Ünite 7: Sismik Tehlike Analizi

Giriş

İnsanoğlu hayatı boyunca doğal afetlerle mücadele etmektedir. Doğal afetler; kuraklık, sel, su taşkını, çığ, orman yangınları, fırtına, küresel ısınma, erozyon, sis, heyelan, yanardağ patlamaları, depremler, tsunamiler olarak bilinirler. Türkiye, deprem kuşağında yer aldığı için meydana gelen diğer afetlerle karşılaştırıldığında depremler en önde gelmektedir.

Depremlerin ne zaman ve nerede meydana gelecekleri konusunda yapılan bilimsel araştırmalar henüz kesin sonuçlar verememektedir. Depremlerin etkileri ise Sismik Tehlike Analizi çalışmalarından elde edilen sonuçlarla belirlenmektedir. Deterministik Sismik Tehlike Analizi hesaplamaları ile çalışma alanını etkileyebilecek deprem kaynakları, bu kaynakların çalışma alanına olan en kısa mesafe parametreleri, çalışma alanının özellikleri ve azalım ilişkileri kullanılarak depremlerin etkileri belirlenmektedir.

Deprem

Deprem , yerkabuğunda meydana gelen hareketlerin etkisi ile yerkabuğunun zayıf bölgelerinde sürtünmeden dolayı biriken enerjinin aniden açığa çıkması sonucu meydana gelen yer sarsıntısı olarak tanımlanabilir. Meydana gelen depremlerin yerini, büyüklüğünü, şiddetini ve süresini belirleyebilmek için sismograf denilen kayıt cihazları kullanılmaktadır. Bu sistemler mekanik olarak kayıt yaptıkları için bu cihazlara Sismograf denilmiştir. Sismograflardan sonra günümüzde kullanılmakta olan Sismometreler geliştirilmiştir. Sismometreler , depremler meydana geldikten sonra açığa çıkan deprem dalgalarının etkilerini elektrik voltajına dönüştürerek depremlerin etkilerini kayıt ederler.

Depremlerin etkinliklerini gözlemleyebilmek için Türkiye’de ve dünyada sismometrelerin kullanıldığı farklı sismik ağlar bulunmaktadır. Türkiye’de T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD), Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü başta olmak üzere farklı kurum ve üniversiteler sismograf ağları ile deprem etkinliklerini gözlemlemek üzere çalışmalarını yürütmektedir. Anadolu Üniversitesi Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir yerleşim yeri ve çevresindeki deprem etkinliğini sürekli olarak gözlemleyebilmek için 2005 yılında ANA-NET sismik ağını faaliyete geçirmiştir.

Deprem etkilerinin belirlenmesi için kullanılan sismograflardan oluşan ilk sismograf ağı Amerika Birleşik Devletleri tarafından dünyanın farklı bölgelerinde yapılan nükleer silah deneme faaliyetlerini gözlemleyebilmek için kurulmuştur. WWSNN (World Wide Standardized Seismometer Network) olarak bilinen bu sismograf ağı sayesinde deprem kayıtları ilk kez kaydedilip toplanmaya başlanmıştır.

Depremlerin meydana gelmesini sağlayan kuvvet dünyanın içinden gelmektedir. Bu kuvvetin varlığı Levha Tektoniği Kuramı ile açıklanmaktadır. Yerkabuğunun (Litosferin) bir bütün olduğu varsayılsa da dünyanın oluşumundan günümüze kadar geçen sürede, yerkabuğu farklı parçalar ve sınırlar boyunca sürekli olarak hareket etmektedir. Litosferi oluşturan, birbirine göre hareket halinde olan farklı büyüklükteki bu parçalar Levha olarak tanımlanmaktadır.

Yerkabuğu ve levhaların sürekli hareket halinde olması sonucu hareketin olduğu sınırlarda sürtünme etkisi ile biriken enerji, yerkabuğunun zayıf bölgelerinde belirli çizgisellikler boyunca gözle fark edilebilecek yer değiştirmelere neden olmaktadır. Gözle fark edilebilecek yer değiştirmenin meydana geldiği jeolojik yapılara “Fay” denir. Hareketin gerçekleştiği düzlem Fay Düzlemi olarak adlandırılır. Fay düzlemlerinde deprem hareketlerinin etkisiyle Fay Çizikleri oluşur. Bu çizikler daha önce o fay üzerinde meydana gelmiş depremlerin hareket yönünü göstermektedir. Fay düzlemleri yer kabuğunu iki farklı bloğa ayırır. Fay düzlemi üzerinde kalan bloğa Tavan Blok , fay düzlemi altında kalan bloğa ise Taban Blok denilmektedir. Faylar tavan ve taban blok hareketine göre dört tiptir. Tavan bloğun fay düzlemi boyunca taban bloğa göre aşağıya doğru hareket etmesi sonucu Normal Faylar, tavan bloğun fay düzlemi boyunca taban bloğa göre yukarıya doğru hareket etmesi sonucu Ters Faylar, fay bloklarının fay doğrultusu boyunca hareket etmesi sonucu Doğrultu Atımlı Faylar, fay bloklarının hareketleri hem eğim atımın hem de doğrultu atımın bileşkesi şeklinde hareket etmesi ile de Oblik Faylar meydana gelir.

Deprem Parametreleri

Depremler sırasında açığa çıkan enerji, yerkabuğunda dalgalar halinde yayılır. Depremlerin enerjilerinin tamamı sönümlenene kadar deprem dalgaları yer kabuğu içerisindeki hareketlerine devam ederler. Deprem dalgalarının ulaşabildiği her yerde depremlerin etkileri gözlemlenir.

Depremler sonucunda iki tür deprem dalgası oluşmaktadır. Bu dalgalar Cisim Dalgaları ve Yüzey Dalgaları dır. Cisim dalgaları; Birincil (Primary , P) ve İkincil (Secondary, S) deprem dalgası olmak üzere ikiye ayrılır. Yüzey dalgaları ise Rayleigh ve Love dalgalarıdır. P dalgaları, deprem dalgaları arasında en hızlı hareket eden ve sismometrelere ilk ulaşan dalgalardır, P dalgalarının etkisindeki taneciklerin hareketi dalga ilerleme yönüne paraleldir. P dalgaları önce sıkışma sonrasında ise genişleme hareketi yaparak ilerler. P dalgalarının yıkıcı etkileri oldukça düşüktür. S dalgaları, P dalgasından sonra en hızlı hareket eden ve sismometrelere ikinci ulaşan dalgalardır, S dalgalarının etkisindeki taneciklerin hareketi dalga ilerleme yönüne diktir. S dalgaları hem düşey yönde hem de dalga hareketine dik yöndedir. Bu hareketin sonucunda geçtikleri bölgelerde deformasyona neden olmaktadırlar. Yüzey dalgaları depremler meydana geldikten sonra yeryüzeyi boyunca hareket ederler. Yüzey dalgalarının hızları cisim dalgalarının hızlarına oranla daha yavaştır. Love dalgalarının hareketi dalga yayılımına dik ve sadece yatay bileşeni vardır. Love dalgaları S dalgalarının arka arkaya yansıması sonucu oluşurlar. Love dalgaları, Rayleigh dalgalarına göre daha hızlı hareket etmektedirler. Love dalgalarının hareketi etkisindeki tanecikler tamamen dalga yayılımına dik ve yatay hareket etmektedirler. Rayleigh dalgaları, P ve S dalgalarının yeryüzeyine yakın katmanlar ile etkileşimleri sonucu meydana gelirler. Rayleigh dalgalarının taşıdıkları enerji diğer deprem dalgalarının taşıdıkları enerjiden daha fazladır. Depremler meydana geldikten sonra hissedilen sarsıntılar Rayleigh dalgalarından kaynaklanmaktadır. Rayleigh dalgaları deniz, göl vb. su birikintilerinde meydana gelen dalgalanmalara benzer şekilde hareket ederler.

Meydana gelen depremleri tanımlamak, konumlarını belirlemek, yaydığı enerjiyi ifade edilebilmek ve çevreye verdiği zararı tanımlayabilmek için çeşitli parametreler tanımlanmıştır. Bu parametreler:

• Deprem Büyüklüğü
• Deprem Şiddeti
• Depremlerin Enerjisi
• Depremin Odak Noktası (Hiposantr)
• Depremin Dış Merkezi (Episantr)

İlk olarak Richter C. 1930’lu yıllarda meydana gelen depremlerin maksimum gelinliklerinin 10 tabanına göre logaritmasını alarak deprem büyüklüğü nü tanımlamıştır. Sonrasında farklı araştırmacılar meydana gelen depremlerin büyüklüklerini hesaplarken yaptıkları çözümlemeler ile yeni deprem büyüklük türleri hesaplamışlardır. Bu büyüklük türleri Yerel Büyüklük (Ml), Süreye Bağlı Büyüklük (Md), Yüzey Dalgası Büyüklüğü (Ms), Cisim Dalgası Büyüklüğü (Mb) ve Moment Büyüklüğü (Mw) olarak sınıflandırılırlar. Sismik Tehlike Analizi çalışmalarında deprem büyüklüğü değerleri Moment Büyüklüğü (Mw) olarak kullanılır.

Depremler meydana geldikten sonra açığa çıkan enerjinin yayılması sonucunda canlı ve cansız varlıklar üzerindeki etkilerine Deprem Şiddeti denir. Deprem şiddeti sınıflamaları depremler meydana geldikten sonra, cansız varlıklar üzerindeki hasarlarının boyutlarını ve canlı varlıkların depreme karşı nasıl tepki gösterdiklerini sınıflandırır. İlk olarak 1880’li yılların başlarında RossiForel (RF) , Roma rakamları kullanarak 10 sınıftan oluşan RF şiddet ölçeği geliştirilmiştir. Sonrasında birçok araştırmacı tarafından farklı şiddet ölçekleri geliştirilmiştir. Mercalli, Cancani, Sieberg gibi araştırmacıların geliştirdiği şiddet ölçekleri bulunmaktadır. Bu araştırmacıların geliştirmiş oldukları ve 12 sınıftan oluşan şiddet ölçeği 1931 yılında ABD’de Wood ve Neumann tarafından yapılan değişikliklerle Değiştirilmiş (Modified) Mercalli Ölçeği olarak adlandırılmıştır.

Depremlerin meydana geldikleri anda açığa çıkardıkları enerjiye Depremlerin Enerjisi denir. Meydana gelen her bir depremin büyüklüğündeki bir birimlik büyüklük artışı, toplam enerjide 32 katlık artışa neden olmaktadır.

Meydana gelen deprem sonrasında enerjinin ilk olarak açığa çıktığı konuma Depremin Odak Noktası veya İç Merkezi denir.

Depremin odak noktasının dik izdüşümünün, yeryüzünü kestiği noktaya Depremin Dış Merkezi denir.

Sismik Tehlike Analizi

Yer kabuğunda meydana gelen depremlerin çalışma alanlarına etkilerinin belirlenmesi için yapılan çalışmaya Sismik Tehlike Analizi denir. Sismik Tehlike Analizi çalışmaları yeni yerleşim alanlarının belirlenmesinde, önceden yapılmış yapıların bulunduğu alanları etkileyebilecek ivme değerlerinin hesaplanmasında oldukça önemli değerlendirmeler yapmaya imkan sunar. Sismik Tehlike Analizi çalışmalarında deprem verileri ve azalım ilişkilerinden yararlanılmaktadır.

Meydana gelen depremlerin etkileri deprem büyüklüğüne, deprem dalgalarının ulaşabildiği yerlerdeki yerel zemin koşullarına ve mesafe parametrelerine bağlı olarak değişmektedir. Depremlerin etkilerinin (ivme değerlerini) mesafeye göre azalımını belirlemek için kullanılan matematiksel fonksiyonlara Azalım İlişkileri denir.

