Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği

Transkript

1 BAÜ FBE Dergisi Cilt:9, Sayı:2, Aralık 2007 Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği Hamdi ELCUMAN 1,*, Hacı Bekir KARA 2, Tefaruk HAKTANIR 2 1 Đl Bayındırlık ve Đskan Müdürlüğü, Kayseri 2 Erciyes Ünv., Mühendislik Fak., Đnşaat Müh. Böl., Kayseri Özet Bu çalışmada, Kandilli Rasathanesi tarafından internete aktarılmış olan, 1900 den beri ülkemiz sınırları içinde ölçülmekte olan deprem manyitütlerinden, Gönen ve civarını içeren bölgenin yıllık en büyük değerleri elde edilmiş ve farklı dağılım modelleri kullanılarak frekans analizi uygulanmıştır. Elde edilen değerler hem grafik üzerinde hem de sayısal olarak verilmiştir. Ayrıca Gönen yöresinin tektonik yapısı ve depremselliği de çalışma kapsamında ortaya konulmuştur. Anahtar Kelimeler: Gönen, Depremsellik, Frekans analizi Statistical frequency analysis of annual extreme earthquakes recorded around gönen region along with its seismic activity Abstract In this study, Gönen s annual peak earthquake magnitudes, which have been being continuously recorded since 1900 s, are taken directly from the internet page published by Kandilli Observatory and are analyzed using various probability distribution models. The outcome of a comprehensive frequency analysis is given both in graphical form and also as numerical tables. Furthermore, the tectonic structure and seismic properties of the Gönen region are also given in the study. Keywords: Gönen, seismic activity, Frequency analysis. * Hamdi ELCUMAN 93

2 H. Elcuman 1. Giriş Kandilli rasathanesince 1900 lü yılların başından beri kaydedilen ve yayınlanan Richter ölçeğinde noktasal deprem şiddetleri donelerinden, ülkemizde herhangi bir beldeyi çevreleyen 50 km veya 100 km yarıçapında belirli bir coğrafik alan içinde kalan değerleri alınıp, bunlardan bir yıl içinde hissedilmeyecek kadar küçük şiddetliler ayıklanarak, gözlenmiş yıllık maksimum deprem şiddetleri örnek serisi elde edilebilir. Herhangi bir yıl içinde meydana gelen çok sayıdaki depremden en büyük şiddetlisi o yılın maksimum deprem şiddetidir ve her bir yıl için bir değer olarak alınır. Böyle bir seriye, uygunluk testleri yardımıyla veya tecrübe ile seçilen bir olasılık dağılım modeli uydurularak, bir yıl içindeki aşılma olasılığı ile maksimum deprem şiddeti değeri arasındaki ilişki tablo veya kümülatif olasılık eğrisi olarak elde edilebilir. Kayıt süresi içinde hissedilmeyecek değerde küçük şiddetli depremli yılların toplam kayıt süresine oranı şiddetsiz depremlerin olasılığı olarak değerlendirilebilir. Risk, bir yapının karşı koyamayacağı şiddette bir depremin yapının ekonomik ömrü boyunca en az bir kez meydana gelme olasılığıdır ve kısaca binanın depremden dolayı yıkılma olasılığı olarak değerlendirilir. Ortalama tekrarlanma periyodu, bir yıl içindeki aşılma olasılığının tersine eşittir ve çok uzun zamanda o şiddette iki deprem arasında geçen zamanın ortalamasıdır. Çeşitli amaçlarla kullanılan konut, okul, hastane, baraj gibi yapıların ekonomik ömürleri, ulusal ve uluslararası ölçüt ve yönetmeliklere göre belirlenir. Bu süreç 25 ila 100 yıl arasında, binanın türüne, amacına ve önemine bağlı bir zaman uzunluğudur. Konut ve okul gibi betonarme binalar için ülkemizde kabul edilen ekonomik ömür 50 senedir. Bir binanın kullanılmaya başladığı andan itibaren ekonomik ömrü süresince, karşı koyamayacağı, yıkılacağı şiddette bir depreme en az bir kez, diğer bir deyişle bir ve birden fazla, maruz kalma olasılığı Risk olarak tanımlanmaktadır. Ekonomik ömrü süresince bir binanın en az bir kez dayanamayacağı kadar şiddetli bir depreme maruz kalma olasılığı, tabi ki tam bir kez maruz kalma olasılığından çok daha büyüktür. Dolayısıyla, Risk, gerçekçi bir yaklaşımla kritik depremin en az bir kez meydana gelme olasılığı olarak dikkate alınmaktadır. Bir doğal akarsuyun herhangi bir kesitinden geçen taşkın pik debileri, bir hava alanında esen maksimum rüzgâr hızları, bir limana gelen maksimum dalga yükseklikleri, bir şehirde oluşan maksimum yağmur derinlikleri gibi sıradışı doğa olaylarının boyutları, bütün dünya ülkelerinde istatistiksel frekans analizi sonucu, aşılma veya küçük kalma olasılığına karşı belirlenmektedir. Đleride meydana gelecek sıradışı doğa olaylarının deterministik olarak önceden hesaplanması günümüz teknolojisi ile yapılamadığından ve daha uzunca bir süre yapılması mümkün gözükmediğinden, istatistiksel frekans analizleri, taşkın, deprem gibi, yukarıda sıralanan tahrip edici doğa olaylarına uygulanarak olasılık-bazlı, risk-bazlı, değerlendirilmeler yapılmaktadır. Bu olasılık-bazlı hesaplar, mühendislik ekonomisi analizlerine de uygundur ve somut fizibilite hesaplarının yapılabilmesini sağlamaktadır. Her ne kadar jeofizik değerlendirmeler ile depremlerin oluş mekanizmaları, deprem meydana geldikten sonra hangi fayın hangi birikmiş jeolojik enerji sıkıştırmaları sonucu nasıl kırıldığı açıklanabilmekte ise de potansiyel bir depremin oluş noktası, zamanı ve şiddeti önceden belirlenememektedir. Dolayısıyla, geçmişte meydana gelmiş depremlerin istatistiksel anlamlılıkta uzunluğu olan örnek serilerinin frekans analizi sonucu, ileride oluşacak depremlerin şiddetlerine karşılık olasılıkları hakkında sağlıklı tahminler yapılabilmektedir. Bu frekans analizi, depremin zamanını bilememekte fakat herhangi bir yıllık süreç içinde ve 94

3 Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği sürekli bir hizmet ömrü boyunca, aşılma veya küçük kalma olasılığını rasyonel bir biçimde tahmin edebilmektedir. Bu yaklaşım, taşkın pikleri, maksimum dalga yükseklikleri, maksimum rüzgâr hızları, maksimum yağmur miktarları ve maksimum deprem şiddetleri gibi doğa olaylarına uygulanmaktadır. Deterministik öngörülerin mümkün olmadığı doğa olayları için bu pasif tedbir alma yaklaşımı gerçekçidir ve mühendislik hesaplarına uygundur. Deprem Yönetmeliği olarak ta bilinen, Bayındırlık ve Đskan Bakanlığının Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik inin 5.1 Amaç ve Genel Đlkeler alt bölümünün nolu paragrafında: "Bu Yönetmelikte depreme dayanıklı bina tasarımının ana ilkesi,, şiddetli depremlerde ise can kaybını önlemek amacı ile binaların kısmen veya tamamen göçmesinin önlenmesidir. denmektedir. Takip eden nolu paragrafında: Bu Yönetmelikte esas alınan tasarım depremi, yukarıda de tanımlanan şiddetli depreme karşı gelmektedir. Bölüm 6, Tablo 6.3 te tanımlanan Bina Önem Katsayısı I = 1 olan binalar için, tasarım depreminin 50 yıllık bir süre içinde aşılma olasılığı % 10 dur. denmektedir [1]. Bu son cümle, ülkemizde de deprem şiddetlerinin istatistiksel anlamda değerlendirildiğinin resmi boyutta bir ifadesidir. Yine Bayındırlık ve Đskan Bakanlığınca yayınlanan güncel Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası nın hazırlanmasında önemli görev üstlenen Polat ve arkadaşları, ilgili makalelerinde depremlerin olasılık hesapları ile ilgili literatürü sıralamış, anılan haritanın hazırlanmasında çalışmalarının bütünü içinde yararlandıkları olasılık hesaplarını özetlemiştir [2]. 2. Gönen ilçesi tektonik yapısı Gönen ilçesi ve yakın çevresindeki faylanmalar; yurdumuzu doğudan batıya baştan başa geçen Kuzey Anadolu Fay (KAF) hattının batıda en son uzantıları olan Biga Yarımadasındaki kuzeydoğu-güneybatı yönlü kollarıdır. Toplam boyu 1000 km. ve toplam atım miktarı 25 km. ile 85 km. arasında değişen Kuzey Anadolu Fayı ( KAF ), Karlıova da Doğu Anadolu Fayı ile kesişim yerinde başladıktan sonra orta kısmı dış bükey bir yayla Mudurnu Vadisinin veya Dokurcun vadisinin batı ucuna kadar devam eder. Bu vadiden sonra KAF, Marmara Bölgesinde, doğu ve orta bölümündeki belirgin morfolojili tek ana fay çizgisini yitirip, dağılmış olarak bulunur. 95

4 H. Elcuman Şekil 1. Marmara Denizi çevresinde Kuzey Anadolu Fayı'nın başlıca aktif kolları ve bu kollar üzerinde gerçekleşmiş tarihi depremler. Koyu alanlar yılları arasında kırılan fay segmentleri ve etkiledikleri alanları göstermektedir. Dokurcun vadisinden sonra KAF ının devamı ile ilgili farklı görüşler bulunmaktadır. Genelde, Sapanca Gölü, Đzmit Körfezi ve Kuzey Marmara çukurluğunu Saros Körfezindeki Kuzey Ege çukurluğuna birleştiren, Gaziköy-Saros Körfezi fayı kuzey kol olarak bilinir. Kuzey kolu doğuda Đzmit Körfezi nden Marmara Denizi'ne girer ve batıda Mürefte de denizden çıkar. Bu fay üzerinde 1912 yılında büyük depremler olmuştur. Ortadaki kolu ise; Geyve, Đznik Gölü güneyinden geçerek Gemlik Körfezi ne girer, yaklaşık olarak Marmara Denizi güney kıyısını takiben Kapıdağ yarımadasına kadar uzanır, burada denizden çıkarak Biga Yarımadası nın içerisinden Ege Denizi'ne doğru devam eder. Kuzey ve orta kola ek olarak güneyde 1953 Yenice-Gönen ve 1964 Manyas depremlerinde gelişen kırıkların oluşturduğu Bursa'dan Yenice'ye doğru uzanan üçüncü bir kol da düşünülmektedir. Yenice-Gönen fay zonu, Gönen in güneybatısından başlar Yenice ye doğru uzanır. Bir başka deyişle, Muratlar-Kumköy den Yenice'ye doğru uzanan kuzeydoğu-güneybatı yönlü kırık sistemi sağ-yanal doğrultu atım özelliğinde olup, bu yönüyle KAF nın bir parçasıdır depreminde gelişen kırığın Muratlar dan Çakmak köyüne doğru yaptığı doğu-batı yönlü uzantısı ise Yenice-Gönen fay zonunun Bursa-Gönen grabenine yaptığı bağlantılardan biridir. Bursa-Gönen grabeni (çöküntü alanı) ise Bursa doğusunda kuzeydoğu-güneybatı yönlü belirgin çizgiselliklerle KAF na bağlantılı olabilecek şekilde başlar, batıda ise Gönen ve Sarıköy civarında kapanır. Kabaca doğu-batı yönünde 160 km lik uzunluk, kuzey-güney yönünde ise 5-30 km lik bir genişlik gösterir. Sarıköy-Đnova fay zonu Sarıköy den başlar güneybatıya doğru devam eder. Bu belirgin fay zonunun doğu uzantısı Bursa-Gönen grabeninin kuzey sınırını oluşturur. Yenice-Gönen ve Sarıköy-Đnova fay zonlarının batı uzantıları Bayramiç doğusunda sona ermektedir. Manyas-Danişment fayı ise; bu fayın batısında kalan kısmı yoğun ve karmaşık bir şekilde deforme ettikten sonra Armutçuk üzerinden Edremit körfezine ulaşabileceği düşünülmektedir. 96

5 Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği 1953 Yenice-Gönen deprem kırığının güney sınırını boydan boya kat ettiği Yenice ovası (3-4 x 7-9 km) ve Đnova köyündeki çöküntü alanı (1.5 x 2.5 km) birer "pull-apart" havzalarıdır [3]. Şekil 2. Biga Yarımadasında Belirgin Ana Kırıklar ve Bursa-Gönen Grabeni 3. Gönen in depremselliği Gönen Đlçesi ve çevresi 18.Nisan.1996 tarih ve 96 / 8109 sayı ile yürürlüğe giren T.C. Bayındırlık ve Đskan Bakanlığı Türkiye Deprem Bölgeleri haritasına göre birinci derece deprem bölgesinde bulunmaktadır. Çalışmada kullanılmak üzere tarihleri arasında Kandilli Rasathanesi kayıtlarına göre Gönen Đlçe merkezinin 100 km. yarıçapındaki etki alanında gözlemlenmiş depremlerle ilgili bilgiler sitesinden alınmış ve Şekil 3. de 100 km. çevre yarıçap sınırı ile birlikte manyitüdü 4.0 ve 4.0 den büyük olanlar gösterilmiştir. 97

6 H. Elcuman Tekirdağ Đstanbul Zonguldak Kocaeli Đzmir Şekil 3. Gönen Đlçe merkezinin 100 km. Yarıçapındaki Etki Alanındaki Depremleri Gösteren Harita Gönen Đlçesi ve çevresindeki faylar ve yılları arasında meydana gelen önemli tarihsel ve güncel depremlerin yerleri Şekil 3. de verilmiş olup bölgede yaşanan önemli depremler ise aşağıda Tablo 1. de sunulmuştur. Tablo 1. Bölgede Yaşanan Önemli Depremler Tarih Saat ( GMT ) Enlem Boylam Derinlik ( km ) Büyüklük : : : : : : Gönen ilçesi deprem risk analizi Gönen Đlçesi Deprem Risk Analiz yapılırken, Gönen Đlçesi ve çevresinde 100 km. yarıçapa sahip olan bir alan taranarak sismotektonik bölge olarak kabul edilmiştir yılları arasında bu bölgede meydana gelmiş olan depremlere ait yıllık maksimum deprem manyitüdleri seçilerek, Maksimum-Olabilirlik (Maximum-Likelihood) yöntemine göre 98

7 Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği parametreleri hesaplanmış olan, Gumbel, Pearson-3 ve Log-Pearson-3 dağılımları kullanılmıştır. Gönen ilçesinde yılları arasında ( 101 yıl ) meydana gelen depremlerin yıllık deprem pikleri alınarak 64 doneden oluşan bir örnek seri oluşturulmuştur. Fakat geri kalan 37 yılda ise deprem olmadığı göz önüne alınarak bağıl frekans ( sıfır deprem ihtimali ) hesaplanmış ve P 0 = 37 / 101 = bulunmuştur. Analizde kullanılan 64 donelik deprem büyüklükleri serisi aşağıda Tablo 2. de verilmiştir. Tablo 2. Analizde Kullanılan Deprem Büyüklük Değerleri Bağıl frekans değeri dikkate alınarak ölçeklendirilmiş ortalama tekerrür periyodu aşağıdaki formül kullanılarak % 10, % 5 ve % 1 risk değerleri için hesaplanmıştır. ( 1/ ( 1 Risk) T = 1/ 1 1 Po 50) P o (1) Elde edilen tekerrür periyotları aşağıda Tablo 3. de verilmiş olup 50 yıllık hizmet ömrü kabul edilen yapılar için, deprem olmayan yılların olasılıkları da göz önünde bulundurularak, % 10 risk değerlerine karşılık gelen ortalama tekerrür periyodu 301 yıl olarak bulunmuştur. Bilindiği gibi, herhangi bir yılda deprem vuku bulmaması olasılığı sıfır olarak kabul edildiği vakit, 50 yıllık hizmet ömrü içinde en az bir kez geçilmesi olasılığı, kısaca riski % 10 olan kritik deprem şiddetinin ortalama tekerrür peryodu 475 yıldır. Sıfır veya sıfıra çok yakın şiddette deprem içeren yılların olasılığının yaklaşık % 36.6 olması, tasarım depremi ortalama tekerrür peryodunun 475 ten 301 e inmesine sebep olmaktadır. Bu da az da olsa, tasarım depremi şiddetinin biraz küçülmesine sebep olur. Tablo 3. Bağıl Frekansa Bağlı Olarak Hesaplanmış Tekerrür Periyotları Tablosu %10 Risk % 5 Risk %1 Risk Bağıl Frekansın Olması Durumunda Ortalama Tekerrür Periyodu yıllık hizmet ömrü olarak tasarlanan bir yapının %10, %5 ve %1 risk değerleri için dayanması gereken deprem büyüklükleri Tablo 4. de gösterilmiştir. 99

