تأثیر مشخصات فنی تقاطع جاده-آبراهه و اقدامات حفاظتی بر مقدار رسوب آبراهه‌های جنگلی (مطالعه موردی طرح تخت مینودشت استان گلستان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 نویسنده مسئول، استادیار گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

4 استاد گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: عبور جاده جنگلی از مسیر رودخانه یا آبراهه‌های طبیعی می‌تواند تغییرات ساختاری از جمله تنگ شدن مسیر رودخانه و در نتیجه افزایش سرعت جریان و تولید رسوب را به دنبال داشته باشد. زمانی که رواناب عبوری از گنجایش هیدرولوژیکی آبرو و یا پل تجاور ‌نماید و یا حوضچه ورودی با رسوبات و یا شاخ و برگ مسدود ‌گردد، جریان بر روی جاده سرریز می‌شود که منجر به تولید رسوب می‌گردد. هدف تحقیق حاضر بررسی تأثیر وضعیت رویه جاده بر مقدار رسوب آبراهه‌های جنگلی، بررسی تأثیر درصد پوشش شیب‌های مشرف به تقاطع جاده-آبراهه و میزان ترافیک بر مقدار رسوب آبراهه‌های جنگلی و همچنین تأثیر تیمارهای حفاظتی زمین‌پارچه و چپر مرده بر مقدار رسوب تولید شده در تقاطع جاده-آبراهه است.
مواد و روش: منطقه مورد مطالعه جزء طرح جنگل‌داری تخت در حوزه آبخیز شماره 91 می‌باشد. در این تحقیق نخست جاده‌های جنگلی سری به دو کلاس مسیرهای دارای ترافیک زیاد (حداقل 80 تردد در روز – جاده دسترسی به معدن) و ترافیک کم (حداکثر 5 تردد در روز) طبقه‌بندی شد. در هر طبقه ترافیک دو تقاطع جاده-آبراهه با شرایط یکسان شناسایی شد. مشخصات سطح مشارکت کننده در تولید رسوب (طول و عرض شیروانی‌ها در محل تقاطع)، نوع و درصد پوشش شیروانی‌ها و وضعیت رویه جاده‌ها ارزیابی شد. در مرحله بعد تیمارهای حفاظتی چپرمرده و زمین‌پارچه کنفی روی شیب‌های مشرف به محل تقاطع جاده-آبراهه به‌اجرا در‌‌آمد. قبل و بعد از اجرا تیمارها، نمونه‌های رواناب 5 متر قبل از ورود به آبرو و 5 متر بعد از خروج از آبرو جمع‌آوری شد. در مجموع برای هر تیمار، 10 تکرار نمونه‌برداری رواناب انجام شد. داده‌های گردآوری شده سپس جهت تجزیه و تحلیل وارد نرم‌افزار آماری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که مقدار بار معلق رسوب آبراهه‌های جنگلی هنگام عبور از تقاطع جاده-آبراهه به میزان 64 درصد افزایش یافت و از 12/0 گرم در لیتر به 33/0 گرم در لیتر رسید. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که ترافیک، درصد پوشش شیروانی‌های مشرف به تقاطع جاده-آبراهه و وضعیت رویه جاده‌ها در سطح اطمینان 95 درصد تأثیر معنی‌داری بر مقدار بار معلق رسوب آبراهه‌های جنگلی داشت. در حالی که هیچ اثر معنی‌داری از جانب طول شیروانی‌های خاکی و اثرات متقابل بین سایر متغیرهای مستقل بر مقدار بار معلق رسوب آبراهه-ها مشاهده نشد. با افزایش مقدار ترافیک و همچنین مقدار UPCI ، مقدار بار معلق رسوب کاهش یافت. با افزایش درصد پوشش شیروانی‌ها، مقدار بار معلق رسوب آبراهه‌های جنگلی در محل تقاطع جاده-آبراهه به میزان 48 درصد کاهش یافت. تیمارهای زمین‌پارچه و چپر مرده توانستند مقدار بار معلق رسوب آبراهه‌ها را به‌ترتیب 57 و 54 درصد کاهش دهند.
نتیجه‌گیری: داشتن بودجه کافی برای مرمت و بازسازی جهت تداوم جریان ترافیک عبوری از روی جاده امری ضروری می‌باشد. این امر منجر به تولید بار معلق رسوب کمتر در تقاطع جاده-آبراهه می‌گردد. ضمن اینکه استفاده از تیمارهای حفاظتی مانند زمین‌پارچه و چپر مرده برای حفاظت خاک امری ضروری می‌باشد. یافته‌ها نشان داد که کارایی این دو تیمار یکسان است اما به لحاظ کارکرد اقتصادی تیمار چپر مرده مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of technical characteristics of road-waterway intersection and protective measures on the amount of sediment in forest waterways (A case study of Minodasht flat design in Golestan province)

نویسندگان [English]

