Determination of Soil Loss Based on the TanDEM-X12m. Digital Elevation Model

Öz

Soil is one of the most important natural resources in the world. Determination of soil degradation has been widely attempted all over the world in the last 50 years. This study provides a perspective of comparing the digital elevation model (DEM) in terms of the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) model, which calculates soil loss in Mountain Karadağ - Akçay Basin. RUSLE comprises the topographic (LS), climatic (R), vegetation (C), soil (K), and support practice (P) parameters. To evaluate soil loss in the Akçay Basin, TanDEM-X12m. DEM was used and compared with ALOS12.5m and SRTM30m. DEM. Distribution of soil loss has a positive correlation with slope degree (R2 = 0.62) and rainfall and runoff factor (R). As the elevation increases in the short range (15 km) from south to north in Akçay Basin, the rainfall and runoff increase together with elevation. The tributaries of the trunk river (Akçay) were characterized by a narrow and incised V-shaped valley, and this gave rise to increase in the LS factor in the short range. This phenomenon shows that the LS factor is one of the most important factors with regard to triggering factors. According to the TanDEM-X12m-based DEM, the mean annual soil loss is 28 ton ha−1 ya−1 from the basin.

Anahtar Kelimeler

• Soil Loss
• Rusle
• TanDEM-X12m DEM

Proje Numarası

SYL-2019-33217.

TanDEM-X12m Sayısal Yükselti Verisine Dayalı Toprak Erozyonu Tespiti (Rusle)

Öz

Toprak dünya üzerinde en önemli doğal kaynaklardan biridir. Son elli yıl içerisinde toprağın degradasyonunu belirleme adına dünya çapında yoğun bir çaba sarf edilmektedir. Bu çalışma da Karadağ’ın (Fethiye) güneyinde Akçay Havzası’nda RUSLE yöntemi ile toprak kaybını hesaplayan ve Sayısal Yükselti Modeli (SYM) verilerini yöntem kapsamında karşılaştıran bir bakış açısı ortaya koymaktadır. RUSLE yöntemi, topoğrafik (LS), iklimsel (R), bitki örtüsü (C), toprak erodobilite (K), toprak koruma yöntemleri (P) gibi parametreleri esas alarak çalışma Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yardımıyla alanda meydana gelen toprak kaybını tespit edebilmektedir. Akçay Havzası’nda toprak kaybını elde edebilmek adına, TanDEM-X12m SYM verisi kullanılmıştır, ALOS12.5m ve SRTM30m SYM verileri ile de karşılaştırılmıştır. Toprak kaybının alansal dağılımı, eğim dereceleri (r=0.62) ve R faktör ile pozitif bir ilişkiye sahiptir. Akçay Havzası’nda güneyden kuzeye kısa mesafede (15 km) yükselti arttıkça, yağış ve akış bununla beraber artmaktadır. Akçay Havzası dar ve derince yarılmış V şekilli vadilerle karakterize olmaktadır ve bu durum sonucunda, LS faktörün kısa mesafede artması, erozyonu hazırlayıcı en önemli faktör olduğunu göstermektedir. Yapılan bu çalışmayla beraber, TanDEM-X12m SYM verisinden üretilen sonuçlara göre çalışma alanında ortalama 28 ton ha-1 yıl-1 toprak kaybı meydana geldiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Toprak Kaybı
• Rusle
• TanDEM-X12m SYM

Destekleyen Kurum

İstanbul Üniversitesi, BAP birimi tarafından desteklenmiştir.

Proje Numarası

SYL-2019-33217.

Teşekkür

Bu çalışma, Farklı Veri Kaynakları Temelinde Akçay Havzası’nda Rusle (3d) Yönteminin Değerlendirilmesi adlı tez çalışmasının bir parçası olarak ortaya çıkmıştır ve İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafindan desteklenmiştir. Proje numarası: Syl-2019-33217. Aynı zamanda bu çalışmada TÜBİTAK ÇAYDAG 117Y391 nolu projesi kapsamında kurulan Söğütlüdere meteroloji istasyonu verilerinden faydalanılmıştır. Yazarlar meteoroloji verisi ve arazi çalışması konusundaki desteklerinden dolayı TÜBİTAK’a ve TanDEM-X (12m) verisi temininin gerçekleştirildiği kurum Alman Uzay Ajansı (DLR)’a katkılarından dolayı teşekkürü bir borç bilirler.

Kaynakça

1. Abız, B. (2014). Kahramanmaraş Halfali Deresi Yağiş Havzasinda Uzaktan Algilama Teknikleri Ve Rusle Yöntemi Kullanilarak Erozyon Risk Haritasinin Oluşturulmasi. (Yüksek Lisans Tezi). Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
2. Akay, S. S., Ozcan, O., & Sen, O. L. (2019). Modeling morphodynamic processes in a meandering river with unmanned aerial vehicle-based measurements. Journal of Applied Remote Sensing.
3. Angeli, L. (2004). Alutazione del rischio erosione applicazioni del modello RUSLE.Centro Ricerche Erosione Suolo. Centro Ricerche Erosione Suolo.
4. Ardel, A. Kurter, A., Dönmez, Y. (1969). Klimatoloji Tatbikatı. İstanbul: İÜ Yay. No: 1123. Bayrakdar, C., Çılğın, Z., & Sarış, F. (2017). Karadağ’da Pleyistosen Buzullaşmaları, Batı Toroslar, 3Türkiye. Türkiye Jeoloji Bülteni.
5. Bakker, M. G. (2008). The response of soil erosion and sediment export to land-use change infour areas of Europe: the importance of landscape pattern. Geomorphology.
6. Bayrakdar, C., Çılğın, Z., & Keserci, F. (2020). Traces of late quaternary glaciations and paleoclimatic interpretation of Mount Akdağ (Alanya, 2451 m), Southwest Turkey. Mediterranean Geoscience Reviews, 135–151.
7. Cürebal, İ., & Ekinci, D. (2006). Kızılkeçili Deresi Havzasında CBS Tabanlı Rusle (3d) Yöntemiyle Erozyon Analizi. Türk Coğrafya Dergisi.
8. ÇEM. (2018). DEMİS Türkiye Su Erozyonu İstatistikleri, Teknik Özet. Ankara: Çölleşme ve Erozyonla Mücadele Genel Müdürlüğü Yayınları.

