بهینه‌سازی زهکش‌های عرضی شبکة جادۀ جنگلی با استفاده از مدل CULSED (مطالعة موردی: بخش نم‌خانه، جنگل خیرود)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 استاد گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

جاده‌های جنگلی مهم‌ترین عامل تولید رسوب در اکوسیستم‌های جنگلی‌اند. به‌سبب اهمیت این موضوع، تاکنون مدل‌های زیادی بر ‌اساس روابط تجربی به‌‌منظور برآورد رسوب تهیه شده است. در این مطالعه، میزان رسوب سالانۀ حاصل از شبکة جادۀ جنگلی بخش نم‌خانه به‌صورت تن در سال و با استفاده از مدل CULSED در نرم‌افزار ArcGIS برآورد شد. لایه‌های مکانی پایه شاملِ توپوگرافی، آبراهه‌ها، جاده‌ها، و آبروها، و داده‌های تکمیلی نیز شامل نوع سنگ مادر، میزان پوشش گیاهی، متوسط بارش، عمر جاده، میزان ترافیک، نوع روسازی، و شیب جاده بودند که در مدل استفاده شدند. ابتدا پایگاه داده‌های رقومی مورد نیاز مدل تشکیل و مدل بر اساس آن اجرا شد. سپس مکان‌هایی که میزان رسوب بالایی داشتند، مشخص شدند و با تعیین آبروهای اضافی در مکان‌های مناسب، سعی شد تولید و ورود رسوب به شبکة هیدروگرافی منطقه کاهش یابد. نتایج نشان داد مقدار رسوب با توجه به 38 آبروی موجود در منطقه 2/13 تن در سال است که با افزودن 16 آبروی پیشنهادی در قسمت‌‌های دارای رسوب بالا، مقدار رسوب به 5/8 تن در سال، یعنی حدود 36 درصد، کاهش یافت. بنابراین، با توجه به اهمیت کاهش رسوب حاصل از جاده‌‌ها در جنگل، مهندسان برای یافتن تعداد و مکان بهینۀ آبروها، می‌توانند قبل از ساخت جاده‌ها از این ابزار استفاده کنند. البته با توجه به داده‌‌های مکانی موجود و فقدان مدل بومی، قطعیت کافی در نتایج وجود نخواهد داشت که باید در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimizing Forest Road Cross Drainage Using CULSED

نویسندگان [English]

  • Ehsan Abdi 1
  • Mostafa Moghadamirad 2
  • Saeed Rahbari Sisakht 2
  • Baris Majnounian 3
  • Fatemeh Mousavi 2
1 Assistant Professor, Department of Forestry, University of Tehran. Karaj, I.R. Iran
2 M.S of Forest Engineering, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I.R. Iran
3 Professor, Department of Forestry, University of Tehran. Karaj, I.R. Iran
چکیده [English]

Forest roads are known as the most important factor of sediment production in forest
ecosystems. Because of the importance of this issue, several models developed based on
empirical relationships to estimate sediment yield. In this study, the amount of annual sediment
yield derived from a forest road network was estimated as tons per year using CULSED model
in ArcGIS. Base spatial layers such as: topography, stream, roads, and culverts were used in
this model. Additional data such as the bed rock, vegetation, average precipitation, road age,
the amount of traffic, road surface and road gradient were used in the model. First, digital
databases were developed and the model was run. Then places with high rates of sediment
yield were specified and some culverts were designed in appropriate places to decrease the
amount of sediment production. The results showed that the amount of sediment with regards to
existing 38 culverts was 13.2 tons per year. Adding 16 proposed culverts in the areas with high
sediment production resulted in 36% decrease in sediment yield. So, given the importance of
reducing sedimentation from roads in the forest, this tool can be used before road construction
to find optimal number and location of culverts by engineers. However, due to lack of available
data and a native model, some uncertainty will be encountered that should be considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Culvert
  • CULSED
  • forest road network
  • Sediment
  • stream
[1]. Megahan, W.F. (1972). Logging, erosion, sedimentation - are they dirty words? Journal of Forestry, 70:403-407.
[2]. King, J., and Gonsior, M. (1980). Effects of forest roads on stream sediment. In Symposium on
Watershed Management. Boise, Idaho: ASCE, Southern Idaho Section. 9 pp.
[3]. Croke, J., Wallbrink, P., Fogarty, P., Hairsine, P., Mockler, S., McCormack, B. and Brophy, J.
(1999). Managing Sediment Sources and Movement in Forests: the Forest Industry and Water
Quality. Cooperative Research Centre for Catchment Hydrology. Industry Report 99/11.
[4]. United States Department of Agriculture. (2000). Forest Roads: A synthesis of scientific
information. 117 pp.
[5]. Riedel, M.S., and Vose, J.M. (2003). Collaborative research and watershed management for
optimization of forest road best management practices. In: CL Irwin, P Garrett, and KP McDermott
(eds.) Proceedings of the international conference on ecology and transportation. Raleigh, NC:
Center for Transportation and the Environment, North Carolina State University, pp. 148-158.
[6]. Khatibi, N. (2004). Ancient forests in the north ahead farewell. Enteshar stock co, Tehran, Iran,
150 pp.
[7]. Akay, A.E., Erdas, E.M., Reis, M., and Yuksel, A. (2008). Estimating sediment yield from forest
road network by using a sediment model and GIS techniques. Building and Environment, 43:
678-695.
[8]. Washington Forest Practices Board (1997). Washington Forest Practices Board Manual:
standard methodology for conducting watershed analysis, Version 4.0.
[9]. Elliot, W.J., Hall, D.E. and Scheele, D.L. (1999). The X-DRAIN cross drain Spacing and
sediment Yield Program Version 2.00. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky
Mountain Research Station, San Dimas Technology and Development Center.
[10]. Elliot, W.J., Hall, D.E., and Scheele, D.L. (1999). WEPP Interface for predicting Forest Road
Runoff, Erosion and Sediment delivery. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky
Mountain Research Station, San Dimas Technology and Development Center.
[11]. Wu, J., and Elliot, J.W. (2002). Adapting WEPP (Water Erosion Prediction Project) for Forest
Watershed Erosion Modeling. 12th ISCO Conference, Beijing, pp. 349-355.
[12]. Cochrane, T.A., Egli, M., Phillips, C., and Acharya, G. (2007). Development of a forest
road erosion calculation GIS tool for forest road planning and design. Christchurch, New
Zealand: Modsim 2007. International Congress on Modeling and Simulation: Land. Water, &
Environmental Management: Integrating Systems for Sustainability. 1273-1279.
[13]. Damian, F. (2003). Cross-drain placement to reduce sediment Delivery from roads to streams.
MS Thesis, University of Washington, Seattle, WA. 207 pp.
[14]. Bruner, J. (2006). GPS Culvert Inventory. GIST Symposium. Columbus Ohio, 6 pp.
[15]. Bisio, R. (2008). Caltrans culvert maintenance program mitigates expensive failures and
repairs. California culvert inspection program. http://www.cenews.com/magazine-articlecenews.
com-april-2008mapping_asset_conditions-5730.html (17/05/2011).
[16]. Verd, K. (2009). Chehalis Resurvey Culvert Assessment. Final report. Lewis County
Conservation District. 70 pp.
[17]. Luce, C.H., and Black, T.A. (1999). Sediment production from forest roads in western Oregon.
Water Resources Research, 35 (8): 2561-2570.
[18]. Akay, A.E., and Sessions, J. (2005). Roading and transport operation chapter. In: Burkey J,
Evans J, Youngquist JA, editors. Encyclopedia of forest sciences. Oxford, UK: Elsevier. 240 pp.