Journal of Watershed Management Research

fa بررسی و مقایسه مقدار رواناب و رسوب در بخش‌های مختلف جاده جنگلی Investigation and Comparison of Runoff and Sediment Yields in Different Sections of a Forest Road فرسايش خاک و توليد رسوب فرسايش خاک و توليد رسوب پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: جاده‌های جنگلی به عنوان یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های توسعه‌ای در مناطق جنگلی، نقش به سزایی در بهره‌برداری از منابع طبیعی، تسهیل حمل‌ونقل و مدیریت جنگل دارند. با این حال، احداث این جاده‌ها اثرات زیست‌محیطی متعددی به &lrm;دنبال دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به تغییرات در رژیم هیدرولوژیکی، افزایش رواناب سطحی، کاهش نفوذپذیری خاک و افزایش میزان فرسایش و رسوب‌زایی اشاره کرد. این تغییرات می‌توانند به مرور زمان باعث کاهش کیفیت خاک، تخریب زیستگاه‌های طبیعی، کاهش نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی و در نهایت، تهدید پایداری اکوسیستم‌های جنگلی شوند. از آنجا که جاده‌های جنگلی بر اساس توپوگرافی و شرایط محیطی به بخش‌های مختلفی مانند شانه جاده، سطح جاده و شیب‌های کناری تقسیم می‌شوند، میزان تأثیر آن‌ها بر تولید رواناب و رسوب می‌تواند در بخش‌های مختلف جاده متفاوت باشد. بنابر این، ارزیابی کمی و مقایسه‌ای این اثرات در بخش‌های مختلف جاده‌های جنگلی در مدیریت پایدار منابع طبیعی و کاهش خسارات محیط ‌زیستی ناشی از آن‌ها مؤثر است. با توجه به اهمیت این موضوع، مطالعه حاضر در جنگل کوهمیان-آزادشهر با هدف بررسی تغییرات مقدار رواناب و غلظت رسوب در بخش‌های مختلف جاده جنگلی انجام شد. مواد و روش&lrm;ها: برای بررسی رواناب و رسوب، از شبیه‌ساز باران با پلات‌های یک مترمربعی استفاده شد. آزمایش‌ها در سه بخش جاده جنگلی شامل بستر جاده، ترانشه‌های خاکبرداری و ترانشه‌های خاکریزی با شدت بارش ۸۰ میلی‌متر در ساعت و طی 30 دقیقه انجام گرفت. رواناب و رسوب در فواصل ۴ دقیقه‌ای اندازه‌گیری و نمونه‌های خاک برای تحلیل فیزیکی جمع‌آوری شدند. رطوبت اولیه خاک با دستگاه رطوبت‌سنج HB-2 اندازه‌گیری شد و پس از پایان آزمایش، نمونه‌های رواناب و رسوب به آزمایشگاه منتقل گردیدند. پس از هر بار بارندگی، حجم رواناب جمع‌آوری‌شده در مناطق مشخص شده اندازه‌گیری شد. آنالیزهای آزمایشگاهی شامل تعیین میزان ذرات معلق، اندازه‌گیری غلظت رسوب و تجزیه‌ و تحلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نمونه‌ها بود. نمونه‌های رسوب از طریق فیلترهای واتمن 42 جدا و در آون با دمای 105 درجه سانتی‌گراد خشک شدند. پارامترهای فیزیکی خاک شامل بافت، ماده آلی و وزن مخصوص اندازه‌گیری گردیدند. تجزیه ‌و تحلیل داده‌ها با استفاده از آزمون کولموگروف-اسمیرنوف برای بررسی نرمال بودن داده‌ها و آزمون لون برای بررسی همگنی واریانس‌ها انجام شد. جهت مقایسه میانگین داده‌ها بین بخش‌های مختلف جاده، از آزمون تحلیل واریانس (ANOVA) و آزمون حداقل تفاوت معنی‌دار (LSD) استفاده گردید تا میزان تفاوت رواناب و رسوب در بخش‌های مختلف جاده بررسی شود. یافته&lrm;ها: میزان رواناب و رسوب در بخش‌های مختلف جاده جنگلی به‌طور معناداری تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی خاک، پوشش گیاهی و شیب زمین قرار داشت. بستر جاده بیشترین میزان رواناب را به دلیل تراکم زیاد خاک، وزن مخصوص بالا، عدم پوشش گیاهی و کاهش نفوذپذیری دارا بود. در مقابل، ترانشه‌های خاکبرداری بیشترین مقدار رسوب را تولید کردند که این امر به &lrm;دلیل میزان بالای ذرات سیلت، شیب زیاد و پوشش گیاهی کمتر بود. همچنین، ترانشه‌های خاکریزی کمترین مقدار رواناب و رسوب را داشتند که می‌تواند به دلیل افزایش درصد پوشش گیاهی و وجود ماده آلی بیشتر در این مناطق باشد. در طول دوره آزمایش، میزان رواناب در بستر جاده روند افزایشی خطی داشت، درحالی‌که در ترانشه‌های خاکبرداری و خاکریزی پس از یک افزایش اولیه، تغییراتی نوسانی مشاهده شد که نشان‌دهنده تأثیر اشباع خاک و تشکیل سله سطحی است. ضریب رواناب در بستر جاده به بیشترین مقدار (0/49 تا ۱) و در ترانشه‌های خاکریزی به کمترین مقدار (0/14 تا 0/51) رسید. تغییرات غلظت رسوب نیز الگوهای متفاوتی نشان دادند، به‌طوری‌که در ابتدای آزمایش، ترانشه‌های خاکبرداری بالاترین مقدار غلظت رسوب را داشتند که در طول زمان به دلیل ته‌نشینی ذرات، کاهش یافت. این روند ناشی از ته‌نشینی رسوبات در اثر کاهش انرژی رواناب است. در مقابل، بستر جاده به دلیل ساختار متراکم و عدم نفوذپذیری بالا، میزان رسوب کمتری در مقایسه با ترانشه‌های خاکبرداری تولید کرد. نتیجه&lrm;گیری: یافته‌های این پژوهش نشان می &lrm;دهند که شیب، پوشش گیاهی، بافت خاک و میزان ماده آلی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر میزان رواناب و رسوب در بخش‌های مختلف جاده‌های جنگلی هستند. نتایج به‌دست‌آمده بر اهمیت طراحی مناسب شیب جاده، حفظ و توسعه پوشش گیاهی در ترانشه‌های خاکبرداری و خاکریزی، و استفاده از روش‌های پایدار برای کاهش فرسایش و رسوب تأکید دارند. با این ‌حال، به‌کارگیری روش‌های مدیریتی مناسب از جمله افزایش پوشش گیاهی، تثبیت خاک و طراحی بهینه شیب جاده می‌تواند اثرات منفی را کاهش دهد. اجرای این راهکارها، علاوه بر بهبود پایداری جاده، موجب حفاظت از منابع آب و خاک و کاهش فرسایش خواهد شد. در نهایت، پیشنهاد می‌شود که رویکردهای پایدارسازی جاده‌های جنگلی در سیاست‌گذاری‌های کلان منابع طبیعی مورد توجه ویژه قرار گیرند. همچنین، مطالعات آتی با استفاده از مدل‌های هیدرولوژیکی و بررسی بلندمدت اثرات جاده‌سازی بر کیفیت منابع آب توصیه می‌شود تا مدیریت پایدار جاده‌های جنگلی و کاهش خسارات محیط ‌زیستی تضمین گردد.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract <a name="_Hlk218591171">Background</a>: Forest roads, as crucial developmental infrastructure in forested areas, play a significant role in the exploitation of natural resources, facilitation of transportation, and forest management. However, the construction of these roads has several environmental impacts, the most important of which include alterations in the hydrological regime, increased surface runoff, reduced soil permeability, and increased erosion and sedimentation. Over time, these changes can lead to decreased soil quality, habitat degradation, and reduced groundwater recharge, ultimately threatening the sustainability of forest ecosystems. Given that forest roads are divided into different sections based on topography and environmental conditions, such as the road shoulder, road surface, and side slopes, their impact on runoff and sediment production can vary across these sections. Therefore, quantitative and comparative assessment of these effects in different parts of forest roads is essential for sustainable natural resource management and mitigation of associated environmental damage. Considering the importance of this issue, the present study was conducted in the Kouhmian-Azadshahr forest to investigate changes in runoff volumes and sediment concentrations in different sections of a forest road. Methods: Runoff and sediment were investigated using a rainfall simulator with one-square-meter plots. Experiments were conducted on three sections of the forest road: the roadbed, cut slopes, and fill slopes, with a rainfall intensity of 80 mm/hour for 32 minutes. Runoff and sediment were measured at 4-minute intervals, and soil samples were collected for physical analysis. Initial soil moisture was measured using an HB-2 moisture meter. After the experiment, runoff and sediment samples were transferred to the laboratory. The collected runoff volume in the designated areas was measured following each simulated rainfall event. Laboratory analyses included the determination of suspended solids, measurement of sediment concentration, and analysis of the physicochemical properties of the samples. Sediment samples were separated using Whatman No. 42 filters and dried in an oven at 105 °C. Soil physical parameters, including texture, organic matter content, and bulk density, were measured. Data were analyzed using the Kolmogorov-Smirnov test to examine data normality and Levene's test to assess variance homogeneity. To compare mean data between different road sections, the analysis of variance (ANOVA) and the least significant difference (LSD) test were used to determine the significance of differences in runoff and sediment yields among the sections. Results: Runoff and sediment yields in different sections of the forest road were significantly influenced by soil physical properties, vegetation cover, and slope gradient. The roadbed exhibited the highest runoff volume due to high soil compaction, high bulk density, lack of vegetation cover, and reduced permeability. In contrast, cut slopes produced the highest amount of sediment, which was attributed to the high proportion of silt particles, steep slope, and less vegetation cover. Fill slopes, on the other hand, had the lowest runoff and sediment yields, potentially due to the increased percentage of vegetation cover and higher organic matter content in these areas. During the experimental period, runoff volume on the roadbed showed a linear increasing trend, while cut and fill slopes exhibited fluctuating changes after an initial increase, indicating the influence of soil saturation and surface crust formation. The runoff coefficient reached its maximum value (0.49 to 1) on the roadbed and its minimum value (0.14 to 0.51) on the fill slopes. Changes in sediment concentration also showed different patterns; at the beginning of the experiment, cut slopes had the highest sediment concentration, which decreased over time due to particle settling. This trend is attributed to sediment deposition as runoff energy decreased. Conversely, the roadbed, due to its compacted structure and high impermeability, produced less sediment than the cut slopes. Conclusion: The findings of this study demonstrate that slope, vegetation cover, soil texture, and organic matter content are the main factors affecting runoff and sediment yields in different sections of forest roads. The results highlight the importance of appropriate road slope design, conservation and development of vegetation cover on cut and fill slopes, and the use of sustainable methods to reduce erosion and sedimentation. However, implementing appropriate management practices, including increasing vegetation cover, soil stabilization, and optimal road slope design, can mitigate negative impacts. Implementing these strategies will not only improve road stability but also protect water and soil resources and reduce erosion. Finally, it is recommended to pay special attention to sustainable forest road stabilization approaches in macro-level natural resource policymaking. Furthermore, future studies using hydrological models and long-term assessments of road construction impacts on water resource quality are recommended to ensure sustainable management of forest roads and reduce environmental damage.  </div> باران ‎ساز, بستر جاده, ترانشه خاکبرداری, ترانشه خاکریزی, رسوب, رواناب Cut Slope, Fill Slope, Runoff, Rainfall Simulator, Roadbed, Sediment 82 93 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1984-1&slc_lang=fa&sid=1 Mostafa Moghaddami Rad مصطفی مقدمی راد moghadami.mostafa@yahoo.com 100319475328460015845 0009-0009-7721-1280 Yes General Directorate of Natural Resources and Watershed Management of Golestan Province, Golestan, Iran اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان، گلستان، ایران Vahid Rizvandi وحید ریزوندی vahidrizvandi@gmail.com 100319475328460015846 100319475328460015846 No Vice-Chancellor for Research, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran معاونت پژوهشی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران