Creating erosion risk map and determining sediment delivery ratio of the Trabzon-Değirmendere- Çatak subwatershed

Abstract

Soil erosion is a worldwide environmental problem that threatens the sustainability of natural resources, social and economic development, and terrestrial and aquatic ecosystems. In our country, the amount of erosion has increased with the increase of people’s pressure on natural resources and has caused negative effects on the ecosystem. In order to take measures to reduce this effect, it is necessary to determine the amount of soil loss in a watershed. The study area was chosen as the Değirmendere Çatak subwatershed, which is located within the borders of Trabzon province in the Eastern Black Sea Region of Turkey. In the study, Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) and Geographic Information Systems (GIS) were used to calculate the amount of soil erosion. As a result of the study, the mean values of rainfall erosivity (R), soil erodibility (K), land slope and length (LS), and crop and management (C) were determined as 324.65 MJ ha-1 mm hour-1 year-1, 0.029 t ha hour ha-1 MJ-1 mm-1, 11.23 and 0.038, respectively. According to these data, the annual mean soil loss in the Çatak subwatershed was 3.28 tons/ha/year, the sediment delivery ratio (SDR) was 0.44, and the sediment yield was 1.46 tons/ha/year. The data obtained as a result of the study will constitute a base for soil and water conservation planning in erosion control studies and guide the practitioners.

Keywords

• Watershed Management
• RUSLE
• Sedimend Delivery Ratio
• Soil Erosion

Project Number

KAROK2021

Trabzon Değirmendere Çatak alt havzasının erozyon risk haritasının oluşturulması ve sediment iletim oranının belirlenmesi

Abstract

Toprak erozyonu doğal kaynakların sürdürebilirliğini, sosyal ve ekonomik gelişmeyi ve karasal ile sucul ekosistemleri tehdit eden dünya çapında çevresel bir sorundur. Ülkemizde insanların doğal kaynaklar üzerine baskısının artmasıyla erozyon miktarı artmış ve yaşamsal ekosistem üzerinde olumsuz etkilere neden olmuştur. Meydana gelen bu etkileri azaltmaya yönelik önlemler alınabilmesi için bir havzada toprak kaybı miktarının belirlenmesi gerekmektedir. Çalışma alanı, Türkiye’nin Doğu Karadeniz Bölgesi’nde Trabzon ili sınırları içerisinde yer alan Değirmendere Çatak alt havzası seçilmiştir. Çalışmada toprak erozyonu miktarının hesaplanmasında Evrensel Toprak Kaybı Denklemi (Revised Universal Soil Loss Equation -RUSLE) ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, ortalama yağış erosivite (R), toprak erodibilite (K), arazi eğimi ve uzunluğu (LS) ve bitki örtüsü yönetimi (C) değişken değerleri sırasıyla 324.65 MJ ha-1 mm saat-1 yıl-1, 0,029 t ha saat ha-1 MJ-1 mm-1, 11,23 ve 0,038 olarak belirlenmiştir. Bu verilere göre, Çatak alt havzasında yıllık ortalama toprak kaybı 3,28 ton/ha/yıl, sediment iletim oranı (SİO) 0,44 ve sediment verimi 1,46 ton/ha/yıl olarak bulunmuştur. Çalışma sonucunda elde edilen veriler erozyon kontrol çalışmalarında toprak ve su koruma planlamaları için altlık teşkil edecek ve uygulayıcılara yol gösterici niteliktedir.

Keywords

• Havza Amenajmanı
• RUSLE
• Sediment İletim Oranı
• Toprak Erozyonu

Supporting Institution

Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi-KAROK2021

Project Number

KAROK2021

References

1. Ahmadi, H., 1999. Applied Geomorphology, Volume I: Water Erosion, Tehran University Publications, Iran.
2. Arnoldus, J.M.J., 1977. Methodology used to determine the maximum potential average annual soil loss due to sheet and rill erosion in Morocco. Food. Agric. Org., Soils Bulletin 34:39-51.
3. Balcı, A.N., 1996. Toprak Koruma. İstanbul Üniversitesi Yayınları No:3947, Orman Fakültesi Yayın No:439. İstanbul.
4. Boyce, R.C. 1975. Sediment routing with sediment delivery ratios. Present and Prospective Technology for ARS. USDA (usda.gov), Washington, D.C.
5. Chougule V.A., Sapkale J.B., Pawar-Patil V.S., 2021. RUSLE and SDR model for erosional risk assessment and sediment yield estimation of Achara basin, western coast, India. Disaster Advances 14(7):19-31. CORINE, 2021. Europen Environment Agency. https://land.copernicus.eu/pan-european/corine-land-cover/lcc-2012-2018?tab=download.
6. Cüberal, İ., Ekinci, D., 2006. Kızılkeçili deresi havzasında CBS tabanlı RUSLE (3d) yöntemiyle erozyon analizi. Türk Coğrafya Dergisi 47: 115-130.
7. ÇEM, 2021. Çölleşme ve Erozyon İle Mücadele Genel Müdürlüğü.https://www.tarimorman.gov.tr/CEM/Menu/32/Erozyon-Kontrolu. 10.07.2021.
8. Çepel, N. 1996. Toprak erozyonu, ülkemiz boyutları ve orman-erozyon ilişkisi. TEMA Vakfı 8. Erozyon eğitim kursu notları, Adana, 1-15.

9. Ding, J., Jiang, Y., Fu, L., Liu, Q., Peng, Q., Kang, M.2015. Impacts of Land Use on Surface Water Quality in a Subtropical River Basin: A Case Study of the Dongjiang River Basin, Southeastern China. Water, 7: 4427-4445. DOI:10.3390/w7084427.
10. Doğan, O. 1982. Ankara koşullarında üniversal denklem faktörleri (ara rapor). Merkez Topraksu Araştırma Enstitüsü Yayınları, Genel Yayın No: 82, Rapor Yayın No: 25, Ankara.
11. Erdem, M., Türkmen, F., 2020. Çırçıp deresi havzasında RUSLE modeli ile erozyon riskinin değerlendirilmesi, Turnasuyu-Ordu. Akademik Ziraat Dergisi 9(1): 129-136.
12. Erinç S., 1984. Klimatoloji ve Metodları, İst Üniv. Yay. No: 3278, Deniz Bilimleri ve Coğ. Enst Yay. No:2, İstanbul
13. Fathizad, H., Karimi, H., Alibakhshi, S.M., 2014. The estimation of erosion and sediment by using the RUSLE model and RS and GIS techniques (Case study: Arid and semi-arid regions of Doviraj, Ilam province, Iran). International Journal of Agriculture and Crop Sciences 7(6): 304-314.
14. Foster, G.R., McCool, D. K., Renard, K. G., Moldenhauer, W.C., 1981. Conversion of the universal soil loss equation to SI metric units. Journal of Soil and Water Conservation 36(6):355-359.
15. Ganasri, B.P., Ramesh, H., 2015. Assessment of soil erosion by RUSLE model using remote sensing and GIS-A case study of Nethravathi Basin. Geoscience Frontiers 7: 953-961.
16. Hudson, N.W., 1981. Soil conservation, 2nd edn. Batsford, London.
17. Ibrahim, A.L., Yaakub, S.Y., Khan, N.L.M., Huey, T.T., 2012. Applıcatıon of geographıc informatıon system in soıl erosıon prediction. The 33rd Asian Conference on Remote Sensing. 26-30 November, Pattaya, Thailand.
18. Issaka, S., Ashraf M.A. 2017. Impact of soil erosion and degradation on water quality: a review. Taylor&Francis Group, Geology, Ecology and Landscapes. DOI: 10.1080/24749508.2017.1301053.
19. Kara, Ö., Çakıroğlu, K., Koralay. N., 2018. Foldere Yağış Havzasında Rusle Yöntemine Göre Toprak Erozyonunun Belirlenmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi 20, 3, 638-652.
20. Karamage, F., Shao, H., Chen, X., Ndayisaba, F., Nahayo, L., Kayiranga, a., Omifolaji, J.K., Liu, T., Zhang, C., 2016. Deforestation effects on soil erosion in the Lake Kiyu Basin, D.R. Congo-Rwanda. Forests 7(281):1-17.
21. Karagül, R. 1999. Trabzon-Sögütlüdere Havzasında Farklı Arazi Kullanım Sekilleri Altındaki Toprakların Bazı Özellikleri ve Erozyon Egilimlerinin Arastırılmasıü. Journal of Agriculture and Forestry-TUBITAK 23: 53-68.
22. Kılıç, O.M., Duman, E., Ersayın, K., 2018. Çekerek Havzas’nın USLE yöntemine dayalı erozyon modellemesi.TÜCAUM 30. Yıl Uluslararası Coğrafya Sempozyumu. 3-6 Ekim, Ankara.
23. Koralay N., Kara O., Kezik U. 2018. Effects of run-of-the-river hydropower plants on the surface water quality in the Solakli stream watershed, Northeastern Turkey, Water and Environment Journal 32:412-421. DOI: 10.1111/wej.12338.
24. Laflen, J.M., Foster, G.R. ve Onstad, C.A. 1985. Simulation of individual- storm soil loss for modeling the impact of soil erosion on crop productivity. Soil Erosion and Conservation, 285-295. Lee, S.E., Kang, S.H., 2013. Estimating the GIS-based soil loss and sediment delibery ratio to the sea for four major basins in South Korea. Water Science and Technology 68(1):124-133.
25. Lu, X.X., Song, J.M., Li, X.G., Yuan, H.M., Zhan, T.R., Li, N., Gao, X.L., 2005. Geochemical characteristics of nitrogen in the southern Yellow Sea surface sediments. J. Marine Syst. 56(1-2), 17-27. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmarsys.2004.06.009.
26. Moore, I. D., Burch, G. J., 1986. Physical basis of the length–slope factor in the Universal Soil Loss Equation. Soil Science Society of America Journal 50: 1294–1298.
27. Nijimbere, G., Lizana, C.R., 2019. Assessment of soil erosion of Burundi using remote sensing and GIS by RUSLE model. RUDN Journal of Ecology and Life Safety 27(1):17-28.
28. Özdemir, M.A., Tatar, S., 2016. CBS Tabanlı RUSLE Yöntemiyle Işıklı Gölü Havzasının Erozyon Risk Analizi. Harita Teknolojileri Elektrik Dergisi 8(1):1-21.
29. Rehman, O.U, Rashid, M., Kausar, R., Alvi, S., Hussain, R. 2015. Slope Gradient and Vegetation Cover Effects on the Runoff and Sediment Yield in Hillslope Agriculture. Turkish Journal of Agriculture- Food Science and Technology 3(6): 478-483.
30. Renard, K.G., Foster, G.R., Weesies, G., McCool, D., Yoder, D. 1997. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). US Government Printing Office Washington, DC.
31. Renard, K.G., Foster, G.R., Weesies, G.A., Porter, J.P. 1991. RUSLE: revised universal soil loss equation. Journal of Soil and Water Conservation 46: 30-33.
32. Sthiannopkao, S., Takizawa S., Wirojanagud W. 2006. Effects of soil erosion on water quality and water uses in the upper Phong watershed. Water Science & Technology, 53(2): 45-52.
33. Sthiannopkao, S.,Takizawa, S., Homewong, J., Wirojanagud, W. 2007. Soil erosion and its impacts on water treatment in the northeastern provinces of Thailand. Environment International 33: 706–711.
34. Tosic, R., Kapovic, M., Lovric, N., Dragicevici S., 2013. Assessment of soil erosion potential using RUSLE and GIS: A case study of Bosnia and Herzegovina. Fresenius Environmental Bulletin 22:3415-3421.
35. TRGM, 2021. Tarım ve Orman Bakanlığı Tarım Reformu Genel Müdürlüğü. https://www.tarimorman.gov.tr/TRGM
36. Tüfekçioğlu, M., Yavuz, M., 2016. Yusufeli mikro havzasında (Artvin) yüzey erozyonu toprak kaybının tahmin edilmesi ve erozyon risk haritasının oluşturulması. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 17(2):188-199.
37. Tüfekçioğlu, M., Yavuz, M., Vatandaşlar, C., Dinç, M., Duman, A., Tüfekçioğlu, A., 2018. Assessing and mapping erosion risk for Veliköy sub-watershed within Coruh River Basin in Turkey. Journal of Natural Hazards and Environment 4(2), 210-220. DOI: 10.21324/dacd.415081.
38. USDA, 1972. US Department of Agriculture (usda.gov). Sediment sources, yields, and delivery ratios. National Engineering Handbook, Section 3 Sedimentation.
39. Vanoni, V.A., 1975. Sedimentation Engineering, Manual and Report No. 54. American Society of Civil Engineers, New York, N.Y.
40. Vatandaşlar, C., Yavuz, M., 2017. Modelinh cover management factor of RUSLE using very high-resolution satellite imagery in semiarid watershed. Environmental Earth Sciences 76(65):1-21.
41. Welde, K., Gebremariam B. 2017. Effect of land use land cover dynamics on hydrological response of watershed: Case study of Tekeze Dam watershed, northern Ethiopia. International Soil and Water Conservation Research 5: 1–16.
42. Wischmeier, W.H., Smith, D.D. 1978. Predicting rainfall erosion losses-a guide to conservation planning. Predicting rainfall erosion losses-a guide to conservation planning.
43. Yılman, F.E., 2009. Eldivan Sarayköy-II Göleti (Çankırı) su toplama havzasında Rusle yöntemi ile toprak kayıplarının tahmin edilmesi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
44. Zisu, I, Nasui, D., 2015. Using universal soil loss equation for soil erosion assessment in agricultural land from Logoj Hills. Geographica Timisiensis 24(2):13-23.