9. CHEN, H., Oguchi, T., & WU, P. (2017). Assessment for soil loss by using a scheme of alterative sub-models based on the RUSLE in a Karst Basin of Southwest China. Journal of Integrative Agriculture, 16(2), 377–388. doi:10.1016/s2095-3119(16)61507-1
10. Danacıoğlu, Ş., & Tağıl, Ş. (2017). Bakırçay Havzasi’nda Rusle Modeli Kullanarak Erozyon Riskinin Değerlendirmesi. Balıkesir Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 1–18.
11. DLR. (2016). TanDEM-X ground segment DEM products specification document TD-GS-PS-0021 v.3.1. DLR.
12. Erdoğan, M. A., Esbah, H., & Berberoğlu, S. (2016). Erosion Risk Mapping Using Rusle With Gis: Case Study Of Büyük Menderes River Basin Of Turkey. Int. J. Of Safety And Security Eng., 6(2), 132–140.
13. Erinç, S. (1996) Klimatoloji Metotları. İstanbul: Çantay Kitbevi.
14. Erkal, T. (2012). Çobanlar Havzasi’nda (Afyonkarahisar) Toprak Erozyonunun Değerlendirilmesi. The Journal of Academic Social Science Studies, 543–562.
15. Erpul, G., & Saygın, S. D. (2012). Ülkemizde Toprak Erozyonu Sorunu Üzerine: Ne Yapmalı? Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 26–32.
16. Fernández, C., Vega, J. A., & Vieira, D. C. S. (2010). Assessing soil erosion after fire and rehabilitation treatments in NW Spain: Performance of rusle and revised Morgan-Morgan- Finney models. Land Degradation and Development, 21(1), 58–67. https://doi.org/10.1002/ldr.965
17. Ferro, V. G. (1991). Isoerosivity and erosion risk map for Sicily. Hydrology Science Journal, 36, 549-564.
18. Fick, S. E. and R. J. Hijmans, 2017. WorldClim 2: new 1km spatial resolution climate surfacesfor global land areas. International Journal of Climatology, 37(12), 4302-4315.
19. Galehouse, J. S. (1971). Sedimentation Analysis, Procedures in sedimentary petrology. New York: Wiley-Interscience
20. Ganasri, B. P., & Ramesh, H. (2016). Assessment of soil erosion by RUSLE model using remote sensing and GIS - A case study of Nethravathi Basin. Geoscience Frontiers, 7(6), 953–961. https:// doi.org/10.1016/j.gsf.2015.10.007
21. Gaudette, H. E., Flight, W. R., Tonner, L., Folger, D. G. (1974). An inexpensive titration method for the determination of organic carbon in recent sediments. Journal of Sedimentary Research, 44, 249–253.
22. Görüm, T., Bayrakdar, C., Uğur, A., & Resul, Ç. (2017). Geomorphology of the Mount Akdag landslide, Western Taurus Range (SW Turkey), Journal Of Maps, 165-172. https://doi.org/10.1080/17445647.2017 .1280424.
23. Gülşen, M. (2014). Eber Havzasında (Afyonkarahisar) Toprak Erozyonunun Değerlendirilmesi. (Yüksek Lisans Tezi). Afyon Kocatepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Üniversitesi Afyonkarahisar
24. Hairsane, P. B. and Rose, C. W. (1992b). Modelling water erosion due to overland flow using pyhsical principles, 2. rill flow. Water Resour. Res.
25. Istanbulluoglu, E., Yetemen, O., Vivoni, E. R., Gutiérrez-Jurado, H. A., & Bras, R. L. (2008). Eco-geomorphic implications of hillslope aspect: Inferences from analysis of landscape morphology in central New Mexico. Geophysical Research Letters, 35(14), 1–6. https:// doi.org/10.1029/2008GL034477
26. KHGM. (1999). Muğla İli Arazi Varlığı. Ankara: T.C. Başbakanlık Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Yay.
27. Lanorte, A., Cillis, G., Calamita, G., Nolè, G., Pilogallo, A., Tucci, B., & De Santis, F. (2019). Integrated approach of RUSLE, GIS and ESA Sentinel-2 satellite data for post-fire soil erosion assessment in Basilicata region (Southern Italy). Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10(1), 1563–1595.
28. Lee G. S., L. K. (2006). Scaling effect for estimating soil lossin the RUSLE model using remotely sensed geospatial data in Korea. Hydrology & Earth System Sciences Discussions.
29. Llena, M., Vericat, D., Smith, M. W., & Wheaton, J. M. (2020). Geomorphic process signatures reshaping sub-humid Mediterranean badlands: 1. Methodological development based on High Resolution Topography. In Earth Surface Processes and Landforms. https:// doi.org/10.1002/esp.4821
30. McManus, J., 1988. Grain size determination and interpretation, (Techniques in Sedimentology, Editör: Tucker, M.,). Oxford,: Blackwell Scientific Publication, 63–85.
31. Moreno-de las Heras, M., & Gallart, F. (2016). Lithology controls the regional distribution and morphological diversity of montane Mediterranean badlands in the upper Llobregat basin (eastern Pyrenees). Geomorphology, 273, 107–115. https://doi.org/10.1016/j. geomorph.2016.08.004
32. Morgan, R. P. C., Quinton, J. N., Smith, R. E., Govers, G., Poesen, J. W. A., Auerswald, K., Chisci, G., Torri, D., and Styczen, M. E. (1998). The European Soil Erosion Model (EUROSEM): A dynamic approach for predicting sediment transport from fields and small catchments. Earth Surface Processes and Landforms, 23, 527–544.
33. Nearing, M. A., Foster, G. R., Lane, L. J., and Finckner, S. C., 1989. A process based soil erosion model for USDA water erosion prediction technology. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 32, 1587–1593.
34. Pilogallo, G., Nolè, F., Amato, L., Saganeiti, M., Bentivenga, G., Palladino, F., Scorza, B., Murgante, G., Las Casas. (2019). Geotourism as a Specialization in the Territorial Context of the Basilicata Region (Southern Italy). Geoheritage, 11(4), 1435–1445.
35. Pimentel, D., Harvey, C., Resosudarmo, P., Sinclair, K., Kurz, D., McNair, M., … Blair, R. (1995). Environmental and Economic Costs of Soil Erosion and Conservation Benefits. Science, 267(5201), 1117–1123. doi:10.1126/science.267.5201.1117
36. Price, S. J., Ford, J. R., Cooper, A. H., & Neal, C. (2011). Humans as major geological and geomorphological agents in the Anthropocene: the significance of artificial ground in Great Britain. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering. Sciences, 369(1938), 1056–1084. doi:10.1098/ rsta.2010.0296
37. Rahman, M. R., Shi, Z. H., Chongfa, C. (2009). Soil erosion hazard evaluation - An integrated use of remote sensing, GIS and statistical approaches with biophysical parameters towards management strategies. Ecological Modelling, 220, 1724–1734.
38. Renard, K. G. (1997). Predicting Soil Erosion By Water: A Guide To Conservation Planning With The Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Washington, DC: Agriculture Handbook, USDA.
39. Renard, K. G. (1983). Soil conservation: principles of erosion by water. American Society of Agronomy. Agronomy, a series of monographs; no. 23, 155–176.
40. Sahli, Y., Mokhtari, E., Merzouk, B. et al. (2019). Mapping surface water erosion potential in the Soummam watershed in Northeast Algeria with RUSLE model. J. Mt. Sci. 16, 1606–1615.
41. Sarı, E., Ünlü, S., Apak, R., Balcı, N. & Koldemir, B., (2014). Distribution and Contamination of Heavy Metals in the Surface Sediments of Ambarli Port Area (Istanbul, Turkey). Ekoloji, 23, 1–9.
42. Sarı, E., Cukrov, N., Franciskovic-Bilinski, S., Kurt, M. A. & Hallı, M., (2016). Contamination assessment of ecotoxic metals in recent sediments from the Ergene River, Turkey. Environmental Earth Sciences 75.
43. Sariş, F., Hannah, D. M., & Eastwood, W. J. (2010). Spatial variability of precipitation regimes over Turkey. Hydrological Science Journal.
44. Sayhan, S., (1990). Teke Yarımadasının Bitki Coğrafyası. (Basılmamış Doktora Tezi) - İstanbul Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü.
45. Şenel, M. (1997). “1:100.000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları No:2 Fethiye - L8 Paftası. Ankara: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü.
46. Tağıl, Ş. (2007). Tuzla Çayı Havzası (Biga Yarımadası) CBS-Tabanlı RUSLE Modeli Kullanarak Arazi Degradasyonu Risk Değerlendirmesi. Ekoloji, 11–20.
47. Tanyaş, H., Kolat, Ç., & Süzen, M. L. (2015). A new approach to estimate cover-management factor of RUSLE and validation of RUSLE model in the watershed of Kartalkaya Dam. Journal of Hydrology.
48. Torri, D., Poesen, J., & Borselli, L. (1997). Predictability and uncertainty of the soil erodibility factor using a global dataset. CATENA, 31(1- 2), 1–22. doi:10.1016/s0341- 8162(97)00036-2
49. Türkeş, M., Koç, T., & Sariş, F. (2009). Spatiotemporal variability of precipitation total series over Turkey. International Journal of Climatology, 29(8), 1056–1074. doi:10.1002/joc.1768
50. de Vente J, Poesen J, Verstraeten G, Govers G, Vanmaercke M, Van Rompaey A, Arabkhedri M, Boix-Fayos C. 2013. Predicting soil erosion and sediment yield at regional scales: Where do we stand? Earth-Science Reviews, 127, 16–29.
51. Wıschmeıer, W. H. (1978). Predicting rainfall erosion losses. A Guide to conservation planning, United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service (USDA-ARS) Handbook, No.537. Washington DC.: United States Government Printing Office.
52. Wuepper, D., Borrelli, P., & Finger, R. (2020). Countries and the global rate of soil erosion. Nature Sustainability, 3(1), 51–55. https://doi. org/10.1038/s41893-019-0438-4
53. UNEP, (1986). Sands of change: why land becomes desert and what can be done about it
54. UNEP Brief #2, United Nations Environment Programme, Nairobi, Kenya.
55. Yağmurlu, F. (2000). Burdur fayının sismotektonik. Batı Anadolu’nun Depremselliği Sempozyumu, (s. 143-151). İzmir.
56. Yasan, O. vd., (2019). Dağlık alanların iklim özelliklerini belirlemede cbs tabanlı enterpolasyon yöntemlerinin kullanımı: Batı Toroslar Örneği. Akköprü E., Döker F. M., (Ed.), Coğrafya araştırmalarında Coğrafi Bilgi Sistemi kullanımı kitabı içinde (s. 197- 215). Ankara: Pegem Akademi.
57. Yılmaz, E. (2006). Çamlıdere Baraji Havzasinda Erozyon Problemi Ve Risk Analizi. (Yüksek Lisans Tezi). Ankara Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara.