7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 517 - DERİNCE SAHİLİ ÖZELİNDE TAHRİP EDİLMİŞ İZMİT KÖRFEZİ KIYILARININ DOĞAL YAPIYA DÖNÜŞTÜRÜLMESİ Alper MERT, Emre OTAY alper.mert@boun.edu.tr - otay@boun.edu.tr Boğaziçi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İSTANBUL ÖZET 1999 Kocaeli depremi atıklarıyla doldurulan İzmit Körfezi kıyılarını doğal haline dönüştürmek amacıyla Derince de bir pilot çalışma başlatılmıştır. Proje alanının jeolojisi, sediment özellikleri, morfolojik yapısı, rüzgar ve dalga rejimi; mevcut veriler ve yeni ölçüm, laboratuvar deneyi ve bilgisayar analizleri ile araştırılmıştır. Dip sedimentlerinin kıyı profili boyunca farklılık gösterdiği ve özellikle derin kısımlarda kumun yer yer silt, kil ve organik malzeme ile karıştığı tespit edilmiştir. Batimetrik ölçümler kıyının Denge Profili Teorisi ne uymadığını göstermektedir. Yeni kum beslemesiyle kıyının tekrar dengeye kavuşması için alternatif genişliklerde dolgu seçenekleri üretilmiştir. Yapılacak dolgunun zaman içinde dikey sediment taşınımı ile kısmen denize kayacağı hesaplanmıştır. Dengelenme sonunda net kumsal kazancının %50 nin üzerinde kalabilmesi için yaklaşık 90.000 m 3 kum gerekmektedir. Dengelenme sonunda 600 m uzunluğunda ve 20 m genişliğinde bir kumsal kazanılacaktır. Tabandaki ince malzemenin, üzerine konacak kumla karışması durumunda sergileyeceği davranışın araştırılması sürmekle birlikte, ilk bulgular ince malzeminin seçici sediment taşınımı ile kıyıdaki aktif sığ bölgeden uzaklaşacağını ve burada daha kalın taneli kum malzemenin birikeceğini göstermektedir. Anahtar kelimeler: İzmit Körfezi, kıyı rehabilitasyonu, kumsal beslemesi, dolgu, seçici sediment taşınımı 1. GİRİŞ Türkiye ekonomisinin en önemli merkezlerinden biri olan İzmit Körfezi kıyıları, endüstriyel gelişmeye paralel olarak zaman içinde doğal yapısını ve insan kullanımına uygunluğunu yitirmiştir. Kocaeli Büyükşehir Belediyesi (KBB) İzmit Körfezi kıyılarını tekrar doğal haline dönüştürmek amacıyla geniş çaplı bir proje başlatmıştır. Kıyının rehabilite edilmesi ve kumsala dönüştürülerek halkın kullanımına açılmasını içeren bu çalışmada pilot bölge olarak 600 m uzunluğundaki Derince Altmış Evler sahili seçilmiştir (Şekil 1).
- 518-7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 1. Uydu fotoğrafından proje sahası (Google Earth, 2011) 1999 Kocaeli Depremi sonrasında hafriyat atıkları ile doldurulan bu kıyı, zamanla bir depo sahasına dönüşmüş ve bünyesinde her türlü atığı barındırır hale gelmiştir (Şekil 2). Kıyının yeniden doğal kumsala dönüştürülmesini hedefleyen bir kıyı mühendisliği araştırması yapılmıştır. Mevcut durum ölçümlerle tespit edilip, çevreye duyarlı mühendislik teknikleri ile bir kıyı rehabilitasyon projesi geliştirilmiştir. Dünyadaki örneklerine göre pek çok yönden farklı zorluklar taşıyan bu kumsal projesinde bilinen tekniklerin yetersiz kaldığı noktalarda yerel şartlara uygun çözümler üretilmeye çalışılmıştır. Şekil 2. Kıyıdaki tahribat ve atıklar 2. ÇALIŞMA YÖNTEMİ Proje sahasının fiziki özellikleri eldeki harita, proje raporu ve fotoğraflardan tespit edilmeye çalışılmıştır. Gerekli diğer bilgiler saha ölçümleri ve laboratuvar deneyleri ile toplanarak bilgisayar analizleri ve mühendislik hesaplamaları ile uygulamaya yönelik bir proje geliştirilmiştir. 2.1. Mevcut Bilgilerin Derlenmesi KBB tarafından geçmiş yıllarda yaptırılan bölgenin hava fotoğrafları (Anakent, 2005), jeoloji haritası (Tübitak-MAM, 2006), fotogrametri haritası (Anakent, 2006), Kıyı Kenar Çizgisi (Kıyı-
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 519 - Kenar Komisyonu, 2006), zemin jeolojik-jeoteknik etüd raporu (KES-KA, 2008), arazi sınırları haritası (KBB, 2010) incelenmiştir. SHOD tarafından hazırlanan İzmit Körfezi (SH-291, 1992) ve İzmit Limanı (SH-2911, 1997) oşinografi haritaları daha sonra yapılan detaylı batimetri ölçümleri için referans teşkil etmiştir. Proje sahasının içerisinde bölgenin rüzgar enerji potansiyelini belirlemek için kurulmuş bir meteoroloji istasyonunun 13 Ekim 2007 ile 6 Ağustos 2009 tarihleri arasındaki ölçümlerine ulaşılmıştır. İstasyon 51 m yüksekliğinde olup, 10, 30, 50 ve 51 m de ki sensörler ile rüzgar hızı, rüzgar yönü, sıcaklık, basınç ve nem oranını kaydetmektedir. Rüzgar hızı 0.1 m/s, rüzgar yönü ise 1 hassasiyet ile ölçülmüş ve 10 ar dakikalık ortalamaları, maksimum ve minimum değerleri, ve standart sapmaları kaydedilmiştir. Yerel meteoroloji ölçümlerinin yaklaşık iki yıl ile sınırlı olması nedeniyle 10 km Doğu da İzmit Merkez deki Devlet Meteoroloji İşleri ne ait istasyonun 20-yıllık verileri de tedarik edilmiştir. 2.2. Saha Ölçümleri ve Laboratuvar Deneyleri Mevcut verilerin derlenmesinin yanı sıra bazı gerekli veriler doğrudan sahada ölçülerek elde edilmiştir. Bunlar batimetri, su çizgisi, kıyı profilleri ölçümleri ile kuru ıslak yüzey sediment örneklerinin toplanmasıdır. Elde edilen veriler laboratuvar ve bilgisayar analizlerinden geçirilirmiştir. Topoğrafya ve batimetri ölçümleri üç ayrı grup tarafından gerçekleştirilmiştir. Bunlar sırasıyla (a) deniz hidrografisi, (b) kıyı topoğrafyası ve su çizgisi ölçümü ve (c) kıyı profilleri ölçümleridir. Hidrografik ölçümler RTK-GPS ve sonar ile donatılmış bir tekne ile 11 Mart 2011 de gerçekleştirilmiştir. Yaklaşık 200 m aralıklarla kıyıya dik 12 ve kıyıya paralel iki hat ölçülmüştür (Şekil 3). Şekil 3. Saha ölçümleri planı
- 520-7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Kıyı topoğrafyası ve su çizgisini gösteren dört farklı zamana ait ölçümler mevcuttur. Bunlar (a) dolgu öncesi (1999 öncesi) döneme ait Kıyı Kenar Çizgisi, (b) 2006 da KBB tarafından hava fotoğrafından çizilen su çizgisi, (c) KBB Fen İşleri Md lüğü tarafından 21 Ocak 2011 tarihinde ölçülen su çizgisi ve (d) KBB Harita Md lüğü tarafından 14 Haziran 2011 tarihinde ölçülen su çizgisidir (Şekil 5). Son olarak, karadaki topoğrafik ölçümler ile tekneden yapılan hidrografik ölçümler arasındaki kısımlar yüzerek nivelman ile birleştirilmiştir. Böylece yakın kıyı batimetrisi ve kıyı boyunca altı kesit üzerinde kıyı taban profilleri belirlenmiştir (Şekil 3). Zemindeki dolguyu görsel olarak tespit etmek amacıyla ekskavator yardımı ile kumsalda iki adet test çukuru açılmıştır(şekil 3). Mevcut kumsal ve deniz tabanından, belirlenen dört kesitte, Van Veen tipi deniz dibi sediment toplayıcı ve dalgıç yardımıyla +0,5 ile -9 m arası derinliklerde sediment örnekleri alınarak elek analizleri yapılmıştır. 3. BULGULAR 3.1. Proje Sahasının Jeolojisi ve Sediment Yapısı Jeolojik-jeoteknik Etüd Raporu (KES-KA, 2008) ve KBB ile yapılan görüşmelerden 1999 Kocaeli depremi sonrası kıyının yaklaşık 1 km boyunca denize doğru ortalama 30 m deprem artıklarıyla doldurulduğu anlaşılmıştır. Dolgunun altında kalan doğal malzeme yüksek miktarda silt ve kil içermektedir. Doğal zemin üzerindeki dolgu malzemesinin kalınlığı ise yer yer 10 m yi bulmaktadır. Proje sahasının doğal yapısında, Pliyosen yaşlı Örencik formasyonu ve Kuvaterner yaşlı Alüvyon birimi mevcuttur. Sondaj örnekleri ile yapılan elek analizlerinde yüksek miktarda silt ve kil tespit edilmiştir. Ayrıca dolgu üzerinde yapılan sondajda (SK-9) yüksek miktarda iri malzemeye rastlanmıştır. Su çizginde açılan test çukurunda, yüzeydeki ilk 1,5-2 m de doğal zemin görülürken, 10 m daha kara tarafında açılan çukurda 5 m derinliğe kadar inşaat, endüstriyel ve evsel atıklardan oluşan dolgu malzemesine rastlanmıştır. Buradan da denize yakın kısımdaki doğal malzeminin dolgu sonrası dalga ve akıntılarla geldiği sonucu çıkmaktadır. Şekil 4. Proje alanı sediment haritası
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 521 - Sediment örneklerinin organik malzemeden arındırılmasından sonra yapılan elek analizlerinde, kıyıdan derine doğru dip sedimentlerinin farklılaştığı tespit edilmiştir. Organik içerik (midye ve yosun), dane çapı, silt ve kil oranı belirlenerek Wentworth sınıflandırması yapılmıştır. Özetle, kumsalın kara tarafında orta dereceli, deniz tabanında ise ince dereceli kum tespit edilmiştir. Buna paralel olarak derine inildikçe zemindeki silt ve kil oranı da artmaktadır. Proje sahasının sediment haritası Şekil 4 te gösterilmiştir. 3.2. Batimetri ve Kıyı Profilleri Batimetri ölçümü sonrası ortaya çıkan kıyı kesitlerinin, Dean (1977) tarafından öngörülen denge profili formunda olmadığı anlaşılmıştır. Dolgu sonrası kıyının orijinal formunun değişmesi ve kum dışında silt ve kil malzemenin varlığı ölçülen profillerin denge profili formundan farklı çıkmasına yolaçmıştır. Yeni kum eklenerek kumsal dengesinin tekrar oluşturulması için üretilen alternatif çözümler ilerki bölümlerde incelenmiştir. Şekil 5. Batimetri, su çizgisi ve profil ölçüm sonuçları 3.3. Rüzgar ve Dalga Rejimi Sahada doğrudan dalga ölçümleri mevcut olmadığından her iki istasyondan elde edilen rüzgar verileri ile dalga spektrumları oluşturularak, dalga parametreleri belirlenmiştir. Jonswap spektrumu (SPM, 1984) kullanılarak belirgin dalga yüksekliği ve ortalama dalga periyodu hesaplanmıştır. Hesaplanan dalgaların zaman içindeki oluşum sıklıkları istatistiki olarak analiz edilerek, dalga yüksekliği ve yönünün bileşik olasılık dağılımları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar polar diagram olarak gösterilmiştir (Şekil 6). Burada radyal aks dalga yüksekliğini, açısal aks coğrafi olarak dalganın geliş yönünü, ve eşyükselti eğrileri ise renk ölçeğinde yüzde olarak verilen dalga geliş sıklığını belirtmektedir.
