi noktada ne kadar bir birim deformasyon

değişimi olduğu anlaşılmaktadır. Sistem uzun mesafelerde yüksek hassasiyetle sürekli

ölçümler alabilmektedir. Bu avantajlarından dolayı BOTDA sadece gerinim (şekil değiştirme)

ölçmede değil büyük mühendislik yapılarının deformasyonlarının ölçümünde de rahatlıkla

kullanılabilmektedir (Xiaofei ve diğ., 2011; Yin ve diğ., 2010).

2. ÇALIŞMA SAHASI

Çalışma sahası Kocaeli ili, Başiskele Belediyesi, Kılıçarslan Mahallesi Bahçecik

Mevkii’ndedir. Bu alanda 2010 yılında meydana gelen heyelan, önemli bir kütle hareketine

sebep olmuştur (Şekil 1). Heyelan alanı sitede yer alan 2 katlı bir müstakil evi ve arkasında

bulunan sitenin sosyal tesislerini tehdit ettiğinden, bölge 2012 yılında Kocaeli Afet ve Acil

Durum Müdürlüğü tarafından yapılan inceleme sonucunda afete maruz bölge ilan edilmiştir.

Heyelanlı bölge yaklaşık olarak 45-50 m genişliğinde ve 35-40 m yüksekliğindedir. Heyelan

alanındaki eğimin dik oluşu, var olan jeolojik birimlerin ayrışmış, zayıf dayanımlı oluşu ve

845


heyelanın topuk kısmında bulunan Sarılık deresinin mevsimsel değişimlere bağlı olarak aşırı

yağış aldığı zamanlarda yeraltı ve yerüstü su seviyesindeki ani değişimler kütle hareketinin

meydana gelmesinin ve sonrasında hareketliliğin devam etmesinin başlıca nedenleridir

(AFAD, 2012).

Şekil 1. Heyelanlı Bölgenin ve Heyelan Tarafından Tehdit Edilen Sitenin Vadinin Karşısından

Görünümü

2.1. Çalışma Sahasının Mühendislik Jeolojisi Özellikleri

Çalışma alanı Başiskele Belediyesi, Kılıçarslan Mahallesi, Bahçecik Mevkii’nde yer alan

Sarılık Deresi dere yatağının olduğu vadide bulunmaktadır. Alandaki litolojik birimler,

kumtaşı-silttaşı ardalanması olarak tanımlanmıştır. Arazi gözlemlerine göre bu birimler

Paleosen-Eosen yaşlı İncebel Formasyonu’na aittir. İstifte dağınık ve devamlı olmayan

süreksizlikler ve küçük ölçekli kıvrımlar gözlenmiştir. İncebel Formasyonu’nun üst

kısımlarında 1-2 m kalınlıkta bir örtü tabakası ve bu tabakanın altında kumtaşı-silttaşı-marn

istifilerinin ardalanmalı şekilde devam ettiği görülmüştür. Su seviyesi ise zaman zaman

heyelanın tabanında 3-4 m derinliğe kadar çıkmaktadır. Heyelan sınırları içerisindeki litoloji

Kumtaşı-silttaşı ardalanmasıdır. Birimler zayıf-çok zayıf dayanıma sahiptir ve orta-çok

ayrışmış durumdadır (ISRM, 1981). Silttaşı kumtaşından daha dayanımsız ve daha

ayrışmıştır. Dağınık süreksizlik setleri ISRM (1981)’e göre devamlı değildir ve kil

dolguludur. Sondaj verileri kullanılarak kaya kalitesinin (RQD) %0-%10 aralığında olduğu

görülmüş, buna göre birim çok zayıf kaya (ayrışmış/bozunmuş kaya) olarak

sınıflandırılmıştır. Çalışma alanının tektonik olarak deforme olmuş bir makaslama zonunda

yer alması ve süreksizlik verilerinin dağınık bir yapı izlemesi sebebiyle heyelanı oluşturan

kaya kütlesi, düzensiz eklemli, foliasyonlu ve deformasyona uğramış zemin gibi davranan

ayrışmış kaya olarak belirlenmiştir. Çalışma alanındaki heyelanın oluşmasına etki eden

faktörlerden birisi de bu zayıf zemin özellikleridir.

Sitenin tehdit

altındaki kısmı

Sitenin

sosyal tesisi

846


Çalışma alanının bulunduğu yer Kocaeli İli’nde, Kuzey Anadolu Fay Sistemi (KAFS)’ne

yaklaşık 20 km uzaklıkta yer almaktadır. KAFS yaklaşık uzunluğu 1500 km olan sağ yanal

doğrultu atımlı bir fay sistemi olup ülkemizin en önemli aktif sismik kuşaklarından birisidir.

Özellikle 1999 yılında Kocaeli-Gölcük’te meydana gelen depremin can ve mal kaybına neden

olan yıkıcı sonuçları bilinmektedir. Heyelan sahası bölgedeki bu fay sistemine yakınlığı

sebebiyle sismik aktivitenin hem birincil hem de ikincil etkilerinin sahada şiddetli biçimde

hissedileceği bir bölgededir.

3.METODOLOJİ

Sistemdeki fiber optik kabloların heyelan içerisine uygun konfigürasyonlarla

yerleştirilmesinden önce, ölçümlerin doğru ve güvenilir bir şekilde alınması amacıyla

heyelanın deformasyona maruz kalacağı düşünülen en hareketli bölgesinin tespit edilmesi

çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla kütle hareketinin yoğun olduğu bölgelerin uyumluluğu

farklı yöntemlerle kontrol edilerek fiber kabloların uygun konfigürasyonlarla yerleştirilmesi

için test çalışmaları başlatılmıştır. Bu işlemler için, öncelikle heyelan geometrisi ve arazi

çalışmaları sonucu elde edilen zemin parametreleri ile limit denge analizleri kullanılarak

kayma mukavemeti ve sonlu eleman yöntemi (FEM) kullanılarak deformasyon analizleri ile

modelleme çalışmaları yapılmıştır (Arslan Kelam ve diğ., 2016). Ardından, fiber optik sistem

heyelan tacının arkasında bulunan konteynıra yerleştirilmiş ve belirlenen aktif alana kablo

seriminin gergin durmasını sağlayacak sabitleme çubukları yerleştirilmiştir (Şekil 2a, 2b).

Galvanizlenerek arazi koşullarına uygun hale getirilmiş bu metal çubuklar 2 m

uzunluğundadır ve ortalama 1 metrelik bölümleri toprak altında kalacak şekilde

yerleştirilmiştir (Şekil 2c).

Şekil 2. a) Konteynırın Konumu, b) Fiber Optik Sistemin Konteynır İçindeki Görünümü, c) Sabitleme

Noktaları ve Kablo Seriminin Heyelan Topuğundan Görünümü

a

c b

847


Bu serim sonucunda kablolar 30 cm yer seviyesinin altında kalmıştır. Bu aşamadan sonra

heyelan sahasının içerisinde eş zamanlı deformasyon ölçümleri düzenli olarak alınmış ve

veriler değerlendirilmiştir. Kullanılan heyelan izleme sistemi deformasyon ölçüm değerleri

için atanan eşik değerler yardımıyla kritik sınırlar aşıldığında alarm vererek gerekli birimlere

haber iletecek bir erken uyarı sistemine dönüştürülmüştür. Heyelan sahasına yerleştirilen fiber

optik kabloların bağlı olduğu BOTDA yöntemiyle çalışan cihaz heyelan sahasında gerinim

değerlerini sürekli olarak ölçmektedir. Bu veri fiber optik sistemin uzaktan kontrolü için

sistem ile bütünleşmiş/entegre edilen yazılım ve bir GPRS sistemi yardımıyla uzaktan online

olarak bilgisayar veya cep telefonu ile kontrol edilebilmektedir. Bu sistem aynı zamanda

gerekli acil durum ekiplerini cep telefonu mesajı veya e-posta yoluyla uyarabilmektedir.

4.TARTIŞMA VE SONUÇLAR

Bu bölüm, uygulama sahasındaki kablo serimi tamamlandıktan sonra Ocak 2016’dan

başlayarak Temmuz 2016’ya kadar sürekli olarak alınan verilerin ölçüm sonuçlarının

değerlendirilmesini içermektedir. Temmuz ayından itibaren yağışların azalması ve yüzey

sularının çekilmesi sebebiyle heyelan sahasındaki deformasyon hareketleri özel durumlar

dışında çok azalmıştır. Bu sebeple Temmuz ayından sonraki heyelan izleme çalışmaları bu

çalışmaya dahil edilmemiştir. Sonuçlar değerlendirilirken öncelikle Meteoroloji Genel

Müdürlüğü’nden alınan saatlik, günlük ve aylık yağış verileri kullanılarak bölgedeki

hidrolojik durumun heyelan hareketi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ölçümlenen aylık

ortalama gerinim (şekil değiştirme) değerleri Şekil 3’te ve aylık toplam yağış miktarları Şekil

4’te verilmiştir. Verilen grafikler değerlendirildiğinde her ay için yağış etkileri açıkça

görülmektedir. Gerinim değişimi grafiğinin X-eksenini oluşturan mesafe değişkeni fiber optik

kablo uzunluğunu temsil etmektedir. Kablonun heyelan sahasına yerleştirilmiş olan kısmı 75

– 130 m aralığında olduğu için grafikte yalnızca bu mesafe gösterilmiştir. Gerinim ile yağış

doğru orantılıdır. Grafikte verilen şekil değiştirmelerin yönü heyelan hareketi ile aynı

yöndedir. Heyelandaki hareketlilik kablonun gerilmesine ve dolayısıyla ölçümlenen noktadaki

kablo boyunun kısalmasına sebep olduğundan gerinimdeki artış negatif işaretlidir. Ocak

ayından sonra aşağı yukarı aynı sıcaklık ve yağış ortalamasına sahip olan Şubat ve Mart

aylarında aşırı yağışlar sebebiyle gerinim değerlerinde artış olmuştur. Ancak, bu artışlar

benzer sıcaklık ve yağış ortalamalarına sahip olmalarına rağmen bu iki ay için aynı olmayıp,

Şubat ayı için gerinim ortalaması 600 με ile diğer aylardaki gerinim değerlerden daha az

olarak görünmektedir (Şekil 3). Bunun sebebi, Şubat ayında kısa süreli olarak ölçüm alınması

ve yağışlı günlerin bir bölümünün değerlendirilememiş olunmasıdır. Buna rağmen, Şubat

ayındaki günlük ani bir yağış süreci heyelan bölgesindeki kütle hareketlerini tetiklemiş ve

fiber kabloyu kopartmıştır. Bu durum Şubat ayındaki asıl durumun ölçümlenenden farklı

olduğunun kanıtıdır. Benzer bir durum da Haziran ayı için geçerlidir. Yağış miktarının Nisan

ayından daha fazla olduğu Haziran ayında da gerinim değerleri (Şubat ayı gibi), ölçüm alınan

yağışlı günlerin sayısının az oluşu nedeniyle olması gerekenden daha az bir ortalama gerinim

değerine (800 με) sahiptir. Mayıs ayı ortalama yağış miktarı Mart ayından ve Nisan ayı

ortalama yağış miktarı da Mart ayından daha azdır. Gerinim değişimleri yağış miktarıyla

doğru orantılı olarak artmakta ve azalmaktadır. Ocak ve Haziran ayları arasında ölçümlenen

gerinim aralığı yaklaşık 401-5005 με’dir. Gerinimdeki toplam (kümülatif) şekil değiştirme

miktarı 260 mm’ye karşılık gelmektedir.

848


Şekil 3. 2016 Yılı Ocak-Temmuz Aylık Ortalama Gerinim Değerleri (ortalama değer çizgisi altında ve

üstünde bulunan siyah taralı çizgiler ±1 (birim) standart sapma değerlerini temsil etmektedir)

Şekil 4. 2016 Yılı Ocak-Temmuz Ayları Aylık Toplam Yağış Miktarları (mm=kg/m2) (Meteoroloji

Genel Müdürlüğü, 2017)

Çalışma alanın Kocaeli olması sebebiyle gerinim değerlerini etkilediği düşünülen bir diğer

önemli parametre de sismik etkidir. Sismotektonik açıdan incelendiğinde bölge, yüksek

derecede aktif bir alanda ve 1. Derece Deprem Bölgesinde yer almaktadır (T.C. Bayındırlık ve

İskan Bakanlığı, 1996). Özellikle 1999 yılında Kocaeli-Gölcük’te meydana gelen ve çalışma

alanına yaklaşık 20 km uzaklıkta, Kuzey Anadolu Fay Sistemi (KAFS) üzerinde olan

depremin can ve mal kaybına neden olan yıkıcı sonuçları bilinmektedir. Veri ölçümleri

süresinde Ocak-Temmuz 2016 tarihleri arasında meydana gelen ve AFAD TR-KYH

tarafından kuvvetli yer hareketi istasyonları ile tespit edilen depremler dikkate alınarak sismik

aktivitenin heyelan sahasındaki deformasyon hareketine olan etkisi belirlenmeye çalışılmıştır.