  • Milad Gezelsofloo 1
  • Aidin Parsakhoo 2
  • sattar Ezzati 3
  • Vahedberdi Sheikh 4
1 M.Sc. Student of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Associate Prof., Dept. of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 Professor, Dept. of Watershed Management, Faculty of Range and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and purpose: The crossing of a forest road through a river or natural waterways can lead to structural changes, such as the narrowing of the river's path and, as a result, the increase in flow speed and sediment production. When the runoff exceeds the hydrological capacity of the bridge or bridge, or the inlet pond is blocked with sediments or foliage, the flow overflows onto the road, which leads to the production of sediment. The purpose of this research is to investigate the effect of the road surface condition on the amount of sediment in forest waterways, to investigate the effect of the percentage of coverage of the slopes overlooking the road-waterway intersection and the amount of traffic on the amount of sediment in forest waterways, as well as the effect of soil protection treatments, including geotextiles and dead hedges on the amount of sediment produced at the road-waterway intersection.
Material and Methods: The studied area is a part of a forestry plan in watershed number 91. In this study, firstly, the forest roads were classified into two classes of routes with high traffic (at least 80 traffic per day - mine access road) and low traffic (maximum 5 traffic per day). In each traffic class, two road-waterway intersections with the same conditions were identified. The characteristics of the surface participating in the production of sediment (length and width of the gables at the intersection), the type and percentage of the gables cover and the condition of the roads were evaluated. In the next stage, protection treatments of geotextiles and dead hedges were applied on the slopes overlooking the road-waterway intersection. Before and after the treatments, runoff samples were collected 5 meters before entering the river and 5 meters after leaving the river. In total, 10 repetitions of runoff sampling were done for each treatment. The collected data were then entered into the statistical software for analysis.
Findings: The results showed that the amount of suspended sediment load of forest waterways when crossing the road-waterway intersection increased by 64% and reached from 0.12 g/l to 0.33 g/l. The results of variance analysis showed that traffic, the percentage of hilltops overlooking the road-waterway intersection, and the condition of the roads at the 95% confidence level had a significant effect on the amount of suspended sediment load of forest waterways. While no significant effect was observed from the length of the earth slopes and interaction effects between other independent variables on the amount of suspended sediment load of waterways. As the amount of traffic increased as well as the amount of UPCI, the amount of suspended sediment load decreased. With the increase in the coverage percentage of the gables, the amount of suspended sediment load of the forest waterways at the road-waterway intersection decreased by 48%. Geotextile and dead hedge treatments were able to reduce the amount of suspended sediment load in waterways by 57 and 54%, respectively.
Conclusion: It is necessary to have enough funds for restoration and reconstruction in order to continue the traffic flow on the road. This leads to the production of less suspended sediment load at the road-waterway intersection. In addition, the use of protective treatments such as geotextile and dead hedge are essential for soil protection. The findings showed that the efficiency of these two treatments is the same, but in terms of the economic function, the dead hedge treatment is more cost-effective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Protection of earthen slopes
  • Percentage of vegetation
  • Soil-textile
  • Dead hedge
  • Forest road