- 522-7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 150 120 90 0.6 0.4 0.2 60 30 9 8 7 6 150 120 90 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 60 30 10 9 8 7 180 0 210 240 270 300 330 5 4 3 2 1 180 0 YEREL İstasyon İZMİT İstasyonu Şekil 6. Dalga yüksekliği ve dalga yönü bileşik olasılık dağılımı; İzmit ve yerel istasyon karşılaştırması 210 240 270 300 330 6 5 4 3 2 1 Yerel ve İzmit istasyon verilerine göre hakim dalga yönü sırasıyla Doğu-Güney-Doğu ve Güney-Doğu (Şekil 6 deki koyu kırmızı alan) olmakla beraber, büyük fırtına dalgaları daha seyrek olarak Batı dan gelmektedir. Dalgaların olasılık dağılımları kullanılarak ekstrem (aşılma olasılığı yılda 12 saat olan) dalga parametreleri ve kıyı profili için sınır derinlikler (Hallermeier, 1978) hesaplanmıştır. İki istasyon için ayrı ayrı hesaplanan rüzgar ve dalga parametreleri Tablo 1 de özetlenmiştir. Doğrudan proje sahasında olması ve daha sağlam tarafta kalması nedeniyle tasarım aşamasında yerel istasyon sonuçları kullanılmıştır. Tablo 1. Rüzgar ve dalga parametreleri Yerel İstasyon İzmit İstasyonu Ölçüm Süresi 2 yıl 29 yıl Hakim Rüzgar Yönü Doğu-Güney-Doğu Güney-Güney-Doğu Maksimum Rüzgar Hızı 17,9 m/s 14,4 m/s Hakim Dalga Yönü Doğu-Güney-Doğu Güney-Doğu Maksimum Belirgin Dalga Yüksekliği Maksimum Ortalama Dalga Periyodu Ekstrem Belirgin Dalga Yüksekliği Ekstrem Belirgin Dalga Periyodu 1,22 m 1,01 m 4,47 s 4,2 s 0,85 m 0,46 m 3,97 s 3,22 s
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 523 - Sınır Derinlik 1,62 m 0,9 s 3.4. Alternatif Kumsal Çözümleri Proje sınırları içinde yer alan 600 m uzunluğundaki kıyı boyunca, denize doğru kum eklenerek mevcut kumsalın geliştirilmesi için alternatif projeler geliştirilmiştir. Öncelikle, kıyı boyunca altı farklı kesitte kıyı profilleri ölçülmüştür. Dolgu sonrası oluşacak ilk profilin genişliği ve eğimi dolgu malzemesinin hacmine ve dane çapına göre hesaplanmıştır. Zaman içinde dalga ve akıntıların etkisiyle profilin alacağı denge konumu (dengelenmiş profil) belirlenmiştir. Şekil 7 de dolgu öncesi ve sonrası kıyı profilinin alacağı şekil şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 7. Tipik dolgu kesiti Daha sonra, dolgu malzemesi olarak kullanılacak kumun Wentworth sınıflandırmasına göre orta dereceli kum (D 50 = 0,32 mm) olacağı varsayılarak beş farklı kumsal genişliği (7,5-27,5 m) için alternatif çözümler üretilerek, kesitler çizilmiş ve gerekli dolgu metrajları hesaplanmıştır (Tablo 2). Tablo 2. Alternatif dolgu seçenekleri için net kumsal kazanımı Net Kumsal Kazanımı [m] Kazanılan Net Kumsal Alanı [dönüm] Dengelenme Öncesi İlk Kumsal Genişliği [m] Toplam Dolgu Hacmi [m 3 ] Net Kazanım Oranı [%] 7,5 4,5 22 44.858 34 12,5 7,5 29 61.119 43 17,5 10,5 36 80.296 49 22,5 13,5 42 100.721 53 27,5 16,5 49 123.925 56 Diğer önemli bir parametre de net kumsal kazanımı nın (dengelenmiş profil) dengelenme öncesi ilk kumsal genişliği ne oranı olarak hesaplanan net kazanım oranı dır. Tablo 2 te görüldüğü gibi net kazanım oran ları proje büyüdükçe artmaktadır. Net kumsal kazanımı 20 m yi aştığında net kazanım oranı da %50 ye ulaşmaktadır. Bu da başta konulan yaklaşık 90.000 m 3 kumun yarısının uzun vadede kumsalın kuru yüzünde stablize olması ve net 20 m yeni kumsal kazınılması anlamına gelmektedir. Bu oran daha küçük dolgularda %34 e kadar düşmektedir.
- 524-7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 8, dolgu hacmi ve buna bağlı olarak dolgu maliyetini artırmanın, net kumsal alanı kazanımını yaklaşık doğrusal olarak artırdığını göstermektedir. Net Kazanılan Kumsal Alanı [dönüm] 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 130 1300 Toplam Dolgu Hacmi [1000 m 3 ] 107.5 85 62.5 1075 850 625 Toplam Dolgu Maliyeti [1000 USD] 40 400 8 13 18 23 28 Net Kazanılan Kumsal Genişliği [m] Şekil 8. Alternatif çözümlerin karşılaştırılması 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Geçmişte deprem atıklarıyla doldurularak doğal dengesinden uzaklaşmış bir kıyıyı tekrar doğal haline getirmek için başlatılan bu projede, mevcut kıyının rekreasyon amaçlı bir kumsala dönüştürülmesinin mümkün olabileceği belirlenmiştir. Literatürde örnek teşkil edecek benzer bir çalışma bulunamadığı için ölçüm, deney ve hesaplamaya dayanan kıyı mühendisliği teknikleri kullanılarak kıyıda doğal bir kumsal oluşturulması için alternatif tasarımlar üretilmiştir. Proje sahasının geçmişte deprem atıklarıyla doldurulmuş olması nedeniyle deniz tabanının salt kumdan oluşmadığı ve doğal dengesinden uzaklaşmış olduğu tespit edilmiştir. Açıklarda yüksek miktarda ince malzeme (kil ve silt) ve kısmen organik malzeme görülmüştür. Bu bulgular literatürde genel olarak doğal kumsallar için geliştirilmiş teorik ve pratik bilgilerin bu projede kullanılmasını engellemektedir. Bu durumda tabandaki ince malzeme ile üzerine konumlandırılacak kumun karışması durumunda nasıl bir davranış sergileyeceği araştırılmıştır. Kum/kil karışık sedimentlerin deniz ortamındaki davranışını inceleyen çok az sayıda literatür bulunmaktadır. Yer yer yüksek oranda kil içeren kumsal üzerine yapılması planlanan kum dolgunun zaman içindeki davranışını etkileyecek bu belirsizlikler bilinen kumsal oluşturma tekniklerinin bu projede kullanılmasında risk yaratabilecektir. Bu nedenle, dolgu sırasında ve sonrasında, proje sahası sürekli olarak izlenmeli ve gerekli ölçümler yapılmalıdır. Böylece, benzer özelliklere sahip komşu kıyıların iyileştirilmesi daha da kolaylaşacaktır. Kumsalın genişletilmesi için kullanılacak kumun kaynağı ve özellikleri son derece önemlidir. Denize kıyısı olan gelişmiş ülkelerde büyük çaptaki kumsal genişletme projelerinde kullanılan dolgu kumu istisnasız olarak denizin açığından tarama yöntemi ile elde edilmektedir. Hem malzeminin aynı eko sistem içinden gelmiş olması hem de çevresel etkilerinin karadan alınmasına oranla daha az olması nedeniyle deniz kumu tercih edilmektedir. Bu konuda milyonlarca metreküpe varan tarama ve dolgu projeleri günümüzde ABD, Hollanda, İngiltere, Belçika, Fransa, İtalya, Almanya, Birleşik Arap Emirlikleri gibi pek çok ülkede yürütülmektedir.
7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 525 - Devam etmekte olan bu projede, gelecek adımlar arasında, yapılacak dolgunun kıyıya dik ve paralel sediment taşınımı ile modellemesi planlanmaktadır. KAYNAKLAR ANA-KENT Planlama Şehircilik Haritacılık Mimarlık İnşaat Sanayi Ticaret Ltd. Şti. (2005). İzmit Körfezi Hava Foyoğrafları. Kocaeli: KBB Çevre Koruma ve Kontrol Dairesi Başkanlığı. ANA-KENT Planlama Şehircilik Haritacılık Mimarlık İnşaat Sanayi Ticaret Ltd. Şti. (2006). Kocaeli Fotogrametri Haritası. Kocaeli: KBB İmar ve Şehircilik Dairesi Başkanlığı. Coastal Engineering Research Center. (1984). Formulas for Predicting Waves in Deep Water. Shore Protection Manual (s. 3/44-3/51). Washington, DC: US Army Corps of Engineers. Dean, R. G. (2008). Beach Nourishment Theory and Practice. University of Florida: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Deniz Kuvvetleri Komutanlığı Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı. (1992). İzmit Körfezi Derinlik Haritası. İstanbul. Deniz Kuvvetleri Komutanlığı Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı. (1997). İzmit Limanı Derinlik Haritası. İstanbul. Hallermeier, R. J. (1981). A Profile Zonation for Seasonal Sand Beaches from Wave Climate. Coastal Engineering, s. 253-277. KBB Emlak ve İstimlak Dairesi Başkanlığı. (2010). Arazi Sınırları Haritası. Kocaeli: KBB Emlak ve İstimlak Dairesi Başkanlığı. KES-KA Zemin Yapı Laboratuvarı ve Mühendislik. (2008). Derince Jeolojik-Jeoteknik Etüd Raporu. Kocaeli: KBB İmar ve Şehircilik Dairesi Başkanlığı. Kıyı Kenar Komisyonu. (2006). Onaylı Kıyı Kenar Çizgisi. Kocaeli: KBB İmar ve Şehircilik Dairesi Başkanlığı. TÜBİTAK-Marmara Araştırma Merkezi. (2006). Kuzey Doğu Marmara Jeoloji Haritası. Kocaeli: KBB Çevre Koruma ve Kontrol Dairesi Başkanlığı.