849


Bu süreç zarfında bölgede sadece küçük depremler meydana gelmiştir (M<2). Bunlardan

heyelan sahasına çok yakın olan, 29.03.2016 tarihinde, saat 03:52’de Başiskele’de meydana

gelen 1.9 büyüklüğündeki bir depremin gerinim üzerindeki etkisi sistemde tespit

edilebilmiştir (Şekil 5). Sismik aktivitenin öncesinde ve sonrasında elde edilen ölçüm

miktarlarına bakıldığında depremin olduğu saatte 2500 με’lik bir ani gerinim değişimi

olmuştur. Bu etki depremin heyelan sahasına çok yakın olması sebebiyle (yaklaşık 7 km)

küçük magnitüdlü olmasına rağmen sistemde belirlenebilmiştir.

Şekil 5. 29.03.2016 Tarihindeki Deprem Öncesi, Sırası ve Hemen Sonrasındaki Gerinim Değerleri

Elde edilen bu sonuçlar heyelanlarda sismik etkinin aletsel veri olarak belirlenebilmesi

açısından çok değerlidir. Ancak tek bir deprem kaydı örnekleme olarak yeterli değildir.

Depremin heyelandaki kütle hareketi üzerindeki etkisinin tam olarak anlaşılması için heyelan

sahasından daha fazla sayısal sismik veri alınarak değerlendirmeler yapılmasına ihtiyaç

vardır. Sismik etkinin heyelan sahasında takibi için çalışma sahasına bir kuvvetli yer hareketi

istasyonu yerleştirerek bölgede meydana gelen küçük sismik aktivitelerin de hassasiyetle

incelenmesi ile daha fazla veri elde edilebilecek bir sistemin kurulması ve daha detaylı

incelenmesi gereklidir.

Kullanılan sistemde kütle hareketleri sonucunda fiber optikler ile ölçümlenen deformasyon

verilerinin değerlendirildiği hassasiyet analizlerinden elde edilen sonuçlar çok değerlidir.

Ancak, sistem hassasiyetinin ve güvenilirliğinin arttırılması, yağış etkileri ile birlikte kütle

hareketlerini etkileyebilecek sismik faktörler ve bunun dışındaki diğer faktörlerle yapılacak

olan detaylı hassasiyet ölçümlerinin (örneğin yeraltı ve yerüstü su seviyesi değişimleriyle

yapılacak sayısal çözümlemeler, vb.) de hesaba katılarak yeni değerlendirmeler yapılması ve

bunların kütle hareketinin deformasyon karakteristiği üzerindeki etkilerinin araştırılmasıyla

mümkün olacaktır. Oluşturulan sistemin başarısı can ve mal kaybı ile ilişkili olduğundan, elde

edilecek olan verilerin hassasiyeti ve buna bağlı olarak erken uyarı sistemleriyle birlikte doğru

bir şekilde takip edilebilmesi önemli bir gerekliliktir. Bunun için şu anda devam edilmekte

olan bir diğer çalışma da heyelan sahasına derin kuyu piezometre ölçümleriyle yeraltı su

seviyesi ve boşluk suyu basıncının sürekli takip edilmesidir. Piezometre ile ölçümlenecek

yeraltı su seviyesi ve boşluk suyu basıncı verilerinin, heyelan sahasında ölçümlenen gerinim

değerlerine etkisinin araştırılması fiber optik sistemin hassasiyet analizlerinin başarısı

açısından çok önemlidir. Böylece, yağış etkisine ek olarak sismik aktivitenin ve yeraltı suyu

850


seviyesinin de kütle hareketi üzerindeki etkisinin daha doğru ve güvenilir olarak belirlenmesi

ve değerlendirilmesi sağlanabilecektir.

Türkiye’de ilk defa uygulanan bu proje kapsamında yapılan heyelanların izlenmesi

çalışmaları, yukarıda belirtilen faktörlerin heyelanlar üzerindeki etkilerinin

değerlendirilmesiyle bu konuda tehlike ve risk değerlendirmeleri üzerine yapılan çalışmalara

önemli bir katkı sağlayacaktır. Heyelanı tetikleyen faktörler ile ilgili hassasiyet çalışmaları

sona erdiğinde fiber optik sistem farklı parametrelerin etkisini değerlendirebilen bir heyelan

erken uyarı sistemi olarak ülkemizde başarıyla kullanılabilecektir. Sistem, üreteceği ek bilgi

ve/veya teknoloji sayesinde oluşturulan erken uyarı sistemi ile heyelanlar meydana gelmeden

önce sahaya müdahale şansı tanıyarak can ve mal kayıplarının önlenmesinde büyük katkılar

sunacaktır. Ülkemizde heyelanlar sonucunda meydana gelen kayıplar düşünüldüğünde böyle

bir heyelan izleme ve erken uyarı sisteminin can kayıplarının önlenmesinde ve kütle hareketi

kaynaklı maddi zararların önüne geçilmesinde çok yararlı olacağı düşünülmektedir.

TEŞEKKÜR

Projeye katkılarından dolayı AFAD Deprem Dairesi Başkanlığı ve Planlama ve Zarar

Azaltma Dairesi Başkanlığı’na, ve destekleri için Kocaeli İl Afet ve Acil Durum Müdürlüğü

ve Başiskele Belediyesi’ne teşekkür ederiz. Bu calışma, T. C. Başbakanlık Afet ve Acil

Durum Yönetimi Başkanlığı’nın Ulusal Deprem Araştırma Programı tarafından UDAP-Ç14-

02 No’lu proje ile desteklenmiştir.

KAYNAKLAR

[1] Savvaidis, P. D. (2003), “Existing Landslide Monitoring Systems and Techniques”, From

Stars to Earth and Culture, School of Rural and Surveying Engineering, The Aristotle

University of Thessaloniki, 242-258.

[2] Pei, H., Cui, P., Yin, J., Zhu, H., Chen, X., Pei, L., and Xu D. (2011), “Monitoring and

Warning of Landslides and Debris Flows Using an Optical Fiber Sensor

Technology”, J. Mount. Sci., Vol. 8, 728-738.

[3] Wang, B., Li, K., Shi, B. and Wei, G. (2008), “Test on Application of Distributed Fiber

Optic Sensing Technique into Soil Slope Monitoring”, Landslides, Vol.6, 61-68.

[4] Gupta, S. C. (2012), “Textbook on Optical Fiber Communication and Its Applications

(2nd Edition)”, PHI Learning Private Limited, New Delhi.

[5] Al-Azzawi, A. (2007), “Fiber Optics Principles and Practices”, Taylor & Francis Group,

Boca Raton.

[6] Zhang, D., Shi, B., Sun, Y., Tong, H. and Wang, G. (2014), “Bank Slope Monitoring with

Integrated Fiber Optical Sensing Technology in Three Gorges Reservoir Area”,

Engineering Geology for Society And Territory Volume 2, 135-138.

[7] Ohno, H., Naruse, H., Kihara, M. and Shimada, A. (2001), “Industrial Applications of the

BOTDR Optical Fiber Strain Sensor”, Optical Fiber Technology, Vol. 7, 45-64.

[8] Halley, P. (1987). “Fiber Optic Systems”, John Wiley & Sons, United Kingdom.

[9] Thyagarajan, K. S. and Ghatak A. (2007), “Fiber Optic Essentials”, Wiley-IEEE Press

[10] Shiqing, N. and Qian, G. (2011), “Application of Distributed Optical Fiber Sensor

Technology Based on BOTDR in Similar Model Test of Backfill Mining”, Procedia

Earth and Planetary Science, Vol. 2, 34-39.

851


[11] Xiaofei, Z., Wenjie, H., Qing, Z., Yanxin, S., Xianwei, M. and Yongwen, H. (2011),

“Development of Optical Fiber Strain Monitoring System Based on BOTDR”, The

Tenth International Conference on Electronic Measurement & Instruments (ICEMI),

16-19 Ağustos 2011, UESTC International Convention Center, Chengdu, China.

[12] Yin, Y., Wang, H., Gao, Y. and Li, X. (2010), “Real-Time Monitoring and Early

Warning of Landslides at Relocated Wushan Town, the Three Gorges Reservoir,

China”, Landslides, Vol. 7, 339-349.

[13] AFAD (2012), “Kocaeli İli Başiskele İlçesi Kılıçarslan Mahallesi Bahçecik Beykoz

Villaları Jeolojik Etüd Raporu”, T.C. Kocaeli Valiliği Afet Ve Acil Durum

Müdürlüğü (Basılmamış Rapor).

[14] ISRM. (1981), “Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities”

in Rock Masses. In: Barton T, editor. Rock Characterization, Testing and

Monitoring, Pergamon Press, Oxford, London.

[15] Arslan Kelam, A., Koçkar, M. K. and Akgün, H. (2016), “Utilization of Optical Fiber

System for Mass Movement Monitoring”, Disaster Science and Engineering, Vol.

2(1), 19-24.

[16] T.C Bayındırlık ve İskan Bakanlığı (1996), “Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası”, Afet

İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara.

852


Documents

HEYELAN HAREKETLERİNİN FİBER OPTİK SİSTEMLERLE …