Comprehensive flood risk assessment and identification of the potential flood mitigation strategies
Kapsamlı bir taşkın risk değerlendirmesi ve olası risk azaltma stratejilerinin belirlenmesi
- Tez No: 736444
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZGER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Taşkınlar ülkemizde ve Dünyada sıklıkla karşılaşılan doğal afetler arasında yer almaktadır. Her bölgenin bulunduğu coğrafi konum, jeolojik ve hidrolojik yapısı ve dahi demografik özellikleri farklı doğal afetlerin karakterize olmasını etkilediği düşünüldüğünde, Türkiye'de bu değişkenlerin ışığı altında en yaygın karşılaşılan doğal afetler taşkınlar olarak nitelendirilmektedir. Türkiye'de 1975-2015 yılları arasında toplam 1209 sel meydana gelmiş olup 720 kişinin ölümüne ve 900,000 hektarın su altında kalmasına neden olmuştur. Ayrıca taşkınlar yıllık ortalama 100 milyon dolarlık ekonomik kayba neden olmaktadır. Kıyısı olan bölgelerde gerçekleşen kıyı taşkınları, kırsal kesimlerde akarsu taşkınları ve yoğun yerleşim bölgelerinde ise kentsel sel olayları sıklıkla meydana gelmektedir. Bu bağlamda, özellikle popülasyon yoğunluklarının fazla olduğu kentlerde kentsel sel olayları sadece insan hayatlarına mal olmakla kalmayıp, aynı zamanda maddi açıdan ciddi hasarlara da neden olmaktadır. İstanbul ili de kentsel taşkınlar ile sıklıkla yüzleşen iller arasında yer almaktadır. İstanbul, yaklaşık 16 milyon nüfusuyla (2986 kişi/km²) Türkiye'nin en yoğun nüfuslu şehridir ve ciddi sel riski altındadır. 2009 yılında Marmara bölgesinde meydana gelen sel olayı, özellikle İstanbul, Ayamama havzasında ciddi can kayıplarına ve ekonomik kayıplara yol açmış ve bunun sonucunda bölgede yoğunlaştırılmış çalışmalar yapılmıştır. Bu nedenle, bu tez kapsamında İstanbul ilinde meydana gelebilecek taşkınlar neticesinde etkilenebilecek bölgelerin belirlenmesi ve bu bölgelerin etkilenebilirliğini tetikleyen unsurların ortaya koyulması amaçlanmıştır. Gerek veri toplama prosedürleri gerekse de belirlenecek erken müdahale aksiyonlarının yönetimsel bazda etkinliğinin sağlanabilmesi adına analizler ilçe bazlı olarak gerçekleştirilmiştir. İlçe bazlı analizler kapsamında ise risk kavramının en kritik iki sac ayağı olan hem tehlike hem de hasar görebilirlik analizleri gerçekleştirilmiştir. Tehlike analizleri doğrultusunda, yağmursuyu alt yapı boru sistemleri, eğim, geçirimlilik durumu (eğri numarası cinsinden), yağışlı gün sayısı ve yağışların tekerrür periyotları değişkenleri ilçe bazlı olarak göz önünde bulundurulmuştur. Hasar görebilirlik analizleri kapsamında ise, hasar görebilir bina oranları, nufüs yoğunluğu, hasar görebilir nüfus oranı, eğitim seviyesi, gelir seviyesi, ulaşım ağı, hane halkı nüfusu ve arazi kullanımı kriterleri hesaba katılmıştır. Böylelikle, sadece taşkınların gerçekleşme ihtimali olan bölgeler değil, ayrıca taşkınlar neticesinde zarar görme potansiyeli olan sosyal çevreler de belirlenmeye çalışılmıştır. Taşkın olaylarının tetiklenmesini sağlayan unsurların birçoğunun sayısal olarak ifade edilebildiği literatürce ortaya konulmuş bir gerçektir. Öte yandan, faktörlerin önem derecelerinin özellikle bölgesel olarak değişkenlik gösterebileceği de yadsınamaz bir gerçektir. Örneğin, ciddi yağış alan iki bölge karşılaştırıldığında kentsel yerleşimlerin yaygın olduğu bir bölge taşkın olaylarından ciddi anlamda etkilenebilecekken, görece daha kırsal kesimler aynı yağış olaylarından daha az etkilenebilmektedir. Benzer şekilde, hemen hemen aynı iklim koşullarına sahip yerleşim bölgelerinde gelir seviyesi yüksek olan bölgelerde taşkın olaylarına karşı alınacak önlemler düşük olduğu bölgelerde farklılık gösterebilmektedir. Ayrıca, ulaşım ağının güçlü olduğu yerlerde herhangi bir afet anında afetzedelere kolaylıkla yardım götürme imkanı olduğu söz konusu iken, aynı şiddete sahip taşkın afetinde ulaşım yolları açısından daha az gelişmiş bölgelere yardım götürmenin zorlaştığı ve dolayısıyla, afet sonrası müdahalenin gecikmesi dolayısıyla daha büyük sonuçların doğacağı başka bir gerçektir. Tüm bu değişkenlikler hesaba katıldığında bu tez kapsamında gerçekleştirilen kapsamlı analizlerin yapılması bir gereklilik olarak karşımıza çıkmaktadır. Taşkın riskine doğrudan etkisi olacak kriterlerin aralarındaki önem derecelerinin belirlenmesinde ise bölgeyi bilen ve konularında uzman profesyonellerden bilgiler alınması analizlerin sağlam temellere dayandırılmasını sağlamaktadır. Bu bağlamda, çok kriterli karar verme algoritmaları uzman bilgilerini önemli ölçüde sayısal sonuçlara dönüştürerek ilgilenilen bölgelere