Bir yerleim yerinin (Yaprakhisar, Kapadokya) iki boyutlu kaya dümesi analizleri ile kaya dümesi riski açsndan deerlendirilmesi Rockfall risk assessment in a settlement area (Yaprakhisar, Cappadocia) by two-dimensional rockfall analysis Kvanç ZORLU 1, Dilek TÜRER 2, M. Celal TUNUSLUO0LU 3, Candan GÖKÇEO0LU 2, Ali YALÇIN 4 1 Mersin Üniversitesi, Jeoloji Mühendisli#i Bölümü, Mersin 2 Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisli#i Bölümü, Ankara 3 Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Jeoloji Mühendisli#i Bölümü, Çanakkale 4 Aksaray Üniversitesi, Jeoloji Mühendili#i Bölümü, Aksaray ÖZET Kapadokya Bölgesi, farkl erozyon süreçlerine bal olarak oluan ilginç morfolojik yaplar ile en önemli jeolojik bölgelerden biridir. Seçici erozyon sonucu oluan peri bacalar, büt ve mesa türü yapsal düzlüklerin yan sra, farkl litolojiler üzerindeki deiik erozyon süreçleri, bölgede kaya dümelerine de neden olabilmektedir. Bu çalmada Ihlara Bölgesi nde bulunan Yaprakhisar Köyü nün, kaya dümesi riski açsndan deerlendirilmesi amaçlanmtr. Çalma alanndaki birimler, Kzlkaya ignimbiriti, Selime tüfü ve Melendiz nehrine ait alüvyonlardr. Kzlkaya ignimbiriti ile Selime tüfünün erozyona kar gösterdikleri duyarllk birbirinden fakldr. Erozyona kar daha duyarl olan ve kolay anabilen Selime tüfü üzerindeki Kzlkaya ignimbiriti, erozyon süreçlerine kar daha az duyarl bir birimdir. Dik ve dike yakn süreksizlik setlerine sahip Kzlkaya ignimbiriti, tabanda Selime tüfünün anmas ile kaya dümeleri sergilemektedir. Düen bloklar ise, yamacn eteklerindeki yerleim birimi olan Yaprakhisar köyü için ciddi bir tehlike oluturmaktadr. Özellikle yamaca yakn evler kaya dümelerine kar oldukça büyük bir risk altndadr. Bu çalma kapsamnda, Kzlkaya ignimbiritlerinde meydana gelen kaya dümeleri iki boyutlu kaya dümesi analizleri ile yorumlanm ve farkl blok boyutlarna göre deiik kaya dümesi senaryolar oluturulmutur. Kaya dümesi analizlerinden elde edilen; bloklarn gidebildikleri en uzak mesafe, yatay hz ve toplam kinetik enerji miktarlar yorumlanarak, niceliksel risk deerlendirme hesaplar yaplmtr. Anahtar sözcükler: Kapadokya, Ihlara, kaya dümesi, risk analizi 361
ABSTRACT The Capadoccia region is one of the most important geological areas because of interesting morphological structures resulting from different erosional processes. In addition to fairy chimneys, buttes and mesas formed by sellective erosion, different erosional processes on the different lithologies has been resulting in rock falls in the region. Assessment of rock fall risk on Yaprakhisar village is the purpose of this study. The lithological units in the study area are K4z4lkaya ignimbrite, Selime tuff and alluvium of the Melendiz river. The susceptibilities against erosion of the K4z4lkaya ignimbrite and Selime tuff are different. The Selime tuff is highly susceptible to erosion. However, the K4z4lkaya ignimbrite overlying the Selime tuff is more resistant to erosion. The K4z4lkaya ignimbrite having vertical or nearly vertical discontinuity sets exhibit rock falls because of erosion of Selime tuff. The fallen rocks are serious threats on Yaprakhisar village locating on the lower parts of the slope. Especially, the houses near to slope are under a serious rock fall risk. In the present study, the rock falls