Azalım ilişkileri genel olarak meydana gelen depremin büyüklüğüne ve mesafeye bağlı olarak geliştirilmiştir. Ancak farklı araştırmacılar çalışma alanının yerel zemin özelliklerini de kullanarak azalım ilişkileri fonksiyonlarına farklı parametreler ilave etmişlerdir.

Sismik Tehlike Analizi çalışmalarında kullanılan en önemli verilerden biri çalışma alanında meydana gelen deprem verileridir. Doğru sonuçların elde edileceği bir çalışma için, deprem verilerinin düzenlenmesi, tekrar edilmiş deprem verilerinin katalogdan arındırılması ve katalogda bulunan deprem verilerinin aynı deprem büyüklüğü türünde olması oldukça önem taşımaktadır. Yerleşim yerlerindeki mühendislik yapılarına hasar verebilecek en küçük deprem büyüklüğü 4.0 büyüklüğündeki depremlerdir. Bu nedenle Sismik Tehlike Analizi çalışmalarında çalışma alanında meydana gelmiş 4.0 büyüklüğüne eşit ve 4.0 büyüklüğünden büyük depremler kullanılmaktadır. Türkiye’de yapılması planlanan Sismik Tehlike Analizi çalışmaları için Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü tarafından derlenen Bütünleştirilmiş Homojen Türkiye Deprem Kataloğu 1900-2010 (Kalafat ve diğ. 2011) ve T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığının (AFAD) veri tabanında bulunan deprem verileri kullanılabilir.

Deterministik Sismik Tehlike Analizi

Deterministik Sismik Tehlike Analizi (DSTA), çalışma alanında geçmişte meydana gelen depremler doğrultusunda, oluşabilecek benzer depremlerin yerleşim yeri, baraj, enerji santralleri, hastaneler gibi önemli bölge ve yapıları üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amacıyla yapılır. DSTA çalışmaları birkaç aşamadan meydana gelir. Bu aşamalar;

• Çalışma alanında meydana gelen depremler ve çalışma alanını etkileyecek boyutta deprem meydana getirme potansiyeline sahip deprem kaynakları belirlenir.
• Belirlenen her bir deprem kaynağının çalışma alanına en yakın mesafeleri belirlenir.
• Çalışmada kullanılacak deprem kataloğu sayesinde çalışma alanında meydana gelmiş depremler belirlenir.
• Meydana gelmiş ve gelebilecek deprem büyüklükleri uygun azalım ilişkileri kullanılarak çalışma alanını etkileyecek ivme değerleri hesaplanır.

Deterministik Sismik Tehlike Analizi, olabilecek en kötü deprem senaryosunu dikkate aldığından, her bir sismik zonda meydana gelen en büyük depremin ilgili zonun çalışma alanına en yakın noktasında meydana geldiğini kabul etmektedir (Kramer, 1996). Çalışma alanını etkileyebilecek Noktasal Kaynakların en kısa mesafeleri, Alansal Kaynakların en kısa mesafelerine göre daha fazla mesafede oldukları için hem Noktasal hem de Alansal Kaynaklar için mesafe parametreleri Noktasal Kaynakların en kısa mesafeleri kullanılmıştır. Alansal Kaynakların çalışma alanına en kısa mesafeleri; Kuzey Anadolu Fay Zonu 71 km, Eskişehir Fay Zonu 15 km, Kütahya Fay Zonu 44 km, Simav Fay Zonu 74 km olarak belirlenmiştir.

Coğrafi Bilgi Sistemleri, konumsal tabanlı yapılan verilerin organize edilmesinde, haritalanmasında ve veriler ile ilgili bir çok yapılan birçok analizde oldukça kullanışlı bir araçtır. Sismik Tehlike Analizi çalışmalarına altlık olarak kullanılacak tüm verilerin çalışma için hazırlanmasında kullanılmaktadır. Belirli bir veri tabanı içerisinde yer alan deprem verilerinin konumsal olarak gösterilmesi, çalışma alanlarının belirlenmesi, çalışma alanlarını etkileyecek fayların belirlenmesinde Coğrafi Bilgi Sistemleri etkin bir şekilde kullanılmaktadır.