İstanbul'da kentsel büyümenin senaryo tabanlı modellenmesi ve ekolojik açıdan değerlendirilmesi

Abstract

Yeryüzünün parçası olan arazi, canlıların hayatta kalmasının vazgeçilmez unsurudur ve farklı disiplinlerde çeşitli tanımlara sahiptir. Arazi, coğrafyacılar tarafından jeolojik ve jeomorfolojik sürecin bir ürünü olarak tanımlanırken, ekonomistler için ekonomik üretim amacı ile işlenen ve korunan bir kaynaktır. Hukukçular için arazi, dünyanın merkezinden gökyüzündeki sonsuzluğa kadar uzanan alanın hacmi ve bu hacim içerisinde çeşitli kullanım haklarının bulunduğu bir alandır. Birçok bilim adamı ise arazi kavramını, su ile çevrili alanlar da dâhil olmak üzere, dünyanın yüzeyini saran yaşam alanı ve mekânsal büyüklük olarak tanımlamaktadır. Bütün bu tanımlar bir arada düşünüldüğünde arazi, soluduğumuz havayı, içtiğimiz suyu, işlediğimiz toprağı ve üzerine inşa ettiğimiz yaşam mekânlarını yani, insanı saran çevreyi içeren bir bütündür. Arazi, dünya yüzeyinin bir parçasından oluşan, toprağın alt ve üst katmanındaki tüm çevresel faktörler ile insan üretimi ve yaşam aktivitesinin sonuçlarını içeren, karmaşık, doğal ve ekonomik bir sistemdir. Aynı zamanda, birbirleri ile rekabet halinde olan kullanımların yoğunluğundan gün geçtikçe daha çok etkilendiği bilinen, kıt bir doğal kaynaktır. Arazi örtüsü ve arazi kullanımı bir arada kullanılan iki tanımdır. Arazi örtüsü dünya yüzeyinin biyofiziksel özniteliğidir. Yani, yer yüzeyini örten bitki örtüsü ve insan yapımı yapıları ifade eder. Arazi kullanımı ise yaşam için gerekli ürün ve servisleri sağlayabilmek adına arazi üzerinde gerçekleştirilen faaliyetler olarak tanımlanmaktadır. Bir başka deyişle, arazi üzerindeki insan aktivitesidir ve sosyo-ekonomik, siyasal, kültürel etkenlere bağlı olarak, toplumun ihtiyaçları karşısında, zamanla değişen dinamik bir yapıdır. Tarım, orman alanları, otlak, su havzası, sazlık ve bataklık, buzul, yerleşim, yol gibi arazi kullanımlarının, biyo-çeşitlilik, toprak kalitesi ve verimliliği üzerinde doğrudan etkisi bulunmaktadır. Dünya yüzeyi, çeşitli ölçeklerde hızla değişim göstermektedir. Bu değişimler, zaman içerisinde sosyal, ekonomik, kültürel, politik, çevresel ve ekolojik süreçlerin yanı sıra, yönetimlerin aldığı kararlar doğrultusunda ve insan faaliyetleri sonucunda meydana gelir. Nedeni ne olursa olsun, arazi yüzeyinin değişimi, çevresel ve ekonomik anlamda derin etkiler yaratmaktadır. Bu değişimler, çevresel değişikliklerin en önemli itici gücü olarak dünya yüzeyinde kalıcı dönüşümlere yol açmakta ve ekolojik sistemler üzerinde büyük bir etki yaratmaktadır. Küresel ölçekte iklim değişikliği gibi sorunlar ortaya çıkarken, yerel ölçekte ekosistemlerin bozulması, doğal afet risklerinin artması ve sosyo-ekonomik yapının zarar görmesi gibi sorunlarla karşılaşılmaktadır. Yerel ve ulusal yönetimler başta olmak üzere, birçok disiplin, doğru planlama yapabilmek için arazi örtüsü ve kullanımı ile ilgili konumsal verilere ihtiyaç duymaktadır. Sürdürülebilir bir çevre sağlamak amacıyla, arazi kullanımı ve arazi örtüsünde meydana gelen değişimlerin dikkatlice izlenmesi ve analiz edilmesi hayati önem taşımaktadır. İstanbul gibi hızla değişen bir kentte, bu değişimlerin doğal kaynakları üzerindeki yıkıcı etkileri açıktır. Gelecek yıllarda bu tahribatın boyutları ve bunun doğal yaşam ile İstanbul'da yaşayanlar üzerindeki etkileri sadece yazılı ve sözlü olarak değil, aynı zamanda görsel olarak da belgelenmelidir. İstanbul'un kuzey ormanları, verimli tarım arazileri, içme suyu kaynakları, korunması gereken kıyı kumulları ve sit alanları gibi ekolojik açıdan kritik öneme sahip bölgeler bulunmaktadır. İstanbul kentinin büyümesi ve bu büyümeyi etkileyen gelişim dinamiklerinin belirlenmesi amacıyla, uydu görüntüleri kullanılarak zamansal ve mekânsal değerlendirmeler yapılmıştır. Uzaktan algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) teknikleri kullanılarak elde edilen yüksek mekânsal doğruluğa sahip veriler, hücresel otomat yöntemiyle modelleme çalışmalarında kullanılmıştır. Bu yöntem, kentleşme ve çevresel değişimlerin etkilerini incelemek ve gelecekteki değişim senaryolarını modellemek için güçlü bir araç sunmaktadır. Tez çalışması üç aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Birinci aşama, amaç ve hipotezin ortaya konması, araştırma sorularının belirlenmesi, kentsel büyüme modellerinin araştırılması, İstanbul'da planlama ve kentsel gelişim süreçlerinin incelenmesi ile literatür araştırması adımlarını içermektedir. İkinci aşamada, uzaktan algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri yöntemleri ile uydu görüntülerinden İstanbul'da arazi kullanımı/arazi örtüsünde meydana gelen değişimler tespit edilmiş, modele ilişkin, yola uzaklık, su havzalarına uzaklık haritaları, arazi kullanımı/arazi örtüsü haritalarından elde edilen yapay bölgelere uzaklık, tarımsal alanlara uzaklık, orman ve yarı doğal alanlara uzaklık haritalarının ve doğal yapıya ilişkin, eğim, bakı, yükseklik verileri hazırlanmıştır. Üçüncü aşama ise, modelleme aşamasıdır. Hücresel otomat modeli kullanılarak, korumacı senaryo ve gelişim senaryosu üzerinden İstanbul'da yapılaşmanın 2049 yılı için nasıl değişebileceği modellenmiştir. Tez çalışmasının ana materyali uydu görüntüleridir. Arazi kullanım/arazi örtüsü haritalarının elde edilmesinde 29.08.1989, 26.09.1999, 05.09.2009 tarihli Landsat 4,5 TM; 03.10.2019 tarihli Landsat 8 OLI; topoğrafik verilerin elde edilmesinde ise 2019 tarihli Aster GDEM uydu görüntüleri kullanılmıştır. Bu görüntülerin işlenmesi ve analizinde Erdas Imagine 2015; bilgi çıkarımı, değişim tespiti, haritaların elde edilmesi, Coğrafi Bilgi Sistemleri uygulamaları için eCognition Developer64, ArcGIS 10.5, QGIS, Idrisi Selva ve modelleme aşamasında Dinamica EGO yazılımları kullanılmıştır. Uydu görüntülerine geometrik ve atmosferik düzeltme, radyometrik normalizasyon ön işlemleri uygulanmış, uygun bant kombinasyonlarının belirlenmesinden sonra, her bir görüntü piksel tabanlı, ISODATA kümeleme yöntemiyle sınıflandırılmıştır. Sınıflandırma sonuçları incelendiğinde, su yapıları ve orman ve yarı doğal alanların diğer alanlara göre daha iyi ayrıştığı ancak, yapılaşmış bölgeler ve tarımsal alanların genellikle birbirine karıştığı tespit edilmiştir. Bu sınıflandırmada elde edilen doğruluk, çalışmanın ilerleyen aşamalarında kullanılmak için yeterli kabul edilmemiş ve görüntüler nesne tabanlı sınıflandırma yönemiyle tekrar sınıflandırılmıştır. Parametrik olmayan ve denetimli bir öğrenme algoritması olan k-En Yakın Komşu algoritması ile sınıflandırılmış verilerin doğruluklarının belirlenmesi için hata matrisleri kullanılmıştır. Hata matrisleri oluştururlurken, her bir arazi kullanım/arazi örtüsü haritası için 500 adet rastgele doğruluk değerlendirme noktası kullanılmıştır. Akademik literatüre göre, %60 - %85 aralığındaki genel doğruluklar ve 0.60-0.80 aralığındaki Kappa değerleri orta dereceli uyum olarak değerlendirilirken, %85 ve üzeri genel doğruluk oranları ile 0.80 ve üzeri Kappa değerleri ise genellikle yüksek doğruluk olarak kabul edilmektedir. Yapılan çalışmada elde edilen gelen doğruluk 1989 yılı için 0.95, 1999 yılı için 0.91, 2009 yılı için 0.91 ve 2019 yılı için 0.90'dır. Kappa değerleri ise, 1989 yılı için 0.92, 1999 yılı için 0.86, 2009 yılı için 0.87, 2019 yılı için 0.85'tir. 1989-1999, 1999-2009 ve 2009-2019 yılları için arazi kullanım/arazi örtüsünde meydana gelen değişimlerin tespiti amacıyla, zaman serisi analizi, uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak, sınıflandırma sonrası değişim tespiti yapılmıştır. Çapraz tablolaştırma ile yüzde değişimleri ve fark oranları belirlenmiştir. Çalışmanın modelleme aşamasında hücresel otomat tabanlı Dinamica EGO modeli kullanılarak çalışma alanının arazi kullanımı/arazi örtüsü 2049 yılı için modellenmiştir. Yapay bölgelerin gelişimini sınırlandıran ve doğal alanları koruyan bir anlayışa tasarlanan korumacı senaryo ve kentsel genişlemeyi sınırlandırmadan, mevcut eğilimler devam ettiğinde çalışma alanında arazi kullanım ve arazi örtüsünün nasıl şekilleneceğini modellemek için tasarlanan gelişim senaryosu olmak üzere iki farklı senaryo ile modelleme çalışması gerçekleştirilmiştir. Model kalibrasyonu ve doğrulama için 2009 yılı bşlangıç yılı olan bir simülasyon gerçekleştirilerek 2019 yılına ilişkin bir model oluşturulmuş ve mevcut arazi kullanım/arazi örtüsü haritası ile karşılaştırılmıştır. Simülasyon doğruluğu, 1 x 1, 3 x 3, 5 x 5, 7 x 7, 9 x 9 ve 11 x 11 piksel boyutlarındaki pencereler yöntemi ile sabit azalma fonksiyonu kullanarak ve başlangıç haritası ile gözlemlenen harita arasındaki farklar ve başlangıç haritası ile simüle edilmiş harita arasındaki farklar hesaplanarak belirlenmiştir. Aynı senaryolar kullanılarak, 2019 yılı başlangıç yılı olarak alınmış ve belirlenen kriterler doğrultusunda 2049 yılına ilişkin tahmin modelleri elde edilmiştir. 2049 yılı simülasyonunda, 2019 yılı başlangıç yılı olmak üzere, çalışma alanı korumacı senaryo ve gelişim senaryosu ile modellenmiştir. Korumacı senaryo ile yapılan modelleme sonucunda, 2049 yılına ait arazi kullanım/arazi örtüsü haritası, yapay bölgeler 206.737 hektar, tarımsal alanlar 92.916 hektar, orman ve yarı doğal alanlar 243.413 hektar, su yapıları 65.866 hektar olarak hesaplanmıştır. Kentin, 1989 yılından 2019 yılına büyüme eğilimleri, topoğrafik yapı, uzaklık ve nüfus kriterleri ile koruma hedefleri doğrultusunda bile 2049 yılında yapay bölgelerin yaklaşık 21 hektar artacağı, tarımsal alanların 16 hektar, orman ve yarı doğal alanların yaklaşık 5 hektar azalacağı görülmektedir. Gelişim senaryosu ile gerçekleştirilen 2049 yılına ilişkin arazi kullanım/arazi örtüsü modeli incelendiğinde, yapay bölgelerin yaklaşık 65 bin hektar artarak, 249.261 hektara ulaşabileceği, tarım alanlarının yaklaşık 25 bin hektar azalarak 74.737 hektar olabileceği, orman ve yarı doğal alanların 220.448 hektara düşebileceği öngörülmektedir. Yapay bölgelerde öngörülen artış miktarı dikkat çekicidir. Yapılan literatür araştırmasına göre, Dinamica EGO modelinin İstanbul'da ve Türkiye'de ilk defa bu ölçekte bir alan için ve ilk defa bir doktora tezinde kullanılması çalışmanın özgün yönüdür. Farklı senaryolar ile ortaya konulan arazi kullanım/arazi örtüsü tahmin modellerinin İstanbul kentinin geleceğine ışık tutması planlanmaktadır.