Assesment of soil erosion risk using the ICONA model: Meşeli (Çubuk/Ankara) Watershed

Abstract

Soil erosion is one of the most important land degradation problems in regions with a semi-arid climate. The most important step in the planning to be carried out for soil and water conservation are to determine the degree of erosion and the spatial distribution of the areas. For this reason, it is aimed to determine the erosion-sensitive areas in the Meşeli Watershed, which is located within the borders of the Çubuk district of Ankara Province in the Central Anatolia region, by using the ICONA erosion risk model. For this purpose, slope, geology, land use (stand map and CORINE), and land cover (NDVI) layers were used for the selected model. According to the analysis results, 7.0% of the watershed consist is in very low, 18.9% low, 39.3% medium, 21.4% high and 13.5% very high potential erosion risk classes. Forests with low cover, in the areas where the slope is high, in the north of the watershed form high and very highly erosion-sensitive areas. In addition, low land cover in dry farming and pasture areas increases the sensitivity of the watershed in terms of erosion risk. As a result, erosion risky areas should be determined in advance in order to make effective land management and planning for soil and water conservation.

Keywords

• ICONA
• soil erosion
• GIS
• Central Anatolia.

ICONA modeli kullanarak toprak erozyon riskinin değerlendirilmesi: Meşeli (Çubuk/Ankara) Havzası Örneği

Abstract

Yarı kurak ve kurak iklimlerin hakim olduğu bölgelerde en önemli arazi tahribatının başında toprak erozyonu gelmektedir. Toprak ve su koruma amacıyla gerçekleştirilecek planlamalarda en önemli aşama erozyon derecesi ve alanlarının mekânsal dağılımının belirlenmesidir. Bu sebeple İç Anadolu’da Ankara ilinin Çubuk ilçesi sınırlarında yer alan Meşeli Havzasında ICONA erozyon risk modeli kullanılarak erozyona duyarlı alanların belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla seçilen modelde eğim, jeoloji, arazi kullanımı ve arazi örtüsü katmanları kullanılmıştır. Analiz sonuçlarına göre; havzanın %7,0’si çok düşük, %18,9’u düşük, %39,3’u orta, %21,4’ü yüksek ve %13,5’i çok yüksek derecede erozyona duyarlı alanlardan meydana gelmektedir. Havzanın kuzeyinde eğimin yüksek olduğu alanlardaki örtü kapalılığı düşük ormanlar, yüksek ve çok yüksek derecede erozyona duyarlı alanları oluşturmaktadır. Ayrıca kuru tarım ve mera alanlarında da örtü kapalılığının düşük olması havzanın erozyon risk bakımından hassasiyetini arttırmaktadır. Sonuç olarak, toprak ve su koruma amacıyla arazi yönetimi ve planlanmanın etkin yapılabilmesi için erozyon riskli alanların önceden belirlenmelidir.

Keywords

• toprak erozyonu
• CBS
• İç Anadolu
• ICONA

References

1. Anonim, 1974. Kızılırmak Havzası Toprakları. Köy İşleri ve Koop. Bakanl. Yayınları, Topraksu Genel Müdürlüğü, V. Daire Başkanlığı Toprak Etütleri Fen Heyeti Müdürlüğü 31.
2. Aytaş, İ., 2017. Çankırı Kentsel Açık-Yeşil Alan Sisteminin Belirlenmesi. Çankırı Karatekin Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü.
3. Bai, L., Wang, N., Jiao, J., Chen, Yixian, Tang, B., Wang, H., Chen, Yulan, Yan, X., Wang, Z., 2020. Soil erosion and sediment interception by check dams in a watershed for an extreme rainstorm on the Loess Plateau, China. Int. J. Sediment Res. 35, 408–416. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2020.03.005.
4. Bayramin, I., Dengiz, O., Başkan, O., Parlak, M., 2003. Soil erosion risk assessment with ICONA model; case study: Beypazari area. Turkish J. Agric. For. 27, 105–116. https://doi.org/10.3906/tar-0211-3.
5. Borrelli, P., Robinson, D.A., Fleischer, L.R., Lugato, E., Ballabio, C., Alewell, C., Meusburger, K., Modugno, S., Schütt, B., Ferro, V., Bagarello, V., Oost, K. Van, Montanarella, L., Panagos, P., 2017. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion. Nat. Commun. 8. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02142-7.
6. Carlson, T.N., Ripley, D.A., 1997. On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index. Remote Sens. Environ. 62, 241–252. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(97)00104-1.
7. Cheng, Y., Li, P., Xu, G., Wang, X., Li, Z., Cheng, S., Huang, M., 2021. Effects of dynamic factors of erosion on soil nitrogen and phosphorus loss under freeze-thaw conditions. Geoderma 390, 114972. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.114972.
8. Crowder, B.M., 1987. Economic Costs of Reservoir Sedimentation: a Regional Approach to Estimating Cropland Erosion Damage. J. Soil Water Conserv. 42, 194–197.

9. Dengiz, O., İmamoğlu, A., Saygın, F., Göl, C., Ediş, S., Doğan, A., 2014. İnebolu Havzası’nın ICONA Modeli ile Toprak Erozyon Risk Değerlendirmesi. Anadolu J. Agric. Sci. 29, 136. https://doi.org/10.7161/anajas.2014.29.2.136-142.
10. Dilek, E.F., Şahin, Ş., Yilmazer, I., 2008. Afforestation areas defined by GIS in Gölbaşi specially protected area Ankara/Turkey. Environ. Monit. Assess. 144, 251–259. https://doi.org/10.1007/s10661-007-9985-7.
11. Erpul, G., İnce, K., Demirhan, A., Küçümen, A., Akdağ, M.A., Demirtaş, İ., Sarıhan, B., Çetin, E., Şahin, S., 2020. Su Erozyonu İl İstatistikleri - Toprak Erozyonu Kontrol Stratejileri (Sürdürülebilir Arazi/Toprak Yönetimi Uygulama ve Yaklaşımları). Ankara.
12. Erpul, G., Şahin, S., İnce, K., Küçümen, A., Akdağ, M.A., Demirtaş, İ., Çetin, E., 2018. Türkiye Su Erozyonu Atlası. Ankara.
13. Gholzom, H.E., Ahmadi, H., Moeini, A., Motamed, V.B., 2020. Erosion risk assessment and identification of susceptibility lands using the ICONA model and RS and GIS techniques. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 1–18. https://doi.org/10.5194/nhess-2020-85.
14. ICONA, 1997. Guidelines for mapping and measurement of rainfall-induced erosion processes in the Mediterranean coastal areas, Priority Actions Programme, Priority Actions Programme Regional ActivityCentre Split, Crotia.
15. ICONA, 1991. Plan Nacional de Restauracion hidrologico-forestal para el Control de la Erosion. Ministrio de Agricultura, Pescay Alimentacion, Madrid.
16. Issaka, S., Ashraf, M.A., 2017. Impact of soil erosion and degradation on water quality: a review. Geol. Ecol. Landscapes 1, 1–11. https://doi.org/10.1080/24749508.2017.1301053.
17. Jie, C., Jing-zhang, C., Man-zhi, T., Zi-tong, G., 2002. Soil degradation: a global problem endangering sustainable development. J. Geogr. Sci. 12, 243–252. https://doi.org/10.1007/bf02837480.
18. Kanar, E., Dengiz, O., 2015. Madendere Havzasında Potansiyel Erozyon Risk Durumunun İki Farklı Parametrik Model Kullanarak Belirlenmesi ve Risk Haritalarının Oluşturulması. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Derg. 2, 123–134.
19. MAPA/ICONA, 1983. Paisajes erosivos en el sureste español: Ensayo de methodología para el estudio de su cualificación y cuantificación, proyecto, LUCDEME. Espana. https://doi.org/10.2307/j.ctv1g4rtxz.3.
20. Oldeman, L.R., 1998. Soil degradation as a threat to food security, Soil degradation: a threat to food security. Wageningen. https://doi.org/10.1201/9781420032215.ch6.
21. Panagos, P., Borrelli, P., Poesen, J., Ballabio, C., Lugato, E., Meusburger, K., Montanarella, L., Alewell, C., 2015. The new assessment of soil loss by water erosion in Europe. Environ. Sci. Policy 54, 438–447. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2015.08.012.
22. Reis, M., Dutal, H., Bolat, N., Savacı, G., 2017. Soil Erosion Risk Assessment Using GIS and ICONA: A Case Study in Kahramanmaras, Turkey Mahmut. J. Agric. Fac. Gaziosmanpasa Univ. 34, 64–75. https://doi.org/10.13002/jafag4208.
23. Şahin, Ş., Kurum, E., 2002. Erosion risk analysis by GIS in environmental impact assessments: a case study—Seyhan Köprü Dam construction. J. Environ. Manage. 66, 239–247. https://doi.org/10.1006/jema.2002.0574.
24. Şahin, Ş., Uzun, O., Perçin, H., Tarım, B., Tosun, P., Doğan, D., 2016. Malatya İli 1/50.000 Ölçekli Çevre Düzeni Planı Ve 1/25.000 Ölçekli Nazım İmar Planı Peyzaj Koruma ve Gelişim Planı. Ankara.
25. Saygın, S.D., Ozcan, A.U., Basaran, M., Timur, O.B., Dolarslan, M., Yılman, F.E., Erpul, G., 2014. The combined RUSLE/SDR approach integrated with GIS and geostatistics to estimate annual sediment flux rates in the semi-arid catchment, Turkey. Environ. Earth Sci. 71, 1605–1618. https://doi.org/10.1007/s12665-013-2565-y.
26. Şengüler, İ., 2007. Orta-Şabanözü (Çankırı) Yöresinin Jeolojisi ve Kömür Potansiyeli. Jeol. Mühendisliği Derg. 31, 15–24.
27. Siakeu, J., Oguchi, T., 2000. Soil erosion analysis and modelling: A review. Trans. Japanese Geomorphol. Union 21, 413–429.
28. Terzi, F., Tezer, A., Turkay, Z., Uzun, O., Köylü, P., Karacor, E., Okay, N., Kaya, M., 2020. An ecosystem services-based approach for decision-making in urban planning. J. Environ. Plan. Manag. 63, 433–452. https://doi.org/10.1080/09640568.2019.1591355.
29. Tombuş, F.E., Yüksel, M., Coşar, M., Ozulu, İ.M., 2012. Researching The Effects of Temporal NDVI in ICONA Erosion Risk, in: IV. Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu. Zonguldak.
30. Uzun, O., Gültekin, P., 2011. Process analysis in landscape planning, the example of Sakarya/Kocaali, Turkey. Sci. Res. Essays 6, 313–331. https://doi.org/10.5897/SRE10.716.
31. Uzun, O., İlke, E.F., Çetinkaya, G., Erduran, F., Açıksöz, S., 2012. Peyzaj Planlama Konya İli Bozkır-Seydişehir-Ahırlı-Yalıhüyük İlçeleri ve Suğla Gölü Mevkii Peyzaj Yönetimi Koruma ve Planlama Projesi. Ankara.
32. Vanacker, V., Govers, G., Barros, S., Poesen, J., Deckers, J., 2003. The effect of short-term socio-economic and demographic change on landuse dynamics and its corresponding geomorphic response with relation to water erosion in a tropical mountainous catchment, Ecuador. Landsc. Ecol. 18, 1–15. https://doi.org/10.1023/A:1022902914221 Verstappen, H.T., 1983. Applied Geomorphology. Geomorphological Survey for Environmental Development. The Netherlands. https://doi.org/10.1016/0037-0738(85)90066-1.
33. Yılmaz, E., Çiçek, İ., 2016. Thornthwaite climate classification of Turkey J. Hum. Sci. 13, 3973. https://doi.org/10.14687/jhs.v13i3.3994.