1999 KOCAELİ DEPREMİ NİN DEPREM TEHLİKESİ VE RİSKİ AÇISINDAN KOCAELİ İLİNDEKİ ETKİSİ Z. Merdan Tutar 1, A.C. Zülfikar 2, M.B. Demircioğlu 3 ve Ç. Kariptaş 4 1 Arş. Gör., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli, Email: zmtutar@gtu.edu.tr 2 Yrd. Doç Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli 3 Dr., Deprem Müh. Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, KRDAE, İstanbul 4 GRM İletişim ve Bilişim, İstanbul ÖZET: Marmara bölgesi aktif fayları içeren ve yüksek deprem riski taşıyan bir bölgedir. Tarihsel deprem kayıtları bölgenin çok sayıda depreme maruz kaldığını göstermektedir. Kuzey Anadolu Fayı (KAF) bu depremsellikte çok etkilidir. Bölgenin karasal kısmında yer alan KAF 1939-1999 yılları arasında oluşan büyük depremler ile 900 km boyunca kırılmıştır. KAF' nın doğudan batıya doğru göç etmesi nedeniyle, 1967 Mudurnu depreminden sonra 1999 Kocaeli ve Düzce depremlerinin akabinde, bir sonraki olası depremin Marmara Denizi nde meydana gelebileceği çeşitli araştırmalar ile öne sürülmektedir. Bu durum Türkiye nüfusunun ve endüstrisinin çok önemli bir kısmını barındıran Marmara bölgesi için büyük bir risk oluşturmaktadır. Süregelen hızlı kentleşme ve kentsel dönüşüm de dikkate alındığında, Kocaeli için olası bir depremi meydana getirebilecek deprem tehlikesinin ve bunun sonucunda oluşabilecek risklerin belirlenmesine yönelik bir çalışma ihtiyacı doğmaktadır. Bu çalışmada, 1999 Kocaeli deprem verileri kullanılarak deprem tehlike ve riski simüle edilmiştir. Deprem tehlike ve risk analizleri web tabanlı deprem hasar tahmin algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu algoritma kullanım kolaylığı ve kullanıcıya özgü verilerin sisteme girişine izin vermesi ile özellikle yerel idarelerin deprem risk azaltım ve depreme hazırlık çalışmaları kapsamında, kentsel dönüşüm alanlarının, riskli alanların, yerleşime uygun alanların belirlenmesinde kullanılabilecektir. ANAHTAR KELİMELER: Deprem tehlike, Deprem riski, Kocaeli. THE EFFECT OF 1999 KOCAELI EARTHQUAKE Mw7.4 ON KOCAELI CITY IN TERMS OF EARTHQUAKE HAZARD AND RİSK ABSTRACT: Marmara section of Turkey is a region including active faults and high earthquake risk. Historical earthquake records indicate that the region was exposed to a large number of earthquakes. The North Anatolian Fault (NAF) is very effective in this seismicity. The continental part of the NAF was broken 900km with the major earthquakes that occurred between 1939 and1999. Due to the migration of the NAF from east to the west, after the 1967 Mudurnu earthquake, following the 1999 Kocaeli and Düzce earthquake sequences, various researches showed the high potential of next earthquake event in Marmara Sea. This poses a great risk for the Marmara region, which has a very important part of the Turkish population and industry. Taking into consideration the rapid urbanization and urban transformation, there is a need for a study to determine the earthquake hazard that could lead to a possible earthquake for Kocaeli and the risks that may arise as a result of this earthquake. In this study, 1999 Kocaeli earthquakes hazard and risk simulations have been achieved. The analyses in the study have been carried out using the web based earthquake hazard-loss estimation algorithm. This algorithm with its ease of use and by allowing user specific data access will provide a tool to the local administrations in the determination of reurbanization areas, risky areas, settlement suitable areas, especially in the context of earthquake risk mitigation and earthquake preparedness works. KEYWORDS: Earthquake hazard, Earthquake risk, Kocaeli.