مراجع

1.Boggs, J. L., Sun, G., & McNulty, S. G. (2018). The effects of stream crossings on total suspended sediment in North Carolina piedmont forests. Journal of Forestry, 116 (1), 13-24.
2.Demir, M., & Hasdemir, M. (2005). Functional planning criterion of forest road network systems according to recent forestry development and suggestion in Turkey. Am. J. Environ. Sci. 1 (1), 22-28.
3.Boggs, J., Sun, G., & McNulty, S. (2016). Effects of timber harvest on water quantity and quality in small watersheds in the Piedmont of North Carolina. Journal of Forestry, 114 (1), 27-40.
4.Chamorro Gine, M. A. (2012). Development of a sustainable management system for rural road networks in developing countries. PhD Thesis, Waterloo, Ontario, Canada, 2012, 216 p.
5.Tague, C., & Band, L. (2001). Simulating the impact of road construction and forest harvesting on hydrologic response. Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group, 26 (2), 135-151.
6.Forsyth, A. R., Bubb, K. A., & Cox, M. E. (2006). Runoff, sediment loss and water quality from forest roads in a southeast Queensland coastal plain Pinus plantation. Forest Ecology and Management, 221 (1-3), 194-206.
7.Grace III, J. M. (2005). Forest operations and water quality in the south. Transactions of the ASAE, 48 (2), 871-880.
8.Cristan, R., Aust, W. M., Bolding, M. C., Barrett, S. M., Munsell, J. F., & Schilling, E. (2016). Effectiveness of forestry best management practices in the United States: Literature review. Forest Ecology and Management, 360, 133-151.
9.Brown, K. R., McGuire, K. J., Aust, W. M., Hession, W. C., & Dolloff, C. A. (2015). The effect of increasing gravel cover on forest roads for reduced sediment delivery to stream crossings. Hydrological Processes, 29 (6), 1129-1140.
10.Connolly, R. D., Costantini, A., Loch, R. J., & Garthe, R. (1999). Sediment generation from forest roads: bed and eroded sediment size distributions, and runoff management strategies. Soil Research, 37 (5), 947-964.
11.Colyer, P. M., Hoque, M. A., & Fowler, M. (2020). A chemical and ecological assessment into elemental loading from ford crossings in Ashdown Forest, Sussex, United Kingdom. Science of the Total Environment, 738, 140102.
12.Croke, J., Mockler, S., Fogarty, P., & Takken, I. (2005). Sediment concentration changes in runoff pathways from a forest road network and the resultant spatial pattern of catchment connectivity. Geomorphology, 68 (3-4), 257-268.
13.Sosa-Pérez, G., & MacDonald, L. H. (2017). Reductions in road sediment production and road-stream connectivity from two decommissioning treatments. Forest Ecology and Management, 398, 116-129.
14.Fahey, B. D., & Coker, R. J. (1989). Forest road erosion in the granite terrain of southwest Nelson, New Zealand. Journal of Hydrology (New Zealand), 123-141.
15.Jones, J. A., Swanson, F. J., Wemple, B. C., & Snyder, K. U. (2000). Effects of roads on hydrology, geomorphology, and disturbance patches in stream networks. Conservation biology, 14 (1), 76-85.
16.Boggs, J. L., Sun, G., & McNulty, S. G. (2018). The effects of stream crossings on total suspended sediment in North Carolina piedmont forests. Journal of Forestry, 116 (1), 13-24.
17.Kreutzweiser, D. P., Capell, S. S., & Good, K. P. (2005). Effects of fine sediment inputs from a logging road on stream insect communities: a large-scale experimental approach in a Canadian headwater stream. Aquatic Ecology, 39, 55-66.
18.Parsakhoo, A., Yolma, G., Bordi Sheykh, V., Mohamadi, J., & Rezaee Motlaq, A. (2023). The Relations of Rainfall Duration and Intensity and Sediment Yield from Treated Ditch by Conservation Practices in Forest Roads. Ecology of Iranian Forest, 11 (21), 54-61.
19.Matin Nia, B., & Gholami, Z. (2022). Effect of the road technical and drainage properties on roadside landslides in watershed 85 in Golestan province. Ecology of Iranian Forest, 10 (19), 47-55.
20.Finér, L., Kortelainen, P., Mattsson, T., Ahtiainen, M., Kubin, E., & Sallantaus, T. (2004). Sulphate and base cation concentrations and export in streams from unmanaged forested catchments in Finland. Forest ecology and management, 195 (1-2), 115-128.
21.Clinton, B. D., & Vose, J. M. (2003). Differences in surface water quality draining four road surface types in the southern Appalachians. Southern Journal of Applied Forestry, 27 (2), 100-106.
22.Webb, A. A., & Hanson, I. L. (2013). Road to stream connectivity: implications for forest water quality in a sub-tropical climate. British Journal of Environment and Climate Change, 3 (2), 197-214.
23.Lang, A. J., Aust, W. M., Bolding, M. C., McGuire, K. J., & Schilling, E. B. (2018). Best management practices influence sediment delivery from road stream crossings to mountain and piedmont streams. Forest Science, 64 (6), 682-695.
24.Suvendu, R. (2013). The effect of road crossing on river morphology and riverine aquatic life: a case study in Kunur River Basin, West Bengal. Ethiopian journal of environmental studies and management, 6 (6), 835-845.
25.Sthiannopkao, S., Takizawa, S., & Wirojanagud, W. (2007). Assessment of seasonal variations of surface water quality in the Phong Watershed, Thailand. Science & Technology Asia, 36-43.
26.Wang, A., Zhao, Q., Yu, Z., Yu, J., Liu, Y., Wang, P., ... & Ding, S. (2023). Factors and thresholds determining sediment delivery pathways between forest road and stream in mountainous watershed. Catena, 224, 106976.
27.Wiitala, M. (2013). Effects of Sediment Deposition on Macroinvertebrate Near Road Crossings (Doctoral dissertation).
28.Motlagh, A. R., Parsakhoo, A., Najafi, A., & Mohammadi, J. (2024). Development of a Sustainable Maintenance Strategy for Forest Road Wearing Courses in Different Climate Zones. Croatian Journal of Forest Engineering: Journal for Theory and Application of Forestry Engineering, 45 (1), 139-156.
29.Moghadami Rad, M., Abdi, E., Mohseni Saravi, M., Rouhani, H., & Majnounian, B. (2014). Evaluation of WEPP model in estimating amount of sediment from forest road (Case study: Kohmiyan-Azadshahr forest). Forest Sustainable Development, 1 (2), 167-178.
30.Lotfalian, M., Babadi, T. Y., & Akbari, H. (2019). Impacts of soil stabilization treatments on reducing soil loss and runoff in cutslope of forest roads in Hyrcanian forests. Catena, 172, 158-162.
31.Reeves, C. D. (2012). Effectiveness of elevated skid trail headwater stream crossings in the Cumberland Plateau. doi:10.1023/B: WAFO. 0000012826. 29223.65.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 31، شماره 4
دی 1403
صفحه 179-194

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار