Journal of Watershed Management Research

fa کاربرد مدل SEDMODL در براورد فرسایش و رسوب جاده‌های جنگلی زاگرس (مطالعه موردی: جاده تبرک، شهرستان کوهرنگ استان چهار محال و بختیاری) Application of SEDMODL to estimation erosion and sedimentation of forest roads in Zagros area (case study: Tabrak road, Kohrang county, Chaharmahal and Bakhtiari province) فرسايش خاک و توليد رسوب فرسايش خاک و توليد رسوب پژوهشي Research چکیده مبسوط مقدمه و هدف: جاده‌سازی‌های غیر‌اصولی با از بین بردن یگانگی طبیعت، فروپاشی چرخه حیات کوهستان و حجم زیاد خاک‌برداری منجر به نابودی زیستگاه‌های جانوری و گیاهی، کاهش ارزش‌های زیباشناسی و آسیب‌دیدگی مناطق حساس می‌گردند. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات ناشی از جاده‌سازی در ایجاد و افزایش اشکال مختلف فرسایش از قبیل فرسایش آبکندی و توده‌ای در اطراف جاده‌ها است. در جریان احداث جاده سطح وسیعی از عرصه جنگل‌ها و مراتع در طول و حاشیه مسیر آن تخریب شده و حجم بسیاری زیادی خاک و سنگ ازمحل خود جا به جا شده یا بر روی اراضی مجاور ریخته شده که موجب مضاعف شدن شدت تخریب محیط زیست می‌شود و یا به طور مستقیم وارد آبراهه ها و رودخانه‌ها شده و در نهایت به صورت رسوب وارد مخازن سدها، تالاب‌ها، دریاچه‌ها و دریا‌ها گشته و حتی با رسوبگذاری در بستر رودخانه‌ها باعت تغییر مورفولوژی آن‌ها و ایجاد فرسایش رودخانه می‌شود (Sun and McNulty,1998; Varol, et ai., 2019 ) . از این‌رو در طراحی شبکه جاده نه تنها میزان هزینه‌ها بلکه مدیریت صحیح آب و خاک نیز باید منظور گردد (Solgi, et al., 2021; Seutloali and Beckedahl, 2015). مواد و روش‌ها: در این مطالعه از مدل SEDMODL و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) برای برآورد رسوب‌ ناشی از شبکه جاده‌های جنگلی در جاده‌های جنگل‌های بلوط غرب استان چهارمحال و بختیاری استفاده شد. منطقه مورد بررسی شامل ۵۶۴۳ متر جاده خاکی بود که به‌منظور دسترسی به مناطق مختلف احداث شده‌اند. نقشه‌های مورد نیاز مانند زمین‌شناسی، شیب، بارندگی و جاده‌ها تهیه و در محیط GIS رقومی‌سازی شد. داده‌های میدانی از جمله جنس، سن و ترافیک جاده‌ها نیز جمع‌آوری گردید. مدل SEDMODL رسوب‌زایی را بر اساس سه منبع اصلی شامل سطح جاده، ترانشه‌های خاک‌برداری و آبراهه‌های کناری محاسبه می‌کند. این عوامل تحت تأثیر پارامترهایی مانند طول و عرض جاده، جنس سطح، شیب، بارندگی، ترافیک و نوع زمین‌شناسی هستند. داده‌ها برای تحلیل آماری با استفاده از آزمون همبستگی پیرسون بررسی شدند. برای اندازه‌گیری میدانی فرسایش، ۳۶ نقطه اندازه‌گیری نصب و در مدت یک سال با ابزار دقیق بررسی شدند. همچنین با استفاده از تحلیل آماری Hotspot در محیط GIS، نقاط با فرسایش بالا (نقاط داغ) شناسایی شدند. نتایج تحلیل‌ها به شکل نقشه‌ای از مناطق دارای فرسایش زیاد ارائه شد. یافته‌ها:  نتایج حاصل از اندازه‌گیری های میدانی نشان دهنده میانگین فرسایش خاک 5/4 میلیمتر در یک سال بود. از دیگرسو میزان فرسایش محاسبه شده بر اساس مدل SEDMODL در جاده تبرک 2360 تن در سال در طول جاده مطالعاتی بدست آمد. همچنین میزان رسوبدهی کل بر اساس مدل SEDMODL در جادههای تبرک 344 تن در سال است. همچنین نتایج حاصل از آنالیز لکههای داغ جهت شناسایی مناطق با میزان فرسایش زیاد با درجه اطمینان بالای 95 درصد (Confidence level >95%) برای جاده تبرک، 6/22 درصد (1276 متر ) از جاده  را به عنوان مناطق با تولید فرسایش بسیار زیاد و به عنوان لکه داغ نشان داد. بر اساس نقشههای تولیدی در این بخش از کار مشخص شد در مناطق با شیب زیاد و حساس از نظر زمین شناسی میزان فرسایش خاک بیشتر است و این قسمتها بیشترین نقش را در تولید رسوب منطقه دارند.از طرفی نتایج حاصل از آزمون آماری همبستگی نشان میدهد قویترین همبستگی معنیدار بین میزان فرسایش کل جاده با عامل زمین شناسی، عرض جاده و عامل بارش وجود دارد. نتیجه‌گیری: تحلیل نتایج این تحقیق گویای آن بود که مدل SEDMODL توانمندی بالایی در شناسایی مناطق حساس به فرسایش و بر آورد نرخ رسوبدهی ناشی از جادههای جنگلی دارد. میتوان بیان نمود که جادههای جنگلی درصد کمی از مساحت حوزه آبخیز را در بر میگیرند اما مقدار رسوب تولید آنها به مراتب بیشتر است. بنابراین توجه به رعایت اصول صحیح در جادهسازی، طراحی شبکه مناسب مانند حفاظت از دامنه خاکبرداری با استفاده از شبکههای توری و بوته کاری، کمینه کردن طول جادهها و مدیریت صحیح جادهها به منظور به کمینه رساندن فرسایش خاک و رسوب در این مناطق بسیار حایز اهمیت است. همچنین مدل بیشترین میزان آسیبپذیری جاده در تخریب دامنهها را مربوط به مناطق با شیب زیاد و پوشش گیاهی تخریب شده میداند که گویای اهمیت اجرای امور آبخبزداری جهت احیای پوشش گیاهی و تعادل‌سازی شیب در منطقه می‌باشد.  همچنین میتوان دید که  شرایط زمین شناسی و سازندهای حساس به فرسایش بیشترین نقش را در تولید رسوب جادههای جنگلی دارند که با یافتههای سایر تحقیق ها همخوانی دارد. بنابراین نیاز به اجرای دقیق برنامه‌های مدیریتی در مناطق با شیب زیاد پس از بررسی عوامل زمین‌شناسی، عرض جاده و بارش می‌باشد.   Extended Abstract Introduction and objectives: Improper road construction, by disrupting the integrity of nature, collapsing the mountain life cycle, and involving large volumes of excavation, leads to the destruction of animal and plant habitats, a reduction in aesthetic values, and damage to sensitive areas. One of the biggest problems arising from road construction is the creation and increase of various forms of erosion, such as gully and mass erosion around roads. During the road construction process, a significant portion of natural covers  (including forests and pastures along and beside the road) is are typically destroyed. The displacement of large volumes of soil and rock during civil operations also causes changes in land structure and disruption of the natural environmental balance. Some of these materials may enter waterways and rivers, subsequently settling as sediment in reservoirs, wetlands, and lakes. This phenomenon not only reduces the capacity of these water resources but can also alter their natural shape through sedimentation in river beds and exacerbate erosion. Therefore, in the design and implementation of road networks, in addition to economic considerations, special attention must be paid to proper water and soil management to minimize negative environmental impacts. Materials and methods: In this study, the SEDMODL model and Geographic Information System (GIS) were used to estimate sediment resulting from the forest road network in the oak forests of western Chaharmahal and Bakhtiari Province, Kohrang County. The study area included 5,643 meters of dirt roads constructed for access to various areas. Required maps such as those of geology, slope, rainfall, and roads were prepared and digitized in the GIS environment. Field data, including road material, age, and traffic, were also collected. The SEDMODL model calculates sedimentation based on three main sources: the road surface, excavation trenches, and side ditches. These factors are influenced by parameters such as road length and width, surface material, slope, rainfall, traffic, and geological type. Data were analyzed statistically using the Pearson correlation test. For field measurement of erosion, 36 measurement points were installed and examined over one year with precise instruments. Additionally, using Hotspot statistical analysis in the GIS environment, points with high erosion (hot-spots) were identified. The analysis results were presented as a map of areas with high erosion. Findings: The results from field measurements indicated an average soil erosion of 4.5 millimeters per year. On the other hand, the erosion amount calculated based on the SEDMODL model for the Tabark road was 2,360 tons per year along the studied road. Regarding the estimation of road sediment yield, the sediment contribution was separately determined for the road surface (TS) and excavation trench (CS) as 153 and 19 tons per year, respectively, in the mentioned model. Ultimately, the total sediment yield of the studied road based on the SEDMODL model, from the sum of sediment yield from the road surface and side ditches plus sediment yield from the excavation trench, was determined to be 344 tons per year. The results from hot spot analysis for identifying areas with high erosion amounts, with a confidence level greater than 95% (Confidence level >95%) for the Tabark road, showed 22.6% (1,276 meters) of the road as areas with very high erosion production and as hot spots. Based on the produced maps, it was found that in areas with steep slopes and geologically sensitive conditions, soil erosion is higher, and these parts play the greatest role in regional sediment production. On the other hand, the results from the statistical correlation test show that the strongest significant correlation for the total road erosion is with geological factors, road width, and rainfall factors. Results: The analysis of the results of this research indicates that the SEDMODL model has high capability in identifying erosion-sensitive areas and estimating sediment yield rates resulting from forest roads. It can be stated that forest roads cover a small percentage of the watershed area but produce a much higher amount of sediment. Therefore, attention to adhering to proper principles in road construction, designing appropriate networks such as protecting excavation slopes with netting and planting shrubs, minimizing road lengths, and implementing proper road management to minimize soil erosion and sedimentation in these areas is of great importance. Additionally, based on the model results, the highest road vulnerability in slope destruction relates to areas with steep slopes and destroyed vegetation cover, which highlights the importance of implementing watershed management measures to restore vegetation cover and stablize slopes in the area. Furthermore, it can be seen that geological conditions and formations sensitive to erosion play the greatest role in sediment production from forest roads, which is consistent with the findings of other studies. Therefore, the precise implementation of management programs in areas with steep slopes, after examining geological factors, road width, and rainfall, is essential.   فرسایش خاک, تولید رسوب, جاده‌سازی, دسترسی, زاگرس. Keywords: Soil erosion, sediment production, road construction, access, GIS. 0 0 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1895-1&slc_lang=fa&sid=1 Saleh Yousefi صالح یوسفی ssaleh.yousefi@gmail.com 100319475328460016135 100319475328460016135 Yes AREEO سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی Seyed Naeim Emami سید نعیم امامی emami1348@yahoo.com 100319475328460016136 100319475328460016136 No AREEO سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی Mohammad Nekoeimehr محمد نکویی مهر m_nekooeimehr@yahoo.com 100319475328460016137 100319475328460016137 No AREEO سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی Sara Mardanian سارا مردانیان sara.mardanian@gmail.com 100319475328460016138 100319475328460016138 No AREEO سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی