TUDKA-99 - Harita Genel Komutanlığı

TÜRKİYE ULUSAL DÜŞEY KONTROL AĞI (TUDKA-99)
(TURKISH NATIONAL VERTICAL CONTROL NETWORK (TNVCN-99))
Coşkun DEMİR
Ayhan CİNGÖZ
ÖZET
Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı (TUDKA-99) 1970-1993 yıllarında ölçülen 151 adet I
nci derece ve 41 adet II nci derece geçki ile 1970 yılından önce ölçülen 7 adet I nci derece ve
44 adet II nci derece geçki olmak üzere toplam 29316 km uzunluğunda, 243 geçki ve 25680
noktadan oluşan ağın dengelenmesiyle oluşturulmuştur. TUDKA-99 için düşey datum
Antalya mareograf istasyonunda 1936-1971 yıllarında elde edilen anlık deniz seviyesi
ölçülerinin ortalamasıyla belirlenmiştir. Dengelemede ölçü olarak jeopotansiyel sayılar
alınmış ve tüm noktalarda jeopotansiyel sayı, Helmert ortometrik yükseklik ve Molodensky
normal yüksekliği hesaplanmıştır. Jeopotansiyel sayı hesabında düzenlenmiş Potsdam
datumundaki gravite değerleri kullanılmıştır. Dengeleme sonucunda datuma bağlı nokta
yüksekliklerinin duyarlılıkları 0.3 cm ile 9 cm arasında bulunmuştur. TUDKA-99 Helmert
ortometrik yükseklikleri ile halen kullanımda olan Normal ortometrik yükseklikler arasındaki
farkların, Türkiye boyutunda –14 cm ile +36.9 cm arasında değiştiği, farkların ortalaması +9.5
cm ve standart sapması 8.4 cm olarak bulunmuş olup, herhangi bir noktada iki yükseklik
sistemi arasındaki düzeltme değeri noktanın konumuna bağlı olarak hesaplanabilmektedir. 17
Ağustos İzmit ve 12 Kasım Düzce depremleri sonrasında oluşan düşey yer değiştirmeleri
belirlemek amacıyla Mayıs-Eylül 2002 tarihlerinde, Bursa-İstanbul-İzmit-AdapazarıZonguldak-Bolu bölgelerini kapsayan alanda 1300 km uzunluğunda 14 Adet I ve II nci derece
geçki ölçüsü yeniden ölçülmüştür. Deprem öncesi ve deprem sonrası yüksekliklerin
karşılaştırılmasında –52.7 ile + 28.8 cm arasında değişen düşey yer değiştirmeler
belirlenmiştir.
ABSTRACT
Turkish National Vertical Control Network (TNVCN-99) was established with the
adjustment of 243 lines of 25680 points with total length of 29316 km. This network includes
151 first and 41 second order lines measured between 1970 and 1993, and 7 first and 44
second order lines measured before 1970. Vertical datum for TNVCN-99 is defined with
arithmetic mean of instantaneous sea level measurements recorded at Antalya tide gauge
between 1936 and 1971. In the adjustment, geopotential numbers were used as observations,
and geopotential numbers, Helmert orthometric heights and Molodensky normal heights at all
points were calculated. Gravity values in modified Potsdam datum were used in calculating
geopotential numbers. The adjustment results in precision of point heights varying from 0.3
cm to 9 cm depending on the distance from the datum point. Differences between TNVCN-99
Helmert orthometric heights and currently used Normal orthometric heights were found to be
between –14 cm and +36.9 cm and mean value of it was found as +9.5 cm with standard
deviation of 8.4 cm. Correction value between two height systems at any point given with
position can be calculated. In order to determine vertical displacements due to 17 August
Izmit and 12 November Duzce earthquake, 14 first and second order leveling lines of 1300
km re-measured in the region; Bursa-İstanbul-İzmit-Adapazarı-Zonguldak and Bolu during
May-September 2002. The comparison of Helmert orthometric heights before and after
earthquakes results in vertical displacements varying between -52.7 and +28.8 cm.
1. GİRİŞ
Türkiye'de Düşey Kontrol (Nivelman) Ağı ile ilgili çalışmalar 1935 yılında Antalya
mareograf (deniz seviyesi ölçer) istasyonunun kurulması ile başlamıştır. Sonraki yıllarda ana
karayolları boyunca oluşturulan 158 I nci derece ve 87 II nci derece geometrik nivelman
geçkisinin ilk faz ölçüleri 1970 yılına kadar yapılarak Düşey Kontrol Ağı tesis edilmiştir. I ve
II nci derece ölçülerde gidiş-dönüş kapanması için sırasıyla 4√S mm ve 8√S mm ( S km
biriminde geçki uzunluğu ) ölçütleri alınmıştır. Gravite ağı ile ilgili çalışmalar 1956 yılında
başladığından 1970 yılına kadar düşey kontrol noktalarında gravite ölçülmemiştir. 1973
yılından itibaren ikinci faz geometrik nivelman ölçüleri başlatılmıştır. Bu kapsamda
günümüze kadar sürdürülen çalışmalarda daha önce tesis edilen geçki ölçüleri yenilenmiş, alt
yapı nedeniyle tahrip olan geçkiler yerine yenileri, gerek duyulan yerlerde ise yeni geçkiler
tesis edilmiş ve düşey kontrol noktalarında gravite ölçülmüştür. 1993 yılına kadar
gerçekleştirilen ölçü çalışmaları ile 151 I nci derece ve 39 II nci derece geçki ölçüsü
yenilenmiş, 2 yeni II nci derece geçki tesis edilerek ölçülmüştür.
1985-1992 yıllarında yapılan çalışmalarla, 1973-1991 yıllarında ölçüsü yenilenen 151 adet
I nci derece ve 35 adet II nci derece geçki ile 1970 yılından önce ölçülen 5 adet I nci derece
geçkinin, gravite değerleri ile birlikte ilk değerlendirmesi yapılarak Türkiye Ulusal Düşey
Kontrol Ağı-1992 (TUDKA-92) oluşturulmuştur. Ölçüsü yenilenmemiş 52 II nci derece geçki
bu değerlendirmeye alınmamıştır /2/.
TUDKA-92 oluşturulurken dengeleme sonrası yapılan istatistik analizde üç adet geçkinin
uyuşumsuz olduğu saptanmış ve bu geçkiler değerlendirme dışı bırakılmıştır. Sonraki yıllarda,
uyuşumsuz bulunan üç geçkiden iki tanesi (biri tamamen,diğerinin bir bölümü) ölçülmüştür.
Ayrıca 1993 yılında dört eski ve iki yeni olmak üzere altı adet II nci derece geçki ölçüsü
yapılmıştır /3/. Diğer taraftan daha önce değerlendirme dışı bırakılan 52 adet eski II nci derece
geçkiden 44 ‘ünün ağa bağlantısı gerçekleştirilmiş ve bu geçkilerdeki noktaların tamamında
gravite değerleri prediksiyonla kestirilmiştir. Ağa bağlantısı sağlanamayan diğer 8 adet eski II
nci derece geçki değerlendirme dışında tutulmuştur. Daha sonra tüm geçkilerdeki noktalarının
koordinatları (enlem ve boylam) 1/25000 ölçekli haritalardan sayısallaştırılarak elde edilmiş
ve mevcut tüm veriler (gravite, enlem, boylam, geometrik yükseklik farkı, uzaklık) kontrol
edilmiştir.
Yukarıda sözü edilen kontrol işlemleri tamamlandıktan sonra, yapılan ek ölçülerin de
katılımı ile TUDKA dengelemesi yeniden yapılarak, TUDKA-99 oluşturulmuştur. Bu
değerlendirmeye 1970 yılından sonra ölçülen 151 adet I nci derece ve 41 adet II nci derece ile
1970 yılından önce ölçülen 7 adet I nci derece ve 44 adet II nci derece geçki olmak üzere
toplam 243 I ve II nci derece geçki dahil edilmiştir.
TUDKA-99 'un oluşturulmasında izlenen adımlar aşağıda verilmiştir /2/;
-Geometrik nivelman ve gravite ölçülerinin ön işlemi
-Dengelemede ve uygulamada kullanılacak yükseklik sisteminin seçimi,
-Düşey datumun belirlenmesi,
-Düşey kontrol ağının dengelenmesi
Dengelemede kullanılacak yükseklik sistemine bağlı olan ön işlemler; ölçülen yükseklik
farklarının, ölçü aleti (nivo), mira ve fiziksel çevre koşullarından kaynaklanan sistematik
etkilerden arındırılmasını içerir /16,21/. TUDKA'nın dengeleme aşamasında IAG
(International Association of Geodesy)'nin UELN (United Europen Levelling Network) alt
komisyonunca önerilen, tek anlamlı ve tam diferansiyel olan Jeopotansiyel sayılar yükseklik
sistemi olarak seçilmiş ve IGSN71 (International Gravity Standardization Network-1971)'e
yakın Düzenlenmiş Potsdam datumundaki gravite değerleri kullanılmıştır /7,13/. TUDKA için
düşey datum Antalya mareograf istasyonunda 1936-1971 yıllarındaki anlık deniz seviyesi
ölçülerinin doğrudan aritmetik ortalaması ile belirlenmiştir /2/.
Yükseklik sistemleri hakkında özet bilgiler ikinci bölümde, TUDKA-99’nin oluşturulması
ve düşey kontrol ağı dengeleme modeli üçüncü bölümde açıklanmakta ve dördüncü bölümde
İzmit ve Düzce depremleri sonrasında yapılan çalışmalar ele alınmaktadır.
2. YÜKSEKLİK SİSTEMLERİ
Jeoid üzerindeki bir P0 noktasının potansiyeli (W0) ile P yeryüzü noktasının potansiyeli
(Wp) arasındaki fark P noktasının jeopotansiyel sayısı (Cp) olarak tanımlanır ve
P
∫
(2.1)
C p = Wo - Wp = g.dh
Po
ile ifade edilir. Bu eşitlikte dh diferansiyel yükseklik farkı, g gerçek gravitedir. Jeopotansiyel
sayı tam diferansiyel ve tek anlamlı bir büyüklük olup Po ve P noktaları arasında izlenen
yoldan bağımsızdır. Jeopotansiyel sayının birimi kilogalmetre olup aynı zamanda
jeopotansiyel birim (g.p.u.) de kullanılmaktadır. C jeopotansiyel sayı ve G ortalama gravite
yardımıyla Yükseklik Sistemleri,
Yükseklik =
C
G
(2.2)
genel formülü ile elde edilmektedir /9,20/. G'nin seçimine bağlı olarak farklı yükseklik
sistemleri tanımlanabilmektedir. Aşağıda dinamik, ortometrik ve normal yüksekliklere ilişkin
G değerleri tanımlanmaktadır.
; Dinamik Yükseklik:HD
G =γ45
G = gp + 0,0424 H
G = γ[1 - (1 + f + m - 2f sin 2 ϕ)
m=
ω2 ab
kM
; Ortometrik Yükseklik (Helmert):H
HN
a
+(
HN
a
)2] ; Normal Yükseklik (Molodensky):H
(2.3)
N
Bu eşitliklerde; gp P yeryüzü noktasında ölçülen gravite, γ Elipsoid üzerinde normal gravite,
ϕ jeodezik enlem, γ45 ϕ=45o için normal gravite, f basıklık, ω Yerin açısal dönme hızı, a
ve b elipsoidin büyük ve küçük yarı eksenleri, kM Newton çekim sabiti ile yerin kitlesinin
çarpımıdır.
Fiziksel boyutu olan jeopotansiyel sayı sabit bir sayı γ45 ile bölünerek metrik boyutu olan
dinamik yükseklikler elde edilir. Aynı eş potansiyelli yüzey üzerindeki noktaların dinamik
yükseklikleri aynıdır. Geometrik nivelman ölçüsüne dinamik düzeltme getirilerek dinamik
yükseklik farkları elde edilebilir. Dinamik düzeltme özellikle dağlık bölgelerde büyük
değerlere ulaştığından bu yükseklik sistemi uygulama açısından uygun değildir. Ortometrik
yüksekliklerin başlangıç yüzeyi jeoid, normal yüksekliklerin başlangıç yüzeyi ise
okyanuslarda jeoid ile çakışan karalarda farklılık gösteren quasi-jeoid olup bu yükseklikler
Şekil-1'de gösterilmektedir.
P
W=Wp
Q
.
ζ
Yeryüzü
U=U0-W
Tellüroid
H
HN
HN
Geoid
N
ζ
Quasi-geoid
Elipsoid
Şekil-1 Ortometrik ve Normal yükseklik /9/
Şekil-1'den görüldüğü gibi P noktasının gerçek çekül eğrisi boyunca jeoide olan uzaklığı
ortometrik yükseklik, normal çekül eğrisi boyunca quasi-jeoide olan uzaklığı ise normal
yüksekliktir. Ortometrik yükseklikler yer yoğunluğu ile ilgili bazı varsayımlara dayanmasına
karşın, normal yükseklikler için herhangi bir varsayım sözkonusu olmayıp her iki yükseklik
sistemi tam diferansiyel ve tek anlamlıdır. Uygulamada jeopotansiyel sayı hesabı için (2.1)
integrali toplam şekline dönüştürülür. P noktasının Jeopotansiyel Sayısı; Po 'dan P' ye olan
geçki üzerinde belirli aralıklı noktalar arasındaki Jeopotansiyel Sayı farkları (∆Ck)'nın
toplamıyla elde edilir:
K
Cp =
∑∆ Ck
k =1
,
∆ Ck = g k.δ n k
(2.4)
δnk iki nokta arasındaki geometrik nivelman ile bulunan yükseklik farkı, gk söz konusu iki
yeryüzü noktası arasındaki ortalama gerçek gravitedir. Noktaların Jeopotansiyel Sayıları
belirlendikten sonra (2.3) eşitlikleriyle istenilen yükseklik sisteminde nokta yükseklikleri
belirlenebilir. Ayrıca geometrik nivelman ölçülerine uygun düzeltmeler getirilerek (ortometrik
düzeltme, normal düzeltme, dinamik düzeltme) düzeltmeye karşılık gelen yükseklik
sisteminde noktalar arasındaki yükseklik farkları doğrudan da elde edilebilmektedir /2/.
Gerçek gravite değerinin bilinmediği durumlarda (2.4) eşitliğinde g k yerine ortalama
normal gravite ( γ ) alınarak ∆Ck' normal jeopotansiyel sayı farkı elde edilmekte ve böylece
normal jeopotansiyel sayı (CP' ) hesaplanmaktadır.
C 'p =
K
∑∆C 'k
,
∆C 'k = γ k.δ n k
(2.5)
k =1
Normal jeopotansiyel sayıdan normal ortometrik yükseklikler (HNO);
benzer şekilde
H NO =
C 'P
G
,
G = γ - 0.3086 (HNO /2)
(2.2) eşitliğine
(2.6)
eşitlikleriyle elde edilmektedir. Normal jeopotansiyel sayılar gerçek gravite alanına
dayanmadığı için tam diferansiyel ve tek anlamlı değildir. Bunun anlamı, bir loopu oluşturan
normal jeopotansiyel sayı farklarının toplamı teorik olarak sıfır olmaz. Bu da bir yükseklik
sisteminden beklenen temel özellikleri yansıtmamaktadır. Ölçülen geometrik yükseklik
farklarına normal graviteden yararla normal ortometrik düzeltme getirilerek normal
ortometrik yükseklik farkları elde edilebilmektedir. Normal ortometrik düzeltme (OC');

OC' = 2H NO α Sin2 ϕ 1 + (α

2β

) Cos2 ϕ  ∆ϕ
α

(2.7)
eşitliği ile hesaplanır /6,7,11/. Burada H NO ortalama yükseklik, α ve β bilinen katsayılar, ϕ
iki düşey kontrol noktasının ortalama enlemi, ∆ϕ ise aralarındaki enlem farkıdır. Türkiye'de
mevcut yükseklikler Normal Ortometrik Yükseklik Sistemi’nde olup ölçülen yükseklik
farkları; (2.7) eşitliğinde α=0.002644 ve β=0.000007 (Hayford Elipsoidi) alınarak hesaplanan
normal ortometrik düzeltme ile normal ortometrik yükseklik farklarına dönüştürülmüştür.
3. TUDKA-99'UN OLUŞTURULMASI
a. Ölçülerin Ön İşlemi
1936-1970 yıllarında yapılan geometrik nivelman ölçüleriyle 19800 km uzunluğunda 158
adet I nci derece ve 8900 km. uzunluğunda 87 adet II nci derece geçkiden oluşan düşey
kontrol ağı fiilen tesis edilmiştir. Bu ağı iyileştirmek amacıyla 1973 yılında başlayan ikinci
faz geometrik nivelman ölçülerinde bugüne kadar, 151 I nci derece ve 41 II nci derece olmak
üzere toplam 23077 km geçki ölçüsü gerçekleştirilmiştir. Ölçüsü yenilenen toplam 190 I ve
II nci derece geçki ve yeni tesis edilen 2 II nci derece geçki ile ölçüsü yenilenmeyen 7 I nci
derece ve 44 II nci derece geçkinin değerlendirilmesi tamamlanarak, 243 geçkiden oluşan
25680 noktalı TUDKA-99 oluşturulmuştur (Şekil-2) /5/.
42
41
40
39
38
37
I.D. Yeni Geçkiler
I.D. Eski Geçkiler
II.D. Yeni Geçkiler
II.D. Eski Geçkiler
36
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Şekil-2: Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı-1999(TUDKA-99).
Geometrik nivelman ölçülerinde Wild N3 ve Zeiss Ni002 1988 yılından itibaren) nivoları
kullanılmış, ikinci faz ölçülerde ölçü öncesi ve ölçü sonrasında miralar komparator ile kalibre
edilerek mira ölçek ve sıcaklık düzeltmesi getirilmiştir. Geometrik nivelman ölçülerinde
fiziksel çevre koşullarından kaynaklanan düzeltmeler (refraksiyon, astronomik, magnetik ve
yerkabuğu hareketleri) ek parametrelerin ölçülmesi veya bilinmesini gerektirdiğinden I ve II
nci derece geometrik nivelman ölçülerine getirilmemiştir.
1973 yılında başlayan ikinci faz geometrik nivelman ölçüleri sırasında düşey kontrol
noktalarında gravite ölçülmüştür. Değişik nedenlerle gravite ölçülmeyen ve 1970 öncesi
ölçülen 6 I nci derece ve 44 II nci derece geçkinin tamamında olmak üzere toplam 4112 düşey
kontrol noktasının gravite değeri, çevresindeki 3-5 km. sıklıkta gravite noktalarından yararla
± 3 mgal doğrulukla kestirilmiştir /1/. Böylece düşey kontrol noktalarında, IGSN71 sistemine
yakın Düzenlemiş Potsdam Gravite Datumunda gravite belirlenmiştir.
TUDKA’da her geçki için ayrı olarak hazırlanan veri dosyalarında, noktalar arasındaki
geometrik yükseklik farkı ve uzaklık bilgileri, gravite değeri, noktanın tarifi ve 1/25000
ölçekli haritalardan derece saniyesi (") doğruluğunda sayısallaştırılan konum bilgileri (enlem,
boylam) yer almaktadır.
b. TUDKA-99'un oluşturulması
TUDKA'nın dengenlemesi aşamasında jeopotansiyel sayılar yükseklik sistemi olarak
seçilmiş ve noktalar arasındaki jeopotansiyel sayı farkları geometrik nivelman ve gravite
ölçülerinden hesaplanmıştır. Düşey kontrol ağında nokta sayısı (bilinmeyen sayısı) çok fazla
olduğu için ağın topluca dengelenmesi yerine aynı sonuçların elde edilmesini sağlayan iki
aşamalı bir hesaplama modeli uygulanmıştır. İlk aşamada düğüm noktaları (I ve II nci derece
geçkilerin kesişim noktaları) ve aralarındaki geçkilerden oluşan düşey kontrol ağı
dengelenmiştir. i ve j düğüm noktaları arasındaki ∆Cij jeopotansiyel sayı farkı (2.4) eşitliği ile
ölçü ağırlıkları ise,
200
Pi = 2
t Si
(3.1)
ile hesaplanmıştır /7,13/. Burada t, 1 km. lik nivelmanda bulunan yükseklik farkının standart
sapması, Si nivelman geçkisinin uzunluğudur (km). Nivelman ölçülerinde gidiş-dönüş
ölçülerindeki kapanma hatası için w = ( 2.828 t S km ) mm eşitliği geçerlidir /15/. Türkiye'de
I nci ve II nci derece geçkilerde gidiş-dönüş ölçüleri arasındaki ölçüt sırasıyla 4√S mm ve 8√S
mm alındığından verilen formülden I nci derece geçkiler için t=1.414, II nci derece geçkiler
için t=2.828 olmaktadır. Bu değerlerin (3.1) eşitliğinde yerine konmasıyla I ve II nci derece
geçkiler için ağırlıklar belirlenmiştir.
Düğüm noktalarının C jeopotansiyel sayıları bilinmeyen, düğüm noktalarını birleştiren
geçkiler boyunca ∆C jeopotansiyel sayı farkları ölçü alınarak en küçük kareler yöntemine
gore /13/ dengeleme ile düğüm noktalarının jeopotansiyel sayı ve duyarlığı hesaplanmıştır.
Ağın düşey datumu Antalya mareograf istasyonunda 1936-1971 yıllarındaki anlık deniz
seviyesi ölçülerinin doğrudan aritmetik ortalaması ile belirlenmiştir. Anlık deniz seviyesi
ölçüleri uygun yöntemlerle sistematik etkilerden arındırılmadığı ve ortalama deniz seviyesi ile
jeoid arasında deniz yüzeyi topografyası olarak adlandırılan fark bilinmediği için düşey
datumda sistematik bir kayıklık beklenmektedir. Ancak bu etki tüm noktalarda aynı miktarda
olduğundan, tüm nokta değerlerinde sabit bir değerin eklenmesini veya çıkarılmasını
gerektirmektedir.
Bu dengeleme tek noktaya dayalı (minumum zorlamalı) olarak yapıldığından aynı
zamanda uyuşumsuz ölçüleri ortaya çıkarmak için Data snooping /12,14,15/. uygulanmıştır.
Bu işlem sonunda doğu Karadeniz bölgesinde bulunan II nci derece bir geçki ölçüsü
uyuşumsuz bulunarak atılmış ve dengeleme tekrar edilmiştir.
İkinci aşamada ise düğüm noktalarının hesaplanan jeopotansiyel sayı ve duyarlıklarından
yararlanılarak geçkiler boyunca düşey kontrol noktalarının jeopotansiyel sayı ve duyarlıkları
hesaplanmıştır. i ve j düğüm noktalarının hesaplanan jeopotansiyel sayıları Ci ve Cj,
varyansları σ2i , σ2j, kovaryansı σij ve aralarındaki geçki uzunluğu Sij olmak üzere; i ve j
düğüm noktalarını birleştiren geçki üzerinde i noktasından başlayarak Sim mesafedeki bir m'
nci düşey kontrol noktasının Cm jeopotansiyel sayısı ve σ2m duyarlığı, q=Sim/Sij olmak
üzere,
m -1
C m = (1 - q)(Ci +
Σ
k =1
M -1
∆ Ck ) + q (C j -
Σ ∆ Ck )
(3.3)
k=m
2
σˆ 2m = (1 q) 2 σˆ i2 + 2q(1 q)σˆ ij + q 2 σˆ 2j + q(1 q)σˆ ∆Cij
(3.4)
ile hesaplanmıştır. Burada M, i ve j noktaları dahil geçkideki toplam nokta sayısı, σ2∆Cij i ve j
noktaları arasındaki jeopotansiyel sayı farkının varyansıdır /22/. Böylece düşey kontrol
noktalarının jeopotansiyel sayıları duyarlıkları ile birlikte hesaplanarak TUDKA-99'nin
oluşturulması tamamlanmıştır. Ayrıca noktaların tamamında (2.3) eşitlikleri kullanılarak
Helmert ortometrik yükseklik ve Molodensky normal yükseklikleri standart sapmaları ile
birlikte hesaplanmıştır.
Karadeniz ve Akdeniz ortalama deniz seviyeleri arasında bir karşılaştırma yapmak
amacıyla Samsun mareograf istasyonu yakınında bulunan R61 noktasının Samsun mareograf
istasyonunun 1961-1971 yılları deniz seviyesi ölçülerinin ortalaması ile tanımlanan ortalama
deniz seviyesine dayalı ortometrik yüksekliği hesaplanmış ve TUDKA-99 değeri ile birlikte
Tablo-1'de verilmektedir. Tablo-1'den Karadeniz ve Akdeniz ortalama deniz seviyeleri
arasında 40.6 cm büyüklüğünde sistematik bir fark olduğu anlaşılmaktadır.
Yükseklik sistemleri arasında karşılaştırma yapmak amacıyla ölçüsü yenilenen (1973'ten
sonra ölçülen) I ve II nci derece düğüm ve ara düğüm noktalarının hesaplanan Helmert
ortometrik yükseklikleri, Molodensky normal yükseklikleri ve halen mevcut normal
ortometrik yükseklikleri arasındaki farklar Tablo-2'de verilmiş, ayrıca Şekil 3, 4 ve 5'de grafik
olarak gösterilmiştir.
Tablo-1: R61 noktasının Karadeniz ve Akdeniz ortalama deniz seviyelerine
göre yüksekliği
Fark
Nokta Samsun Ortalama Deniz Akdeniz Ortalama Deniz
seviyesinden
seviyesinden(TUDKA-99)
(m)
(m)
(m)
R61
2.376 ± 0.08
+1.970
0.406
42
41
40
39
38
37
36
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Sekil 3 : Helmert ortometrik yükseklikler ile Molodensky normal yükseklikleri
arasindaki farklar (cm biriminde)
42.5
40
37.5
35
32.5
30
27.5
25
22.5
20
17.5
15
12.5
10
7.5
5
2.5
0
-2.5
-5
-7.5
-10
-12.5
-15
42
45
42.5
40
37.5
35
32.5
30
27.5
25
22.5
20
17.5
15
12.5
10
7.5
5
2.5
0
-2.5
-5
-7.5
-10
-12.5
-15
-17.5
-20
41
40
39
38
37
36
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Sekil 4: Helmert ortometrik yükseklikler ile Normal ortometrik yükseklikleri arasındaki
farklar (cm biriminde)
42
12.5
10
41
7.5
5
40
2.5
0
39
-2.5
-5
38
-7.5
-10
37
-12.5
-15
36
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
-17.5
Sekil 5 : Molodensky normal yükseklikler ile Normal ortometrik yükseklikleri
arasindaki farklar (cm biriminde)
Tablo 5: Ortometrik, Normal ve Normal ortometrik yükseklikler arasındaki farklar
Farklar
Min
Max
Ort.
Standart Sapma
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
Ortometrik - Normal
- 0.7
+38.0
+ 7.0
± 8.1
Ortometrik - Normal Ort.
- 14.0
+36.9
+ 9.5
± 8.4
Normal - Normal Ort.
-14.0
+11.6
+ 2.5
± 5.0
Tablo-5'ten normal yükseklikler ile normal ortometrik yükseklikler arasındaki farkların
ortalamasının 2.5 cm olduğu görülmektedir. Ayrıca sözü edilen iki yükseklik arasında Şekil5'te verilen fark haritası incelendiğinde farkların genel olarak küçük olmakla birlikte bazı
bölgelerde anomaliler gözlenmektedir. Benzer anomaliler ortometrik yükseklikler ile normal
ortometrik yükseklikler arasındaki farkların gösterildiği Şekil-4'de de göze çarpmaktadır.
Bunun mevcut yüksekliklerin hesaplanmasında izlenen yöntem nedeniyle oluşan ağ
distorsiyonundan kaynaklandığı değerlendirilmektedir.
Uluslararası Jeodezi Birliği (IAG)'nin Avrupa alt komisyonunca (EUREF); kuzey ve batı
Avrupa ülkeleri ile orta ve doğu Avrupa ülkelerince farklı iki düşey datum ve farklı yükseklik
sistemi (ortometrik, normal) benimsenerek oluşturulan iki düşey kontrol ağının, jeopotansiyel
sayılar kullanılarak tek bir düşey datumda birleştirilmesi gerçekleştirilmiş olup bu ağın
genişletilmesi çalışmaları sürdürülmektedir. Bu birleştirme sonucunda Avrupa ülkeleri için
jeopotansiyel sayı biriminde yükseklik düzeltmeleri hesaplanmıştır. Ancak, Avrupa alt
komisyonunca, Avrupa ülkelerinin uygulamada hangi yükseklik sistemini kullanması
yönünde herhangi bir önerisi bulunmamaktadır.
Düğüm ve ara noktalarında yapılan hesaplamalar sonunda; normal yükseklikler ile
ortometrik yükseklikler arasındaki farkların, ortometrik yükseklikler ile normal ortometrik
yükseklikler arasındaki farklara nazaran daha küçük değerler almaktadır. Ancak ortometrik
yükseklik ile normal yükseklik uygulama açısından birbirlerine göre belirgin üstünlükleri
bulunmamaktadır. Ortometrik yüksekliklerin olumsuz yanı, yer yoğunluğu ile ilgili bazı
varsayımlara dayanmasıdır. Normal yükseklikler ise kullanılan elipsoide bağlıdır. Ancak
seçilen normal gravite alanına bağlı olarak değişim çok küçük (1-2 cm) düzeyindedir. Bu
yükseklik sistemlerinin seçiminde etken olan faktör başlangıç yüzeylerinin (jeoid, quazijeoid) tanımlanması olarak ifade edilebilir. Türkiye’de yüksekliklerin başlangıç yüzeyi olarak
jeoid alındığından, uygulamada yükseklik sistemi olarak ortometrik yüksekliklerinin
kullanılması benimsenmiştir.