ait kriter bazlı verileri ile de entegre biçimde çalışmak suretiyle araştırmacılara yerinde tespitlerin gerçekleştirilmesinde olanaklar tanımaktadır. Dolayısıyla, bu tez çalışmasında yer alan araştırma makalelerinde İstanbul ili ilçe bazlı taşkın risk haritalaması gerçekleştirilirken çok kriterli karar verme algoritmalarından yararlanılmıştır. Tez kapsamında yayınlanan ilk araştırma makalesinde bulanık analitik hiyerarşi süreci kullanılarak ilçe bazlı taşkın risk haritalaması gerçekleştirilerek riskli ilçeler ve bu ilçelere yönelik için önlem alınması gereken kriterler belirlenmiştir. Tez kapsamında yayınlanan ikinci araştırma makalesinde ise İstanbul ili ölçeğinde taşkın risk kavramı üzerinde paydaş görevi gören dört farklı kurumun (İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi, Afet Koordinasyon Merkezi, İstanbul Büyükşehir Belediyesi ve Üniversiteler) taşkın riski üzerine algı farklarının ortaya koyulması gerçekleştirilmiştir. Bu işlemler için ise yöntemsel açıdan ilk çalışmada kullanılan bulanık analitik hiyerarşi süreci metoduna ilaveten technique for order of preference by the similarity-to-ideal-solution (TOPSIS) metodu entegre edilmiştir. Yapılan analizler neticesinde önerilen melez çok kriterli karar verme çerçevesinde genel bir risk haritası üretilmiş olup hem de her bir paydaşın görüşleri neticesinde ayrı ayrı risk haritaları oluşturulmuştur. Tez kapsamında yayınlanan üçüncü araştırma makalesinde ise, daha önceki iki çalışmada incelenmeyen kriterlerin kendi aralarındaki etkileşimlerine odaklanılmıştır. Öte yandan yöntemsel olarak literatürde ilk kez olacak şekilde bir çerçeve içerisinde iki ayrı (analitik hiyerarşi süreci tehlike sınıfı için ve analitik bağlantı süreci hasar görebilirlik sınıfı için) kriter ağırlıklandırma yöntemleri bir arada kullanılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Bu noktada ilgili literatüre yöntemsel olarak katılan bir diğer yenilik ise analitik bağlantı süreci çerçevesinin oluşturulmasında kullanılan Decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL) yönteminin entegre edilmesidir. TOPSIS metodunun geliştirilmiş versiyonu olarak kabul edilen visekriterijumska optimizacija i kompromisno resenje (VIKOR) yöntemi ise ifade edilen iki farklı kriter ağırlıklandırma yönteminden elde edilen çıktıları girdi olarak kullanarak ve bu ağırlık değerlerine kriterlerin sayısal değerlerini entegre ederek ilçeler arası bir önceliklendirme gerçekleştirmiştir. Tez kapsamında yayınlanan makalelerin birincisinde elde edilen bulgulara göre arazi kullanımı, nüfus yoğunluğu ve hasar görebilir bina oranı en önemli hasar görebilirlik kriterleri olarak belirlenirken, yağış tekerrür periyodu, geçirimlilik ve yağmur suyu altyapı sistemleri en önemli tehlike kriterleri olarak elde edilmiştir. Öte yandan, ana sınıflar olan hasar görebilirlik ve tehlike sınıfları arasındaki karşılaştırma ise bu iki sınıfın taşkın risk kavramı açısından hemen hemen birbirine eşit önem derecelerine işaret etmiştir. Ayrıca, bulanık analitik hiyerarşi süreci yönteminin stabilizasyonunun sağlanması adına gerçekleştirilen hassasiyet analizleri de yöntemin sağlamlığını ve doğrulanmasını önemli ölçüde desteklemiştir. İlçe bazlı yapılan analizlere göre ise, Bayrampaşa, Bağcılar ve Esenler nüfus yoğunluklarının da önemli etkisi ile en riskli üç ilçe olarak bulunmuştur. Taşkın olaylarının gerçekleşme ihtimallerini temsil eden tehlike kriterlerine göre ise Üsküdar, Bayrampaşa ve Bağcılar bölgeleri ön plana çıkarken, taşkınlardan hasar görebilirlik çerçevesinde yapılan analizlere göre Gaziosmanpaşa, Güngören ve Beyoğlu bölgelerine özel önlemlerin alınması gerektiği sonucuna varılmıştır. Tez kapsamında yayınlanan makalelerin ikincisinde elde edilen bulgulara göre afet yönetimi ve koordinasyon yetkililerinin ve yerel belediyelerin taşkın tehlikesi ve hasar görebilirlik sınıfları bakımından neredeyse benzer bir öneme sahip olarak değerlendirdiğini göstermektedir. Öte yandan, su ve kanalizasyon idareleri tehlike sınıfını önemli ölçüde dikkate alırken, üniversiteler hasar görebilirliği diğerinden daha önemli görmektedir. Oluşturulan sel risk haritaları ve korelasyon analizleri dikkate alındığında, üniversiteler ve su ve kanalizasyon idareleri uzmanları arasında yüksek algı farklılıklarının olduğu, diğer paydaşlar arasında ise büyük oranda algı benzerliklerinin görülebildiğine işaret edilmiştir. Bu nedenle, bu çalışma, yalnızca tek tip paydaşın taşkın risk yönetimi sistemine dahil edilmesinin taşkın risk kriterlerini değerlendirmek için yeterli olmadığının göstergesi olmuştur. Bunun yerine, daha güvenilir taşkın risk analizleri yapmak ve bu analizler neticesinde haritalar oluşturmak için farklı disiplinlerden çeşitli paydaşların katılımı gerekli olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Dolayısıyla, bu çalışmanın sonuçları sadece İstanbul'un sel afetine en yatkın ilçeleri gösteren bir sel risk haritası sunmakla kalmayıp, aynı zamanda sel riskini azaltmak, önlemek ve yönetmek için gerekli önlemleri almaktan sorumlu olan çeşitli paydaşlar arasındaki algı farklılıklarını da ortaya koymuştur. Bu durum ise taşkın riskiyle başa çıkmak için stratejiler geliştiren ve yapılacak yatırımları organize eden karar vericilerin algılarına ilişkin bulgulardan yararlanılabilmesi açısından oldukça önemlidir. Tez kapsamında yayınlanan makalelerin üçüncüsünde elde edilen bulgulara göre hasar görebilirlik sınıfı içerisinde değerlendirilen kriterlerden biri olan gelir seviyesi sadece tüm hasar görebilirlik kriterlerini etkilemekle kalmayıp, aynı zamanda diğerlerinden (hasar görebilir bina oranı, nufüs yoğunluğu, hasar görebilir nufüs oranı, eğitim seviyesi) de etkilenmiştir. Ayrıca, eğitim seviyesi kriteri ise diğer tüm kriterleri etkilemekle birlikte sadece gelir seviyesinden etkilenmiştir. Nüfus yoğunluğu kriterinin de neredeyse eğitim seviyesi kadar önemli çıktığı çalışma sonuçlarına göre, DEMATEL analizi neticesinde elde edilen bilgiler nufüs yoğunluğunun eğitim seviyesi ve gelir seviyesi ile oldukça ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Tehlike sınıfını içeren analizler ise yağış tekerrür periyodunun en önemli kriter olarak bulunduğuna işaret etmiştir. Özellikle iklim değişikliğinin büyük etkisi olduğu yağış olayları hususunda ilçelerin taşkın geciktirici yapılar ve yağmur suyu hasadı gibi özel önlemleri gündemlerine almaları gerekmektedir. Ayrıca, diğer tehlike sınıfı kriterlerinden olan yağmur suyu altyapı sistemleri ve geçirimlilik kriterleri de birbirlerine oldukça yakın öneme sahip olacak şekilde bulunmuştur. Bu noktada, yağmur suyu alt yapı sistemleri eski veya yetersiz olan ilçelerin bu yatırımlara odaklanması, arazi kullanım yapısının kentleşmeyi yoğun olarak içerdiği ilçelerin ise yeşil alan miktarlarını artırması veya mevcut binalara yeşil çatılar gibi sürdürülebilir önlemleri hayata geçirmesi ilgili bölge ve ilçelerde taşkın riskinin azaltılmasına oldukça önemli katkılar yapacaktır. Genel olarak bakıldığında, bu tez kapsamında İstanbul ili için kapsamlı taşkın risk analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sadece taşkın risk haritalama ile kalınmayıp, riskli olarak bulunan bölgelerde taşkın riskini azaltıcı stratejiler için de izlenebilecek yollara işaret edilmiştir. Bu bağlamda, İstanbul ili özelinde hazırlanan bu tezin içerdiği yayınların ve bu yayınlar neticesinde edinilen bulguların tüm ülkemize faydalı olabileceği ve gerekli aksiyonların alınması için bir yol gösterici rol oynacağına inanılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Floods are among the natural disasters frequently encountered in our country, i.e. Turkey, and across the globe. Considering some of the conditioning factors, such as geographical location, geological and hydrological structure and even demographic characteristics, that characterize the formation of natural disasters, the most common natural disasters in Turkey are described as floods. A total of 1209 floods occurred in Turkey between 1975 and 2015, resulting in 720 deaths and the inundation of 900,000 hectares. In addition, floods cause an annual average of 100 million dollars of economic loss. The constitution of floods may vary in different types; scuh that coastal floods are frequent in coastal areas, while river floods mostly occur in rural and/or urban areas, and urban flooding poses significant challenges in densely populated regions. In this context, especially in cities with high population densities, urban flood events not only cost human lives but also cause serious property damage. Istanbul is also among the cities that frequently face urban floods across Turkey. The city is the most populated city in Turkey with a population of approximately 16 million (2986 people/km²) and is at serious risk of flooding. Therefore, within the scope of this thesis, it is aimed to determine the regions that may be affected as a result of the floods potentially occur in Istanbul and to reveal the factors that trigger the vulnerability of these regions. In order to ensure the functionality of both data collection procedures and the early diagnosis actions to be determined on