Monitoring of land surface subsidence in Zonguldak coal mining field in the northern Turkey using multi temporal sar interferometry

Abstract

Bu çalışmada uzun zaman aralığında yavaş hareketlerle oluşan yüzey deformasyonun belirlenmesi amacıyla çok zamanlı uydu SAR görüntülerinin kullanılabilirliği iki farklı yöntem ile karşılaştırmalı olarak Zonguldak maden alanları üzerinde incelenmiştir. Uygulamada sabit saçıcı (Persistent Scatterers Interferometry: PSI) ve kısa baz (Small Baseline: SB) yöntemleri incelenmiştir. Zonguldak ve Bartın illerini kapsayan maden alanı Türkiye' de ki tek yer altı taşkömürü madeninin çıkarıldığı alandır. Bu maden özellikle demir-çelik sanayisinde ve enerji üretiminde kullanıldığı için ulusal ekonomik değere sahiptir. Bölgede ki madencilik aktiviteleri 19 yy. ortalarında başlamış olup şu an Türkiye Taşkömürü Kurumu (TTK) tarafından beş alanda aktif bir şekilde taşkömürü üretilmeltedir. Bunlardan Kozlu, Karadon, Üzülmez ve Armutçuk müesseseleri Zonguldak ili içinde, Amasra müessesesi Bartın ili içerisinde kalmaktadır. 150 yıldan fazla bir süredir yapılan madencilik faaliyetleri sonucu yaklaşık olarak 400 milyon ton taşkömürü üretilmiştir. Sürekli ve büyük miktarlarda çıkarılan kömür sonucu maden yüzeyinde çökmeler olduğu gözlenmiştir. Ancak sehirleşmenin de kömür maden alanı üzerinde ve çevresinde olması burada bulunan yapılara zarar vererek insan hayatını olumsuz yönde etkilemiştir. Pek çok can kaybı yanında binalar oturulamaz hale geldiği için binalar boşaltılmış ve mal kayıpları yaşanmıştır. Ayrıca bölgede sürekli toprak kayması yaşanmakta bununla birlikte jeolojik yapısında karstik ögelerin bulunması obrukların oluşmasına neden olmaktadır. Bunlara ek olarak madencilik aktiviteleri doğal afetleri tetikleyerek zarar görebilirliğini artırmaktadır. Son yıllarda çıkarılan maden miktarının azalması nedeniyle daha çok maden çıkarılması planlanmış, bu amaçla -1200 m kota kadar kömür rezerv araştırmaları sürdürülmüştür. Bu inceleme sonucunda tüm alanda TTK tarafından 2011 yılı itibari ile 1.3 milyar ton kömür rezervi olduğu belirtilmiştir. Uzun süreli yüzey deformasyonunun belirlenmesi amacıyla Zonguldak şehir merkezinde bulunan üç alan olan Kozlu, Karadon ve Üzülmez maden alanları çalışma alanı olarak seçilmiştir. Kozlu müessesesi Türkiye'de madencilik faaliyetlerinin başladığı ilk ve deniz altında sürdürülen tek işletmedir. Her işletmede farklı kotlarda üretim yapılmaktadır. Kozlu, Karadon ve Üzülmez'de sırasıyla maksimum -630 m, -540 m ve -250 m de üretim gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmanın gerçekleşmesinde şu etkenler öncü olmuştur: a) Bölgedeki sürekli çökmeler nedeniyle yerleşim varlığı büyük bir tehlike altındadır b) Çökmeler sürekli olarak herhangi bir yöntem ile izlenmemektedir. İzlenen yöntemler kısa zaman aralıklı çalışmalardır ve her maden alanı için uygulanmamıştır. Hem sehir alanları hem de kırsal alanlarda meydana gelen deformasyonun belirlenmesi amaçlanmıştır. c) InSAR yöntemi ile uzun zaman aralığında meydana gelen deformasyonun zamansal gelişiminin detaylı bir şekilde incelenebilirliği. Bu çalışmada C-band ERS-1 ve ERS-2 uydularına ait 1993-2001 yılları arasında elde edilmiş 33 SAR görüntüsü, yine C-band ENVISAT uydusuna ait 2003-2010 yılları arasında alçalan yönde alınmış 29 ve 2004-2010 yılları arasında yükselen yönde alınmış 17 SAR görüntüleri kullanılmıştır. Ayrıca 2007-2010 yılları arasında alınmış 23 L-band ALOS/PALSAR SAR uydu görüntüleri analiz edilmiştir. Dört veri seti için hem PSI hem de SB uygulaması gerçekleştirilmiştir. PSI uygulamasında seçilen ana (master) görüntüye diğer görüntüler eşleştirilerek interferogramlar oluşturulmuştur. SB uygulamasında ise zamansal ve dik baz uzunluklarının kısa tutulması göz önüne alınarak her görüntü birbiriyle eşleştirilerek interferogramlar üretilmiştir. Deformasyon hızları mm/yıl olarak belirlenmiştir. Araştırma sonucunda Kozlu'da ki çökme şekli ERS, ENVISAT ve PALSAR sonuçlarının hepsinde gözlenmiştir. Daha önce yapılan kısa süreli DInSAR çalışmaları ile örtüşmektedir. ERS ve ENVISAT sonuçlarında deformasyon yerleşimin yoğun olduğu Kozlu bölgesinde daha belirginken Karadon ve Üzülmez bölgelerinde daha seyrektir. PALSAR sonuçlarında ise hem yerleşim yeri olan Kozlu'da hem de kırsal alan olan ve çevrenin ormanlık alanla kaplı olduğu Karadon ve Üzülmez bölgelerinde yoğun bir şekilde ortaya çıktığı gözlenmiştir. PSI sonuçlarında daha fazla nokta olmasına rağmen deformasyon hızı SB sonuçlarına göre düşüktür. Ayrıca SB sonuçlarında kırsal alanda daha yüksek yüzey hareketi olduğu gözlenmiştir. Bu çalışmada çok zamanlı ve çok izde alınmış SAR uydu görüntüleri Zonguldak yeraltı taşkömürü maden alanında meydana gelen yüzey hareketlerinin araştırılması için izlenmiştir. Çökmelerin 17 yıllık gelişimi çok zamanlı InSAR sonuçları ile ortaya çıkarılmıştır. TTK tarafından belirlenen çökme ve potansiyel çökme alanları dışında da yüzey hareketi gözlenmiştir. Bu nedenle bölgenin sürekli izlenmesinin gerekliliği açıktır. Sonraki araştırmalarda risk analizleri için kullanılabilecek altlık bir çalışma gerçekleştirilmiştir.