8 H. Elcuman Tablo 4. Maksimum-Olabilirlik Yöntemine Göre Risk Değerlerine Karşılık Gelen Deprem Büyüklükleri Olasılık Dağılımları %10 Risk % 5 Risk %1 Risk Gumbel Pearson Log-Pearson yılları arasında yapılan sismik gözlemlerden yararlanarak elde edilen parametreler kullanılarak Maksimum Olabilirlik (ML) yöntemi ile, Gumbel, Pearson-3 ve Log-Pearson-3 dağılımları kullanılarak Şekil 4. elde edilmiştir. Sonuç olarak; Gönen Đlçesi deprem risk analiz hesaplarında, ilçe çevresinde 100 km. yarıçapa sahip olan bir alan sismotektonik bölge kabul edilmiş ve yılları arasındaki 101 yıllık sürede bu bölgede yapılan sismik gözlemlerden elde edilen kayıtlı yıllık ekstrem deprem şiddetleri serilerine frekans analizi uygulanmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda; hizmet ömrü 50 yıl kabul edilen ve % 10 risk taşıyan yapılar için, tekerrür periyodu 301 yıl ve dayanmaları gereken deprem büyüklüğü ise 7.3 olarak bulunmuştur. Şekil 4. Tekerrür Peryodu Deprem Şiddeti Đlişkisi (Maksimum Olabilirlik Yöntemiyle) 100

9 Gönen ve çevresinde kaydedilmiş yıllık ekstrem depremlerin istatistiksel frekans analizi ve yörenin depremselliği 5. Sonuçlar Gönen ilçesi ve yakın çevresi sismoteknik bölge olarak; Kuzey Anadolu Fay ( KAF ) hattının batıda en son uzantıları olan Biga Yarımadasındaki, doğuda Manyas-Danişment, ortada Yenice-Gönen ve kuzeyde Sarıköy-Đnova ana faylar ile Bursa Đlinin doğusunda başlayıp batıda ise Gönen ve Sarıköy civarında kapanan Bursa-Gönen grabeninin etkisi altındadır. Gönen Đlçesi deprem risk analiz hesaplarında; hizmet ömrü 50 yıl ve % 10 risk taşıdığı kabul edilen mühendislik yapıları için, ortalama tekerrür periyodu 301 yıl ve dayanmaları gereken deprem büyüklüğü ise 7.3 olarak bulunmuştur. Yapılacak olan projelendirme çalışmalarında bu değerler göz önüne alınmalıdır. Ayrıca; bölge yapı temel zemini özelliklerinin ve yapızemin etkileşiminin de depremlerde çok önemli olduğu bilinmelidir. Gönen Đlçesi ve yakın çevresi birinci derece deprem bölgesidir. Tarihsel süreç içerisinde ve yakın geçmişte yıkıcı, önemli can ve mal kaybına yol açan önemli depremler yaşanmıştır. Gelecekte de büyük depremlerin yaşanacağının kaçınılmaz bir gerçek olduğu hiçbir zaman unutulmamalıdır. Kaynaklar [1] TC Bayındırlık ve Đskan Bakanlığı AFET BÖLGELERĐNDE YAPILACAK YAPILAR HAKKINDA YÖNETMELĐK 1997 Deprem Yönetmeliği (1998 Değişiklikleri ile Birlikte) Đlk yayın tarihi: sayılı Resmi Gazete, yürürlüğe giriş tarihi: , değişiklik tarihi: sayılı Resmi Gazete, Bayındırlık ve Đskan Bakanlığının izni ve TÇMB nin katkılarıyla yayınlayan Türkiye Hazır Beton Birliği, [2] Gülkan, P., Yücemen, M.S., Başöz, N., Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası Değişmeli midir?, Türkiye Mühendislik Haberleri, TMMOB Đnşaat Mühendisleri Odası, 402, 13-33, [3] Herece, E., 1953 Yenice-Gönen Deprem Kırığı ve Kuzey Anadolu Fay Sisteminin Biga Yarımadasındaki Uzantıları, MTA Dergisi 111,47-59, (1990). [4] Kara, H.B., Elcuman, H., Haktanır, T., Özel, Ö., Antalya ve Çevresinin Depremselliğinin Đstatiksel Olarak Đncelenmesi Antalya Yöresinin Đnşaat Mühendisliği Sorunları Kongresi, , (2005). [6] Haktanir, T., Comparision of Various Flood Frequency Distrubitions Using Annual Flood Peaks Data of Rivers in Anatolia, Journal of Hydrology, 136(1-4),1-31,1992. [7] Haktanır, T., Deprem kayıtları olan bir coğrafik alan içinde deprem şiddetlerinin istatistiksel analizi. Yapı Dünyası Dergisi, , 46-50,