an administrative basis, analyzes were carried out on a district basis in this thesis. Through district-based analyzes, both hazard and vulnerability factors, which are the two most critical pillars of the risk concept, were carried taken into account. In line with the hazard cluster, stormwater pipe network, slope, imperviousness (in terms of curve number), number of rainy days and return period of storm event criteria were taken into the consideration. Within the scope of vulnerability cluster, vulnerable structures, population density, vulnerable population, education level, income level, transportation network, number of households and land use criteria were considered. Thus, this thesis not only tried to determine the regions having high susceptibility of flooding but also sought to designate the social environments, i.e., residents and/or buildings, that have the potential to be damaged as a result of floods. In the research articles included in this thesis, multi-criteria decision-making algorithms were used to perform the district-based flood risk mapping of Istanbul. In the first research article published within the scope of the thesis, district-based flood risk maps were generated using the fuzzy analytic hierarchy process, and risky districts and the criteria to be taken into account specific to these districts were identified. In the second research article published within the scope of the thesis, the perception differences on the flood risk of four different stakeholders (i.e., Istanbul Water and Sewerage Administration, Disaster Coordination Center, Istanbul Metropolitan Municipality and Universities) at Istanbul scale were analyzed. For these purpose, the technique for order of preference by the similarity-to-ideal-solution (TOPSIS) method was integrated along with the fuzzy analytical hierarchy process method utilized in the first study. As a result of the model configurations on the basis of expert judgments pertaining to abovementioned four institutions, flood risk, flood hazard and flood vulnerability maps were separately generated. The third research article published within the scope of the thesis focused on the interrelationships of the criteria that were not examined in the previous two studies. On the other hand, for the first time in the literature, analyzes were carried out using two distintictive criteria weighting methods (analytical hierarchy process for the hazard cluster and analytical network process for the vulnerability cluster) together. At this point, another innovation that has been methodically accomplished is the integration of the decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL) method which was used in the refinement of the analytical network process framework. Visekriterijumska optimizacija i compromisno resenje (VIKOR) method, which is accepted as an improved version of the TOPSIS method, was performed to prioritize the districts in terms of flood risk by combining the outputs obtained from the two different criteria weighting methods and the numerical values of the corresponding criteria. According to the findings obtained in the first of the articles published within the scope of the thesis, land use, population density and the vulnerable structures were determined as the most important vulnerability criteria, while the return period of a storm event, imperviousness and stormwater pipe networks were obtained as the most significant hazard criteria. On the other hand, the comparison between the main clusters, i.e., vulnerability and hazard, indicates that these two classes have almost equal importance in terms of the flood risk concept in Istanbul. In addition, sensitivity analyzes were implemented in order to illustrate the stability and robustness of the fuzzy analytic hierarchy process applications. According to the district-based analyzes, Bayrampasa, Bagcilar and Esenler were found to be the three most risky districts with the significant effect of their dense populations. While Uskudar, Bayrampasa and Bagcilar districts stand out according to the hazard cluster representing the probability of flood events, it was concluded that special precautions should be taken for Gaziosmanpasa, Gungoren and Beyoglu districts according to the analyzes made within the generic of vulnerability cluster. According to the findings obtained in the second of the articles published within the scope of the thesis, disaster management and coordination authorities and local municipalities have point out that hazard and vulnerability clusters have almost similar importance in terms of flood risk. On the other hand, water and sewerage administrations take the hazard class into consideration, while universities consider vulnerability more important than the other. Once the produced flood risk maps and correlation analyzes are examined, one can conclude that there are high perception differences between the judgments of the experts from universities and water and sewerage administration, while perception similarities can be seen among other stakeholders. Therefore, this study highlighted that the inclusion of only one type of stakeholder in the flood risk management system is not sufficient to evaluate the overall flood risk criteria. Instead, it was concluded that the participation of various stakeholders from different disciplines is required to make more reliable flood risk analyzes. Hence, the results of this study not only provide a flood risk maps showing the most flood-prone districts of Istanbul, but also reveal the perception differences among various stakeholders who are responsible for taking the necessary measures to reduce, prevent and manage the flood risk. According to the findings obtained in the third of the articles published within the scope of the thesis, the income level, which is one of the criteria evaluated in the vulnerability class, not only affects all the vulnerability criteria, but also has been affected by the others (vulnerable structures, population density, vulnerable population, and education level). In addition, although the education level criterion affects all other criteria, it is only affected by the income level. Also, the population density criterion is almost as important as the education level according to the results of the study. The insight gained from the DEMATEL analysis has indicated that the population density is highly correlated with the education level and income level. Furthermore, the analyzes performed for the hazard cluster showed that the return period of a storm event is the most important criterion. Hence, especially considering extreme rainfall events where climate change has a great impact, district management authorities should take special measures such as flood-retardant structures and rainwater harvesting on their agenda to deal with the floods. In addition, storm water pipe networks and imperviousness criteria, which are among the other hazard related criteria, have been found to have very close importance to each other. At this point, the fact that districts with old or insufficient storm water drainage systems focus on these investments, increase the amount of green areas in districts where the land use includes urbanization intensively, or implement sustainable measures such as green roofs on existing buildings will make significant contributions to reducing the flood risk in the relevant regions and/or districts. In general, within the scope of this thesis, comprehensive flood risk analyzes were carried out for Istanbul. In addition, not only flood risk mapping, but also the ways to be followed for strategies to reduce the flood risk in risky areas are pointed out. In this context, it is believed that the publications contained in this thesis will be useful for not only Istanbul but also entire country and will play a guiding role in taking the necessary actions.
Benzer Tezler
- A conceptual Disaster Risk Reduction (DRR) framework for building resilience to satellite failures
Uydu arızalarına karşı direnç geliştirme: Kavramsal bir Afet Risk Azaltma (DRR) çerçevesi
SORUSH SAEEDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiAcil Durum ve Afet Yönetimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ PINAR ÖZDEMİR ÇAĞLAYAN
- Uyarlanabilir yeniden kullanılan endüstriyel yapıların sel riski değerlendirmesi için bir yaklaşım
An approach for flood risk assessment of adaptive reuse industrial buildings
FATİH ERDEM UYUMAZ
- Yeraltı ve yerüstü faaliyet gösteren bir kömür madeni işletmesinde iş sağlığı ve güvenliği risklerinin değerlendirmesi.
Evaluation of occupational health and safety risks in a coal mine operating underground and overground mining
EMRE DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiAğrı İbrahim Çeçen Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HAN
- İklim değişikliğine mekansal uyumda toprak ekosistem servislerinin rolü: Nilüfer çayı havzası
The role of soil ecosystem services in spatial adaptation to climate change: Nilüfer stream basin
MERVE YILMAZ MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AZİME TEZER