sourced from the K4z4lkaya ignimbrite were evaluated by two-dimensional rock fall analyses and the different rock fall scenarious depending on block size were assessed. By evaluating the maximum runout distance, horizontal velocity and total kinetic energy obtained from rock fall analyses, quantitative risk assessments were performed. Key words: Capadoccia, Ihlara, rock fall, risk analyses 1. G8R89 Çalma alan Kapadokya Bölgesi nin jeolojik ve jeomorfolojik özellikleri bakmndan en ilgi çekici yerlerinden biri olan Ihlara Bölgesi nde yer almaktadr (0ekil 1). Bu bölgedeki en önemli yerleim yerlerinden biri olan Yaprakhisar köyü ve çevresinde meydan gelen kaya dümeleri, hem buradaki yerleik düzeni hem de ziyaretçileri tehdit etmektedir. Kapadokya Bölgesi farkl anm süreçleri sonucu oluan ilginç morfolojik yaplarnn yan sra, bu süreçlerin erozyona kar gösterdikleri duyarllk bakmndan birbirinden daha az ya da daha çok duyarl kayaçlarn sergiledikleri davran biçimleri ile de önemli bir bölge niteliindedir. Kayaçlarn erozyona kar gösterdikleri farkl duyarllk Kapadokya bölgesinin pek çok yerinde ve çalma alannda meydana gelen kaya dümelerinin en önemli nedenlerinden biridir (Doyuran, 1976; Tunusluolu and Zorlu, 2008; Zorlu vd., 2008). Bölgede, dirençli kayaçlardan oluan seviyeler genellikle kireçta ve ignimbirit gibi anma dayankl birimlerden oluurken, düük direnç özellii gösteren birimler; kil, marn ve tüften olumaktadr. Erozyona kar düük direnç gösteren kayaçlarn tabanda bulunmalar ve anarak üst ksmlardaki daha dirençli kayaçlarn taban ksmlarn desteksiz brakmalar ile kaya dümeleri meydana gelmektedir. Bu çalma kapsamnda, erozyona kar gösterdikleri duyarllk birbirinden farkl olan Kzlkaya ignimbiriti ile Selime tüfü nde meydana gelen kaya dümelerinin Yaprakhisar köyü için oluturduu tehlikeler tartlm olup, niceliksel risk deerlendirme hesaplar yaplmtr. Bu amaçla, iki boyutlu kaya 362
dümesi senaryolar oluturularak, düen bloklarn kinetik enerjileri ve gidebilecekleri en uzak mesafeler belirlenmitir. Yaplan analizler sonucunda risk altndaki elemanlar belirlenmi ve bir risk haritas üretilerek yorumlanmtr. 0ekil 1. Yer bulduru haritas 2. ÇALI9MA ALANI =nceleme alan Ihlara Bölgesi nde yer alan Yaprakhisar Köyü dür. Yaprakhisar Köyü ve çevresinde yüzeylenen birimler Pliyosen yal Selime tüfü ve Kzlkaya ignimbiriti ile Melendiz çayna ait alüvyonlardr. Kzlkaya ignimbiritinin en iyi gözlendii yerler Kzlkaya köyü ve Ihlara vadisi olup (Temel et. al., 1998) Le Pennec (1994) e göre birimin srasyla; yüzeylendii alan yaklak 10600 km 2, hacmi 180 km 3 ve kalnl 4-60 m dir.bölgenin baz kesimlerinde 100 m kalnla kadar ulaan Selime tüfü üzerine uyumlu olarak gelen Kzlkaya ignimbiriti üzerinde alüvyonlar, uyumsuz olarak yer almaktadr (0ekil 2). Kapadokya bölgesine en yakn aktif fay, Ecemi fay sistemidir. Bu fay sisteminin çalma alanna yaklak uzakl 60 km dir. Ecemi fay zonu KD-GB yönlü dorultu atml bir fay sistemidir. Türkiye nin dier bölgeleriyle karlatrldnda, Kapadokya bölgesi, depremsellik açsndan, daha düük aktiviteye sahip bir bölgedir (Ulusay ve di., 2006). 363
0ekil 2. =nceleme alannn jeoloji haritas Bölgedeki en büyük deprem, 1940 ylnda, çalma alannn kuzeydousunda kalan Erciyes da civarnda ve 5.2 büyüklüünde meydana gelmitir (Aydan ve Ulusay, 2003). Türkiye nin Deprem Tehlike Zon Haritas na göre, çalma alan 4. derece deprem bölgesi içerisinde yer almaktadr. Çalma alan ve yakn çevresinde meydana gelen erozyon, su veya rüzgar, ya da her ikisinin birden etkisiyle olumakta ve bölgede yarnt/yüzey erozyonu eklinde gözlenmektedir. Anma duyarllklar birbirinden farkl kayaçlarn yer ald bölgede, erozyon süreçleri hem jeolojik olarak ilginç morfolojiler sunmakta hem de bölgedeki kaya düme riskini artrmaktadr. =nceleme alanndaki topografik yükseklik 1320 m ye kadar çkmakta olup, Yaprakhisar köyü ile kaya dümelerinin meydana geldii yamaçlar arasndaki yükseklik fark yaklak 200 m dir (0ekil 3). Yamaç eimlerinin yaklak 90 o ye kadar ulat bölgede, yamaç yönelimleri genellikle K-KB yönündedir (0ekil 4a, 4b, 4c). 364
0ekil 3.Yaprakhisar köyü ve kaya dümelerinin meydana geldii yamaçlar 3. ARAZ8 ÇALI9MALARI Arazi çalmalarnn ilk aamasnda süreksizlik hat etüdleri yaplm, ve düme tehlikesi bulunan bloklar kontrol eden süreksizlikler belirlenmitir ("ekil 5). Süreksizlik hat etüdlerine göre; düen ve düme tehlikesi bulunan bloklar kontrol eden üç ana süreksizlik seti ile farkl evrelerde çökelmelere ba*l olarak gelien yataya yakn süreksizlikler bulunmaktadr. E*ime*im yönlerine göre süreksizlik setleri srasyla; 84/263, 87/202, 82/148 olarak belirlenmitir ("ekil 6). Süreksizlikler, oldukça yüksek devamll*a (>20 m), 1 mm den >10 cm ye kadar açkl*a (çok skdan, oldukça geni açkl*a kadar) sahiptir. Süreksizliklerde herhangi bir su akna rastlanmamtr (ISRM, 1981). Süreksizlik yüzeyleri ondülasyonlu pürüzlü - basamakldr ve bu yüzeyler dolgu malzemesi içermemektedir. Süreksizlik aralklar de*iken olup, ortalama aralk de*eri 3 m olarak belirlenmitir. Arazi çalmalarnn son aamasnda, dümü olan bloklarn yerleri ve boyutlar belirlenmi, ayrca kat ettikleri mesafeler ölçülmütür ("ekil 7). Arazide ölçülen dümü bloklarn boyutlar iki boyutlu kaya dümesi analizlerinde kullanlmtr. Dümü bloklarn ölçülen en büyük a*rlk de*erleri ortalamas yaklak 3500 kg olup, en küçük dümü blok a*rl* ortalamas ise 50 kg dr. Arazi çalmalar srasnda, kaya düme analizlerinde girdi parametresi olarak kullanlacak olan morfolojik ve yüzey özellikleri belirlenmitir. Analizlerde topografik yüzeyler talus malzemesi olarak tanmlanmtr. 365
0ekil 4. (a) :nceleme alannn yamaç yönelimi, (b) topo*afik yükseklik, (c) yamaç e*imi haritalar ve saysal arazi modelinden üretilen parametrelerin histogramlar 0ekil 5. Kzlkaya ignimbiritlerinde gelien süreksizlikler 366
0ekil 6. Ana süreksizlik setlerinin kontur diyagram 0ekil 7. Arazide ölçülmü deiik boyutlardaki dümü blok boyutlar 4. KAYA DÜ MES ANALZLER Kzlkaya ignimbiritleri üzerinde meydana gelen kaya dümelerinin mekanizmasnn ve düme potansiyeli olan bloklar kontrol eden süreksizliklerin belirlenmesine yönelik yaplan çalmalar sonrasnda, kaya dümesi analizlerinde kullanlmak üzere dümü bloklarn boyutlar ve konumlar, arazi gözlem ve ölçümleriyle belirlenmitir. Bloklarn hesaplanan a*rlklar 50 kg ile 3500 kg arasnda de*imektedir. Blok boyutuna ba*l olarak gerçekletirilen farkl kaya düme senaryolar ile serbest bloklarn dümeleri halinde gidebilecekleri en uzak mesafe ve toplam kinetik enerjileri belirlenmitir ("ekil 8). Kaya dümesi analizleri, Yaprakhisar köyünü 367
tehdit eden blok dümelerinin kayna*ndan köye kadar uzanan üç farkl kesit üzerinde gerçekletirilmitir ("ekil 9). Yaplan bütün analizler, Rockfall V4.0 yazlm kullanlarak gerçekletirilmi olup, analizlerde kullanlan girdi parametrelerinin detay Tablo 1 de verilmitir. 0ekil 8. Kaya düme analizleri ile oluturulan senaryoda bloun gidebilecei en uzak mesafenin belirlenmesi (kesit 1 örnei) Tablo 1. Kaya düme analizlerinde kullanlan girdi parametreleri Parametreler Deer Kaya düürme says 1000 En düük hz kesme deeri (m/s) 0.1 Normal geri verme katsays 0.75 ± 0.07 Teetsel geri verme katsays 0.98 ± 0.07 =çsel sürtünme açs (J) 35 0 Profil pürüzlülüü 2 =lk hz (m/s) 1 ± 0.5 368
0ekil 9. Kaya dümesi analizlerinin yapld kesit hatlar 5. R8SK ANAL8ZLER8 Yaprakhisar köyünü tehdit eden kaya dümeleri, özellikle ev yamaçlarna yakn evler için ciddi bir tehlike oluturmaktadr. Yaprakhisar köyü için can kaybyla sonuçlanan herhangi bir kaya dümesi olayna kaytlarda rastlanmam olmakla birlikte, düen bloklarn köyün içerisine kadar ulamalar ile evlerde hasarlarn meydana gelmesi kaçnlmazdr. Üç farkl kesitte oluturulan kaya dümesi senaryolarna göre, blok boyutuna da bal olarak düen bloklarn gidebildikleri en uzak mesafeler srasyla; kesit 1, 2 ve 3 için, 200 m, 250 m ve 150 m olarak belirlenmitir. Bloklarn gidebildikleri en uzak mesafeler dikkate alndnda, bu bloklarn dümeleri halinde köyün içlerine kadar ulamalar, ya da evin yamaçlarnda bulunan evlere çarparak durmalar söz konusudur. Bu nedenle, eve yaknla göre evlerin hasar görme olaslklar deikendir. 369
Risk analizleri; R = A*V*C (1) Formülü dikkate alnarak yaplmtr. Burada; R, risk, A, tehlike, V, hasar görebilme olasl ve C, hasar görecek elemann deeri dir (Afet =leri Genel Müdürlüü 2007 yl verilerine göre, bir ev için maddi deer 21000 YTL olarak verilmektedir). Yaprakhisar köyü için tehlike deeri, kaya dümelerinin zamandan bamsz olarak her koulda kopma zonundan itibaren gerçekleecei öngörülerek 1 alnmtr. Evlerin hasar görebilme olasl ise; toplam kinetik enerjiye bal olarak hasarn 0 ile 1 arasnda deitii kabul edilmitir. Kinetik enerjinin en yüksek olduu mesafede hasar görebilme olasl 1 alnm ve kinetik enerji deerleri buna göre normalize edilerek hasar görebilme olaslklar belirlenmitir (0ekil 10). Hasar görebilme olaslklarnn dalm haritalanarak (0ekil 11) bu zonlar içerisinde kalan evler belirlenmitir. Buna göre yüksek risk, dier bir ifadeyle hasar görebilme olaslnn 1 olduu alanda kalan ev says 32 adet, orta seviyede risk altnda kalan ev says 25 adet ve düük seviyede risk altnda kalan ev says ise 24 adettir. Tehlikenin 1 olmas koulunda (bu çalma kapsamnda tehlike 1 alnmtr) beklenen maddi kayp ise 1.344.000 YTL dir. Ayrca, hazrlanan zon haritasna göre, herhangi bir yaplamann olmad alanlarda, gelecekte yaplamann olmas durumunda üstlenilecek olan risk miktar da tahmin edilebilir. 0ekil 10. Toplam kinetik enerji miktarna bal olarak hasar görebilme olaslnn mesafeye bal deiimi 370
0ekil 11. Evlerin hasar görebilirlik derecesi zon haritas SONUÇLAR VE ÖNER8LER Çalma kapsamnda bir yerleim yerinin kaya dümesi tehlikesi ve riski incelenmitir. Çalma alanndaki litolojiler üzerinde etkili olan farkl erozyon süreçleri kaya dümelerine neden olmaktadr. Çalmada Kzlkaya ignimbiritlerinde meydana gelen kaya dümeleri iki boyutlu kaya düme analizleri ile deerlendirilmi ve düen bloklarn gidebilecekleri en uzak mesafeler ile toplam kinetik enerjileri belirlenmitir. Analizlere temel olan blok boyutu, geri verme katsaylar, ev özellikleri gibi veriler saha çalmalaryla toplanmtr. Kzlkaya ignimbiritlerinde kaya dümelerine neden olan dike yakn ve birbirini kesen üç süreksizlik seti mevcuttur. Ortalama süreksizlik aral 3 m olup, bu süreksizlikler yüksek devamlla sahiptir. =ncelenen sahada alnan ölçümlere göre, arlklar 50 kg dan 3500 kg a kadar deien dümü bloklar mevcuttur. Yaplan analizler sonucunda bloklarn gidebilecei en uzak mesafeler ve kinetik enerjinin mesafeye bal deiimleri dikkate alnarak, Yaprakhisar köyü yerleim yerinin risk düzeyleri belirlenmitir. Çalmann son aamasnda, hasar görebilirlik derecesi zon haritas hazrlanm ve beklenen maddi kayp bu zon haritas dikkate alnarak hesaplantr. Elde edilen sonuçlara göre, Yaprakhisar köyü büyük ölçüde kaya dümesi riski altndadr. Erozyona kar duyarl Selime tüfü üzerinde yüzeylenen ve erozyon süreçlerine daha fazla dirençli Kzlkaya ignimbiritinde, taban anmas ve süreksizlik kontrollü meydana gelen kaya dümeleri Yaprakhisar köyündeki evleri tehdit etmekte ve düen/düecek bloklara kar 371
herhangi bir önlem alnmam durumdadr. Ancak, yaplan analizler sonucunda, kaya dümelerinin Yaprakhisar köyü için oldukça yüksek bir maddi kaypla sonuçlanmas, daha da önemlisi düen bloklarn can kayplarna da yol açma olasl, oldukça yüksek bir ihtimaldir. Bu nedenle, Yaprakhisar köyü ve çevresinin kaya dümesi riski açsndan daha detayl deerlendirilmesi ve gerekli önlemlerin alnmas, buralardaki can ve mal kayplarn önleme açsndan oldukça önemlidir. KAYNAKLAR Aydan O., Ulusay, R., 2003, Geotechnical and geoenvironmental characteristics of man-made underground structures in Cappadocia, Turkey. Eng Geol, Vol. 69, 245 272. Doyuran, V., 1976, Environmental geology problems of Ortahisar (in Turkish), TJK Bulteni, Vol. 19, 83-88. Gökçe, O., Demir, A., Özden, 0., 2006. Türkiye de heyelanl yerleim birimlerinin dalm ve CBS ortamnda sorgulanmas (Afet Envanteri 1950-2005). 1. Heyelan Sempozyumu 30 Kasm-2 Aralk Trabzon, Bildiriler Kitab, 24-40. ISRM 1981, Rock characterization, testing and monitoring: suggested methods, International Society for rock mechanics.in: Brown ET (ed) Pergamon Press, Oxford, 211 p. Le Pennec, J.L., Bourdier, J.L., Temel, A., Camus, G., Gourgaud, A., 1994. Neogene tuffs of Nevs_ehir Plateau (central Turkey): stratigraphy, distribution and source costrains. J. Volcanol. Geotherm. Res. 63, 59 87. Temel, A., Gundogdu, M.N., Gourgaud A., Le Pennec J.L., 1998, Ignimbrites of Cappadocia (Central Anatolia-Turkey), petrology and geochemistry, J Volcanol Geotherm Resour Vol. 85, 447 471. Tunusluoglu, M. C. and Zorlu, K., 2008. Rockfall Hazard Assessment in a Cultural and Natural Heritage (Ortahisar Castle, Cappadocia, Turkey) Environmental Geology DOI : 10.1007/s00254-008-1198-z. Ulusay R., Gokceolu C., Topal T., Sönmez H., Tuncay E., Ergüler Z. A., Kasmer Ö., 2006, Assessment of environmentel and engineering geological problems for the possible reuse of an abondoned rock-hewn settlemen in Ürgüp (Cappadocia), Turkey, Environ. Geol. Vol. 50, 473-494. Zorlu, K., Tunusluolu, M.C., Görüm, T., Yalçn, A., Gökçeolu, C., Nefesliolu, H.A., 2008. Kapadokya Bölgesindeki Yüzey Süreçlerinin Kaya Düme Tehlikesi Üzerindeki Etkileri. 61. Türkiye Jeoloji Kurultay, s. 288. 372