1. GİRİŞ VE AMAÇ Kocaeli ili ülke sanayisinin % 45 i ve ülke nüfusunun üçte birini barındıran Marmara Bölgesi nde aktif fayların en yoğun olduğu Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) sisteminde yer almaktadır. Bu sistem geçmiş depremler açısından bakıldığında, KAFZ üzerindeki önemli depremlerin oluş düzeni ve batıya göçü 1939 Erzincan Depremi nden sonra gözlenmiş ve batıya doğru kırılması 1967 Adapazarı-Mudurnu Suyu Vadisi depremi, son olarak da 1999 Gölcük-D. Marmara ve Düzce depremleri ile devam etmiştir. Bolu ya kadar net olarak izlenen Kuzey Anadolu Fayı nın ana kuzey kolu İzmit Körfezi ne kadar uzanıp Marmara Denizi nden geçerek Ganos Fayı na bağlanmakta ve Saroz Körfezi ne kadar uzanarak Kuzey Ege Denizi ne ulaşmaktadır. Güney kolu ise İznik Gölü nün güneyinden geçerek Gemlik Körfezi ne ulaşmaktadır. Marmara Denizi içerisinde Kuzey Anadolu Fayı nın davranışı ve fay geometrisi, deprem oluş özellikleri, KAF nın karadaki gözlenen net özelliklerinden farklılık göstermektedir (Kalafat 2000, 2003; Kalafat ve diğ, 2001; Şekil 1). Kocaeli ilinin deprem riskinin olası bir Marmara denizi depremi nedeniyle devam edeceği düşüncesi ile bu çalışmanın amacı, 1999 Kocaeli deprem verileri kullanılarak deprem tehlike ve riskini simüle edip, yerel idarelerin deprem risk azaltım çalışmalarında kullanabilecekleri web tabanlı bir deprem tehlike ve hasar tahmin algoritmasını kullanıma sunmaktır. (a) (b) Şekil 1. (a) Kuzey Anadolu Fay (KAF) sistemi üzerinde İstanbul a doğru ilerleyen depremlerin yerleri ve yüzey kırıkları (Uçarkuş, 2010) (b) Marmara bölgesinde çeşitli araştırmacılarca çeşitli lokasyonlarda yapılmış paleosismolojik çalışmaların bulgularından elde edilmiş büyük deprem oluşumları (beyaz kutular içindeki tarihler) ve son 300 yılda meydana gelmiş depremlerin gözlenmiş/olası kırılma uzanımlarını (kalın siyah çizgiler) gösteren harita (Utkucu, Budakoğlu ve Durmuş, 2011) Şekil 2. Kocaeli Körfezi Depremi eş şiddet haritası (Özmen, 2000) Türkiye Deprem Vakfı (TDV) Raporu na göre (Özmen, 2000) 17 Ağustos Kocaeli depreminde depremin maksimum şiddeti MSK şiddet cetveline göre X olarak saptanmıştır (Şekil 2). Kocaeli iline bağlı yerleşim birimlerinde 9476 kişi ölmüş ve 19447 kişi yaralanmıştır. Ölen insan sayısı Kocaeli ilçesinde fazla olmasına rağmen yüzde olarak en fazla ölü sayısı Gölcük ilçesinde olmuştur. Kocaeli ilinde toplam 19315 ev ve 3031 işyeri
ağır; 21287 ev ve 3001 iş yeri orta hasara (TDV raporu, 2000) uğramıştır. Deprem nedeniyle meydana gelen ağır hasarın % 48 i, orta hasarın % 43 ü ve hafif hasarın % 40 ı Kocaeli ilinde meydana gelmiştir. Kocaeli il merkezindeki konutların % 10 u, Gebze ilçe merkezindeki konutların % 0.48 i, Gölcük ilçe merkezindeki konutların % 35.70 i, Kandıra ilçe merkezindeki konutların % 0.25 i, Karamürsel ilçe merkezindeki konutların % 14.19 u ve Körfez ilçe merkezindeki konutların % 12.75 i ağır hasara uğramıştır. 2. DEPREM TEHLİKE VE RİSK ANALİZİ Deprem tehlike analizinde, bölgenin geçmiş deprem bilgisi (deprem büyüklüğü, derinlik, yer, fay mekanizması vs); tektonik ve jeolojik yapısı, aktif fay bilgileri göz önüne alınarak fay modeli oluşturulur. Ardından her potansiyel deprem kaynağı için istatistiksel yöntemler kullanılarak deprem parametreleri belirlenir. Bölgeye uygun yer hareketi tahmin denklemleri kullanılarak da deprem tehlike haritaları farklı geri dönüş periyodlarına göre hesaplanır. Deprem tehlike analizinde kullanılan veri tabanı geçmiş deprem bilgilerinden yararlanılarak bulunan depremin olma olasılığı, olası büyüklüğü ve yakın çevresinde yaratacağı şiddet gibi bilgilerden oluşmaktadır. Deprem risk analizi, deprem tehlike ve alana ilişkin verilerin bir arada incelenerek olasılıkların ortaya konulmasıdır (Reiter, 1990). Deprem riski; deprem tehlikesi, arazi kullanımı, demografik yapı ve ekonomik yapı başlıkları altında incelenmektedir. Deprem risk analizinin çıktıları ise depreme bağlı can kayıpları başta olmak üzere yollar, köprüler, barajlar ve sanayi tesisleri gibi yapıların zarar görmesi nedeniyle oluşacak maddi kayıpların tahminlerini kapsamaktadır. Bu çalışmada Kocaeli bölgesi için deprem tehlike analizinde 1999 Kocaeli depremi yüzey kırığı bilgileri kullanılarak deterministik senaryo oluşturulmuş ve bu senaryo sonucunda olası deprem risklerinin tahmini yapılmıştır. Bu çalışma kapsamında kullanılan web tabanlı deprem tehlike ve hasar tahmin algoritması arayüzü Şekil 3 te gösterilmiştir. Şekil 3. Web tabanlı deprem tehlike ve hasar tahmin algoritması arayüzü Şekil 4. 1:1.250.000 ölçekli Kocaeli ve civarındaki diri fay haritası (Emre ve diğ., 2013)
17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi ülkede büyük bir can ve mal kaybına neden olmuştur. Depremin büyüklüğü Mw7.4; derinliği 17 km ve merkez koordinatları 40,756 ve 29,955 tir. Kocaeli ve civarı için diri fay haritası Şekil 4 te gösterilmiştir (Emre ve diğ., 2013). Bu çalışmada Campbell & Bozorgnia (2008), Boore & Atkinson (2008) ve Chiou & Youngs (2008) yer hareketi tahmin denklemleri (YHTD) kullanılmıştır. YHTD rinin kullanılmasıyla yer hareketi parametreleri dağılımları (PGA, PGV, S a, Şiddet-MMI- Modified Mercalli Intensity- Değiştirilmiş Mercalli Şiddeti) elde edilmiştir. Kullanılan YHTD nde yerel zemin etkisi V s30 parametresi verisi kullanılarak göz önüne alınmıştır. V s30 parametresi USGS topoğrafik bazlı eğim haritasından (Allen ve Wald, 2009) elde edilmiştir. Çalışma alanına ait V s30 haritası Şekil 5 te görülmektedir. Şekil 5. Çalışma alanına ait V s30 dağılımı Bölgesel şiddet dağılımı için Wald vd. (1999a ve 1999b) tarafından geliştirilen MMI ile PGA ve PGV yer hareketi parametreleri arasındaki regresyon ilişkileri (1), (2) kullanılmıştır. Bu ilişkiler, farklı büyüklüklere sahip 8 farklı büyüklükteki Kaliforniya depremlerine bağlı olarak geliştirilmiştir. Imm=3.66log(PGA) - 1.66 σ=1.08 (1) Imm=3.47log(PGV) + 2.35 σ=0.98 (2) En büyük yer ivmesi (PGA) ve en büyük yer hızı (PGV) parametreleri bu çalışmada farklı YHTD kullanılarak elde edilmiş ve şiddet dağılımları belirlenmiştir 2.1. Deprem Tehlike Analizi ve Sonuçları Web tabanlı deprem tehlike analizi algoritması kullanılarak makrosismik şiddet ve PGA dağılım haritaları Campbell & Bozorgnia (2008), Boore & Atkinson (2008) ve Chiou & Youngs (2008) yer hareketi tahmin denklemleri kullanılarak oluşturulmuştur. (Şekil 6). En büyük şiddet fay hattı üzerinde ve merkez üssüne yakın noktalarda gözlenmiştir. En büyük şiddet Boore & Atkinson (2008) a göre IX; en yüksek PGA değeri ise 0.58g değerindedir. Diğer yer hareketi parametre değerleri farklı YHTD için Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1. Farklı YHTD için yer hareketi parametre değerleri B&A (2008) C&B (2008) C&Y (2008) PGA (g) 0.58 0.43 0.52 PGV (cm/s) 94.58 90.28 92.86 SA02 (%g) 128.33 104.56 132.84 SA03 (%g) 134.17 100.43 127.91 SA10 (%g) 75.35 81.17 98.09 SA30 (%g) 26.99 49.56 52.43 Şiddet IX IX IX
(a (b) (c) Şekil 6. Çalışma alanına ait a) Boore & Atkinson (2008), b) Campbell & Bozorgnia (2008) ve c) Chiou&Youngs (2008) YHTD kullanılarak elde edilen PGA (% g, sol kolon) ve şiddet haritaları (sağ kolon) 2.2. Deprem Risk Analizi ve Sonuçları Bu çalışmada deprem risk analizi kapsamında şiddet dağılımına bağlı can kaybı ve bina hasarı analizleri yapılmıştır. Bu seviye analizde nüfus dağılım ve bina envanter verileri girdi olarak kullanılmıştır (Şekil 7). Can kaybı tahmini, Samardjieva ve Badal (2002) tarafından geliştirilen Değiştirilmiş Mercalli Şiddeti can kaybı bağıntısına dayandırılmıştır. Samardjieva ve Badal (2002) ye göre toplam can kaybı 9251 olarak hesaplanmıştır. Bina envanteri Risk UE (2004) Bina Sınıflandırmasına göre sınıflandırılmıştır. Bina envanter dağılımı Şekil 8 da görülmektedir. Lagomarsino ve Giovinazzi (2006) tarafından geliştirilen şiddet tabanlı ampirik hasar görebilirlik ilişkisi, bina hasar analizi için kullanılmıştır. Makrosismik metoda atfedilen hasar görebilirlik metoduna dayanan gözlenen hasar, aslen Giovinazzi ve Lagomarsino (2004) tarafından Avrupa Makrosismik Ölçeği nden sağlanan tanımla (EMS-98, Grünthal, 1998) klasik olasılık teorisi ve bulanık küme teorisinden faydalanarak geliştirilmiştir. Bu çalışmanın temelinde yatan düşünce binaların uğradıkları hasarın gözlemlenmesinden deprem şiddetinin bir
ölçeğini elde etmektir. Benzer şekilde, ölçeğin kendisi belirli bir yoğunluk için, muhtemel hasar dağılımını sağlamak için tahmin amaçlı çalışmalarda bir hasar görebilirlik modeli olarak kullanılabilir. Bu çalışmada Boore & Atkinson (2008) YHTD ne bağlı olarak toplam ağır hasarlı bina sayısı 13540 olarak hesaplanmıştır Şekil 9a da gösterilmiştir. Şekil 9b de ise bina hasarına bağlı can kaybı dağılımı RISK UE (2004) ampirik bağıntısına göre hesaplanmıştır. Can kaybının en yoğun olduğu bölge Gölcük merkez olarak tespit edilmiştir (Şekil 9b). (a) (b) Şekil 7. (a) Nüfus envanter dağılımı (b) Can Kaybı dağılımı Şekil 8. Bina envanter dağılımı (a) (b) Şekil 9. (a) BA 08 YHTD kullanılarak elde edilen (D3+D4+D5) seviyesinde bina hasar dağılımı (b) BA 08 YHTD ve RISK UE (2004) kullanılarak elde edilen Can Kaybı dağılımı
4. SONUÇLAR Bu çalışmada, 1999 Kocaeli deprem verileri kullanılarak deprem tehlike ve riski simüle edilmiştir. Yapılan analizlere göre Kocaeli depreminde gözlenen en büyük şiddet IX ve üzeri olarak tahmin edilmiştir. MMI şiddetine bağlı Samardjieva ve Badal (2002) ye göre toplam can kaybı 9251 olarak hesaplanmıştır. Lagomarsino ve Giovinazzi (2006) tarafından geliştirilen şiddet tabanlı ampirik hasar görebilirlik ilişkisine göre orta, ağır ve çok ağır hasarlı (D3+D4+D5 hasar seviyelerindeki) bina sayısı 13540 olarak tahmin edilmiştir. Çalışmada deprem tehlike ve risk analizleri web tabanlı deprem hasar tahmin algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu algoritma kullanım kolaylığı ve kullanıcıya özgü yerel verilerin sisteme girişine izin vermesi ile özellikle yerel idarelerin deprem risk azaltım ve depreme hazırlık çalışmaları kapsamında, kentsel dönüşüm alanlarının, riskli alanların, yerleşime uygun alanların belirlenmesi çalışmalarına önemli bir altlık sağlamaktadır. Gelişen deprem izleme sistem teknolojilerinin de entegrasyonu ile web tabanlı bu sistemler, deprem afeti sonrasında, afet risk yönetimi çalışmalarının etkin bir şekilde yönlendirilmesine ve karar vericilerin daha hızlı ve güvenilir kararlar almasına yardımcı olacaktır. KAYNAKLAR Allen, T. I. and Wald, D. J. (2009). On the use of High-Resolution Topographic Data as a Proxy for Seismic Site Conditions (Vs30), Bulletin of the Seismological Society of America, 99, no. 2A, 935-943. Boore, D. M. and Atkinson, G. M. (2008). Ground-Motion Prediction Equations for the Average Horizontal component of PGA, PGV, and 5%-Damped PSA at Spectral Periods Between 0.01 s and 10.0 s, Earthquake Spectra 24, 99 138. Campbell, K. W. and Bozorgnia, Y. (2008). Campbell-Bozorgnia NGA horizontal ground motion model for PGA, PGV, PGD and 5% damped linear elastic response spectra, Earthquake Spectra 24, 139 171. Chiou, B. and Youngs, R. R. (2008). An NGA model for the average horizontal component of peak ground motion and response spectra, Earthquake Spectra 24, 173 215. Coburn, A. and Spence R. (2002). Earthquake Protection (Second Edition), John Wiley and Sons Ltd., Chichester, England. Emre, Ö., Duman.T.Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş. ve Şaroğlu, F. (2013). Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi-30. Ankara-Türkiye. Giovinazzi S. and Lagomarsino S. (2004). A Macroseismic Model for the Vulnerability Assessment of Buildings. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Vancouver, Canada. Grünthal, G. (1998). European Macroseismic Scale 1998. Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie. Conseil de l'europe. Luxembourg. Kalafat, D. (2000). 17 Ağustos 1999 Marmara ve 12 Kasım 1999 Düzce Depremleri-Marmara Denizinin Genel Yapısı, Deprem ve İstanbul Kitabı, T.C. İstanbul Valiliği Yayını s. 38-42, Ağustos 2000, İstanbul. Kalafat, D., Tahaoğlu, T.Ö. ve Işıkara. A.M. (2001). 9 Ağustos 1912 Saros-Marmara Depremi, Türkiye 14. Jeofizik Kurultayı ve Sergisi, Genişletilmiş Sunu Özetleri Kitabı (Extended Abstracts Book) s. 103-106, MTA Kültür Merkezi, 8-11 Ekim 2001, Ankara. Kalafat, D. (2003). Marmara Depremi bir gerçek mi?, Ölçü Dergisi, TMMOB Yayın Organı, s. 17-19, İstanbul.
Kalafat, D., Güneş, Y., Kekovalı, K., Kara, M., Deniz, P. ve Yılmazer, M. (2011). Bütünleştirilmiş Homojen Türkiye Deprem Kataloğu (1900-2010; M 4.0): A revised and earthquake cataloque for Turkey since 1900 (M 4.0), B.Ü. Yayınları, p. 543. KOERI (Department of Earthquake Engineering). (2002). Earthquake Risk Assessment for Istanbul Metropolitan Area, Report prepared for American Red Cross and Turkish Red Crescent, Bogazici Univeristy, Istanbul, Turkey. Lagomarsino, S. and Giovinazzi, S. (2006). Macroseismic and mechanical models for the vulnerability and damage assessment of current buildings. Bulletin of Earthquake Engineering, Vol.4, pp.415-443. Özmen, B. (2000). 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depreminin Hasar Durumu (Rakamsal Verilerle), TDV/DR 010-53, Türkiye Deprem Vakfı, 132 sayfa. Reiter L. (1990). Earthquake Hazard Analysis: Issues and Insights, Columbia University Press, New York. RISK-UE (2004). The European Risk-Ue Project: An Advanced Approach to Earthquake Risk Scenarios.(2001-2004) www.risk-ue.net. Samardjieva, E. and Badal, J., 2002. Estimation of the Expected Number of Casualties Caused by Strong Earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America, 92 (6), pp. 2310-2322. Uçarkuş, G. (2010). Active Faulting and Earthquake Scarps Along the North Anatolian Fault in the Sea of Marmara. Doktora Tezi, İstanbul Technİcal University Eurasia Institute of Earth Sciences. Utkucu, M., Budakoğlu, E. ve Durmuş, H. (2011). Marmara Bölgesinde (KB Türkiye) Depremsellik ve Deprem Tehlikesi Üzerine Bir Tartışma. Wald, D. J. V., Quitoriano, T. H., Heaton, H., Kanamori, C. W. and Scrivner, C. B. Worden (1999a). TriNet ShakeMaps: Rapid Generation of Instrumental Ground Motion and Intensity Maps for Earthquakes in Southern California, Earthquake Spectra, 15, 537-556, Wald, D. J., V. Quitoriano, T. H., Heaton, H. and Kanamori, C.W. (1999b). Relationship between Peak Ground Acceleration, Peak Ground Velocity, and Modified Mercalli Intensity for Earthquakes in California, Earthquake Spectra, Vol. 15, No. 3, 557-564.