Ortometrik yüksekliklerin uygulamaya geçirilmesi açısından bu yükseklik sistemi ile
halen kullanımda olan normal ortometrik yükseklikleri arasındaki farkların analitik
fonksiyonlarla ifade edilmesi ve konuma bağlı olarak mevcut yüksekliklere getirilecek
düzeltme miktarlarının hesaplanması öngörülmüştür.
Bunun için öncelikle Helmert
ortometrik - Normal ortometrik yükseklik farklarının yükseklikle korelasyonu giderilmiş olup
elde edilen indirgenmiş farkların rms değeri ± 4.9 cm bulunmuştur. İndirgenmiş fark
değerlerinin konuma bağlı değişimlerinin belirlenebilmesi amacıyla, yüzey polinomu ve 4
parametreli trigonometrik yüzey polinomu modeli kullanılarak yapılan uygulamalar
sonucunda pratik uygulanması kolay kapalı bir fonksiyon elde edilememiştir. Bunun büyük
oranda mevcut yüksekliklerdeki olumsuzlardan kaynaklandığı, bunun yanısıra farkların
analitik fonksiyonlarla uygun şekilde temsil edilebilecek sistematik karakterde olmamaması
ve farklar içinde geometrik büyüklük olarak kabul edilebilecek yüksekliklerin haricinde,
gravite değişimi gibi fiziksel etkilerin de bulunduğu değerlendirilmektedir.
Bu nedenle mevcut yüksekliklere getirilecek düzeltmelerin Şekil-4 ve 5'te verilen fark
haritaları yardımıyla hesaplanabileceği gibi, daha hassas hesaplamalar için düğüm ve
aradüğüm noktalarındaki fark değerleri 15'x15' grid aralıklı olarak hesaplanmıştır.
4.
İZMİT
VE
DÜZCE
GÜNCELLENMESİ
DEPREMLERİ
SONRASINDA
TUDKA-99’UN
17 Ağustos 1999 İzmit depremi hemen sonrasında, Kasım 1999 ayında TUDKA-99 nokta
yüksekliklerinde meydana gelen düşey deformasyonları belirlemek amacıyla HersekKaramürsel-Gölcük-İzmit-Adapazarı-Arifiye-Doğançay arasında yaklaşık 110 km nivelman
yenileme ölçüsü yapılmıştır (Şekil-6). Deprem öncesi ve deprem sonrası geometrik nivelman
ölçüleri, en batı uçta Hersek bölgesinde yer alan 5-DN-38 noktasına göre karşılaştırılmış ve
+8 cm ile –52 cm arasında düşey yer değiştirmeler saptanmıştır (Şekil-7) /4/. Söz konusu
bölgelerde belirlenen düşey deformasyonun büyüklüğü ve daha sonra meydana gelen Düzce
depreminin de etkisiyle oluşan düşey deformasyon göz önüne alındığında, depremlerin
oluşturduğu düşey deformasyonun çok geniş alana yayıldığı ve daha geniş bir bölgede
nivelman yenileme ölçülerinin gerektiği ortaya çıkmıştır. Bu nedenle, Mayıs-Eylül 2000
aylarında, Bursa-İstanbul-İzmit-Adapazarı-Zonguldak-Düzce-Bolu bölgelerini kapsayan
alanda toplam 1300 km uzunluğunda Şekil-8’de gösterilen 14 adet I ve II nci derece TUDKA
geçki ölçüsü yenilenmiş, geometrik nivelman ölçüleri ile birlikte düşey kontrol noktalarında
gravite de ölçülmüştür. Bu ölçüler esnasında yol yapımı nedeniyle ölçülemeyen BursaYenişehir arasındaki geçki ölçüsü ( ~30 km) 2002 yılında gerçekleştirilmiştir. Sözü edilen
geçki ölçüsü dengelemeye dahil edilerek /4/’ de verilen sonuçlar geliştirilmiştir.
Geometrik nivelman ölçüleri, gravite ölçüleri ile birleştirilerek düşey kontrol noktaları
arasındaki jepotansiyel sayı farkları hesaplanmış, jeopotansiyel sayı farkları ile oluşturulan
nivelman ağı, DUG-18 (Bursa) düğüm noktalasının TUDKA-99 jeopotansiyel sayısı hatasız
alınarak tek noktaya dayalı (minumum zorlamalı) olarak dengelenmiş ve uyuşumsuz ölçü
olmadığı belirlenmiştir. Bu dengeleme sonucunda tüm noktaların jeopotansiyel sayıları ile
birlikte Helmert ortometrik yükseklikleri hesaplanmış, nokta yükseklikleri standart sapmaları
hatasız alınan noktalardan itibaren artmak üzere 0-2.7 cm arasında bulunmuştur. Bu
dengelemeye Kasım 1999’da ölçülen 110 km lik bölüm dahil edilmemiştir.
Nivelman Geçkisi
Fay Hattı
Şekil-6: Kasım 1999’da ölçüsü tekrarlanan nivelman geçkileri.
İzmit ve Düzce depremlerinde oluşan düşey yer değiştirmeleri (ko-sismik atılım)
belirlemek amacıyla, TUDKA-99 ve ölçüsü yenilenen geçkilere ait ortak 623 noktanın
deprem öncesi ve sonrası ortometrik yükseklik farkları hesaplanarak karşılaştırılmıştır.
TUDKA-99 ölçüleri 1974, 1977, 1980 ve 1987 olmak üzere dört farklı zamanda
gerçekleştirilmiş olup, küçük olduğu öngörülen deprem öncesi düşey inter-sismik hız alanı
yüksek doğrulukta bilinmediğinden, ortometrik yüksekliklerin karşılaştırmasında göz ardı
edilmiştir. Buna göre bölgede –54.4 ile + 27.3 cm arasında değişen toplam 82 cm civarında
düşey yer değiştirme meydana gelmiştir. Depremlerden kaynaklanan düşey deformasyonun
vektörel gösterimi Şekil-9’da verilmektedir. İzmit ve Düzce Depremleri sonrasında, Kuzey
Anadolu Fayının batı kesiminde; Gölcük bölgesinde +20 cm, bu bölgenin hemen doğusunda,
İzmit körfezinin başladığı bölgede ve fayın kuzeyinde -20 cm büyüklüğünde düşey
deformasyon gözlenmektedir. Adapazarı civarında -32 cm, Adapazarı ile Hendek arasında
kalan bölgede fay hattı üzerinde -40 cm’ ye varan deformasyon bulunmuştur.
Fay hattı üzerindeki en belirgin düşey deformasyon, Düzce’nin güneybatısında Melen
Gölü civarında ölçülmüş olup -54 cm’ ye ulaşmaktadır. Genel anlamda, fay hattı boyunca
fayın kuzeyinde çökme şeklinde ve fay hattının yaklaşık 30 km kuzey ve güneyini içine alan
koridorda düşey yönlü hareket olduğu, bu bölge dışına çıkıldığında ise, fay hattından
uzaklaştıkça düşey hareketlerin azaldığı ve yükselme şeklinde olduğu gözlenmektedir.
cm.
Karamursel
0
-10
Dogancay
Golcuk
-20
-30
ADAPAZARI
-40
KOCAELI
Arifiye
-50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
km.
Şekil-7 : Kasım 1999 ölçüleri ile TUDKA-99 ölçüleri arasındaki düşey deformasyon.
(Hersek bölgesindeki 5-DN-38 nolu nivelman noktasına göre hesaplanmıştır) /4/.
Fay Hattı
Niv. Hattı 2000)
Niv. Hattı (2002)
Şekil-8: 2000 ve 2002 yıllında ölçülen TUDKA-99 geçkileri.
Şekil-9: İzmit ve Düzce depremleriyle oluşan düşey deformasyon. Mavi renkli aşağı
yönlü vektörler çökme, kırmızı renkli yukarı yönlü oklar yükselmeyi göstermektedir.
5. SONUÇLAR
Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı (TUDKA-99) 1970-1993 yıllarında ölçülen 151 adet I
nci derece ve 41 adet II nci derece geçki ile 1970 yılından once ölçülen 7 adet I nci derece ve
44 adet II nci derece geçki olmak üzere toplam 29316 km uzunluğunda, 243 geçki ve 25680
noktadan oluşan ağın dengelenmesiyle oluşturulmuştur. Jeopotansiyel Sayılar ile yapılan
dengeleme sonrasında; düşey kontrol noktalarında datuma bağlı olan jeopotansiyel sayı
duyarlılıklarının ±0.3 cm; ±9 cm. arasında değiştiği belirlenmiştir. Datuma bağlı olmayan
noktalar arasındakı yükseklik farklarının dengeleme sonrası hesaplanan standart sapmalarının
I nci dereceler için 0.1-5.1 g.p.u* 10-2 , II nci dereceler için ise 2.8-6.1 g.p.u* 10-2 arasında
değiştiği bulunmuştur.
TUDKA-99 düşey datumu tanımında uygulanan yöntem nedeniyle, düşey datumun belirli
bir kayıklıkla belirlendiği ifade edilebilir. Düşey datumunun yeniden tanımlanması
durumunda, yeni düşey datuma göre yukarıda ifade edilen hesaplamaların yeniden
yapılamasına gerek bulunmadan, nokta yüksekliklerine sabit bir düzeltme miktarı
getirilecektir.
Geometrik nivelman ölçülerine getirilmeyen ve önemli büyüklüklere ulaşabilen
refraksiyon düzeltmesinin hesaplanması için ölçü anındaki ısı gradyentinin (dh/dt)
ölçülmesine gerek duyulmaktadır. Ayrıca bu düzeltme değeri uygun hesaplama modelleri ile
de belirlenebilmektedir. Geometrik nivelman ölçülerine refraksiyondan kaynaklanan
düzeltmenin sözü edilen ikinci yöntem ile getirilmeleri amacıyla yapılan test çalışmaları
sonuçlandırılmıştır /8/. Bu düzeltmenin ölçülere getirilmesi için ölçü zamanı ve porte
okumalarının bilgisayar ortamına aktarılması gibi oldukça yoğun veri kaydı çalışması
gerekmektedir. Sözü edilen veriler bilgisayar ortamında olmadığından bu aşamada ölçülere
refraksiyon düzeltmesi getirilmesi olanaklı olmamıştır.
Türkiye'de mevcut Yatay kontrol (Nirengi) nokta yükseklikleri halen kullanımda olan
normal ortometrik yükseklik sistemine dayalı olarak belirlenmiştir. Ortometrik yükseklik
sisteminin halen kullanımda olan yükseklik sisteminden farklı olması nedeniyle bunun
uygulamaya geçirilmesi için diğer bir ifadeyle mevcut yüksekliklerin yeni sisteme dönüşümü
için hazırlanan fark haritalarından yararlanılabileceği gibi daha hassas çalışmalarda 15'x15'
grid köşelerinde verilen değerler kullanılabilir.
Türkiye farklı tektonik plakaları içeren oldukça aktif bir bölgede yer aldığından, tektonik
plaka hareketleri nedeniyle TUDKA nokta yüksekliklerinde değişiklikler (inter-sismik)
meydana geldiği değerlendirilmekte olup TUDKA'nın kinematik bir yapıya kavuşturulması
gereği bulunmaktadır. Bu amaçla Avrupa Birleşik Nivelman Ağı (UELN)’nın kinematik bir
ağa dönüştürülmesinde uygulanması düşünülen yöntemler /18,19/. TUDKA içinde
uygulanmalıdır. Bununla birlikte, ikinci faz geometrik nivelman ölçülerinin başlatıldığı 1973
sonrasında meydana gelen ve düşey yönde hareket (ko-sismik ve post-sismik) oluşturan
depremlerin incelenerek, bu depremlerin etkilediği bölgelerdeki ölçülerin, daha sonra da
ihtiyaç duyulan diğer bölgelerdeki ölçülerin yenilenmesinin, TUDKA'nın yaşatılması
açısından bir gereklilik olduğu ve büyük önem taşıdığı değerlendirilmektedir.
KAYNAKLAR
/1/
Ayhan, M.E, Alp, O.
/2/
Ayhan, M.E., Demir,
C.
Ayhan, M.E., Demir, C
/3/
/4/
: Serbest Hava Anomali Kestrim Yöntemleri ve
Yöntemlerin Karşılaştırılması. Harita Dergisi, Sayı 101,
1988.
: Türkiye Ulusal Düşey Kontrol (Nivelman) Ağı-1992
(TUDKA-92). Harita Dergisi, Sayı 109. (1992)
: Türkiye Ulusal Düşey Kontrol (Nivelman) Ağı-1992
(TUDKA-92)’nin Tanıtımı ve İyileştirilmesi. TUJJB
Genel Kurulu, (1995)
: Türkiye Ulusal Temel GPS Ağı-1999A (TUTGA-99A),
Harita Dergisi Özel Sayı, No.16, Ankara, Mayıs, 2002.
Ayhan, M.E., C. Demir
, O.Lenk, A. Kılıçoğlu,
B.Aktuğ, M.Açıkgöz,
O.Fırat, Y.S.Şengün,
A.Cingöz,
M.A.
Gürdal,
A.İ.Kurt,
M.Ocak A.Türkezer,
H. Yıldız, N. Bayazıt,
M. Ata, Y. Çağlar,
A.Özerkan
/5/ Demir, C.
: Türkiye Ulusal Düşey Kontrol (Nivelman) Ağı-1999
(TUDKA-99). Harita Genel Komutanlığı, Jeodezi
Dairesi Başkanlığı, Teknik Rapor No:Jeofniv-02-1999.
/6/ Balazs, E.T., Young, : Corrections Applied by the National Geodetic Survey to
G.M.
Precise Leveling Observations, NOAA Technical
Memorandum NOS NGS 34, 1982
/7/ Ehrnsperger, W., Kok, : Status and Provisional Results of the 1981 Adjustment
J.J. , Mierlo V. J.
of the United European Levelling Network- UELN-73.
Proc:Int.Sym.on Geodetic Networks and Computations,
Munich, pp. 25-44,1981.
/8/ Gürdal, M.A
: Duyarlı Geometrik Nivelman Ölçülerinde Refraksiyon
Düzeltmesi. TUJJB Genel Kurulu, 1995.
/9/ Heiskanen,
W.,A., : Physical Geodesy, W.H. Freeman and Company, San
Moritz, H.
Francisco, 416 pp, 1967.
/10/ Holdahl, S.R.
: Time and Heights, The Canadian Surveyor, Vol. 28, No.
5, pp.709-715, 1974.
/11/ Holdahl, S.R.
: Height Systems for North America, Proc. First Int. Con.
on Redefinition of the North American Geodetic
Vertical Control Network.Correction of Levelling
Refraction. Bull. Geod. Vol. 55, No. 3, pp. 231-249,
1979.
/12/ Kavouras, M.
: On the Detection of Outliers and the Determination of
Reliability in Geodetic Networks, University of New
Brunswick, Frediction, N.B. Canada, Technical Report
No.87, 1982.
/13/ Kok, J.J., Ehrnsperger, : The 1979 Adjustment of the United European Levelling
W., Rietveld, H.
Network (UELN) and ist Analysis of Precision and
Reliability. Proc. Second Int. Sym. On Problems Related
to the Redefinition of North American Vertical Geodetic
Networks (NAD 1980), Ottowa, Canada, 1980.
/14/ Kok, J. J.
: Statistical Analysis of Determination Problems Using
Baarda’s Testing Procedures. Forthy yearts of Thought,
Vol. 2, pp. 469-488, 1982.
/15/ Kok, J. J.
: On Testing and Reliability in Levelling Networks. (In:
H.Pelzer, W Niemeier (Eds.), Precise Levelling,
Dümmler Verlag, Bonn), 1983.
/16/ Niemeier, W.
: Observation Techniques for Height Determination and
Their Relation to Usual Height System. (In: H.Pelzer,
W. Niemeier (Eds.), Precise Levelling, Dümmler Verlag,
Bonn, pp.85-108), 1986.
/17/ Rappleye, H.
: Manual of Levelling Computation and Adjustment.
Special Publication No. 240, U.S. Coast and Geodetic
Survey, 1948.
/18/ Remmer, O.
: The United European Levelling Network. Present State
and Future Plans (In: H. Pelzer, W Niemeier (Eds.),
Determination of Heights and Heights Changes,
Dümmler Verlag, Bonn,pp.3-5), 1986.
/19/ Sacher,M.,
J.Ihde, : Preliminary Results of Test Computations as a First Step
to a Kinematic Height Network. Report on the
H.Schoch, D.Gırrulat,
Synposium of the IAG Subcommission for Europe
R.Molendıjk,
K.Schmidt
(EUREF) held in Tromso, 22-24 june, 2000
/20/ Torge, W.
: Geodesy, Walter de Gruyter, Berlin, Newyork, 1980.
/21/ Vanicek, P., Castle, D. : Geodetic Levelling and Its Application. Reviews of
R., Balasz, E. I.
Geophysics and Space Physics, Vol. 18, No. 2, pp. 500524, 1980.
/22/ Vanicek,
P., : Geodesy: The Concept. North-Holland Publishing
Krakwisky, E. J.
Company, Amsterdam, Newyork, 1982.
/23/ Vanicek, P.
: Vertical Datum and NAVD88. Surveying and Land
Information System. Vol. 51, No.2, pp 83-86, 1991.