Evaluation of water erosion in the Ağaçlı region (İstanbul, Turkey)

Abstract

vıı ÖZET Istanbul Ağaçlı Yöresindeki açık maden ocaklarında kömür çıkarma faaliyetleri sırasında, hafriyatı yapılan verimsiz topraklar verimli toprakların üzerine yığılmıştır. Sonuç olarak organik madde ve besinlerce zengin üst toprak, kohesiv yapı içermeyen, verimsiz taban toprağının altında gömülü kalmıştır. 1988 ve 1989 yıllarında, bölgede ağaçlandırma çalışmaları başlatılmıştır. Birkaç yıl sonra, ağaçlar henüz fidan halindeyken, bölgenin bir alanında yaşanan heyelan o alanın yeniden çıplak kalmasına yol açmıştır. Çıplak toprak üzerinde yer yer büyük yarıntılar oluşmuştur. Diğer alanlarda da şiddetli yağışlara bağlı olarak nispeten küçük yarıntılar görülmüştür. Ağaçlandırma çalışmaları sonucunda, toprak özeUMerinin çeşitliliğine bağlı olarak, farklı ağaç gelişimleri gözlenmiştir. Bazı alanlarda ağaçlar alana kapalı bir yapı kazandırırken, diğer alanlarda toprak özelliklerinin elverişsizliği yüzünden ağaçlarda gelişme zafiyetleri görülmüştür. Bu çalışmanın amacı, bir açık deneme alanında ve Sahil Çamının (Pinus pinaster Aiton) çeşitli gelişimler gösterdiği diğer üç deneme alanında, su erozyonunun etkilerini tespit etmektir. Çalışmanın yapıldığı alanlar, açık deneme alanı, seyrek deneme alanı, kapalı deneme alam ve tam kapalı deneme alam olmak üzere adlandırılmıştır. Açık deneme alam heyelanın görüldüğü alandır. Seyrek deneme alam Sahil Çamının gelişme zafiyetleri gösterdiği alandır. Kapalı deneme alam Sahil Çamının seyrek alana nispeten çok daha iyi gelişme gösterdiği alandır. Tam kapalı deneme alam ise Sahil Çamının o toprak özelliklerinde olabilecek en iyi gelişmesini sergilediği alandır. Bu çalışmanın bir parçası olarak, su erozyonunun her deneme alanındaki etkisini değerlendirmek amacıyla arazi ölçümleri yapılmıştır. Yağış miktarları, yüzeysel akışa bağlı toprak kaybı ve yarıntıların gelişmesi her dört alan için ölçülmüştür. Bu dört alanın toprakvıu özellikleri de ayrıca analiz edilmiştir. Bu çalışma 1 Kasım 2001 ile 30 Haziran 2002 arasındaki toplam sekiz aylık bir süreyi kapsamaktadır. 1 Ocak 2002 ile 30 Nisan 2002 tarihleri arasındaki yağış miktarları her dört alana yerleştirilen yağış aletleri ile ölçülmüştür. Bu aletler içerisinde toplanan yağmur suları çeşitli aralıklarla ölçülmüş ve not edilmiş, ayrıca aylık yağış miktarları hesaplanmıştır. 1 Ocak 2002 ile 30 Nisan 2002 tarihleri arasındaki yüzeysel akışa bağlı toprak kaybı her dört alana yerleştirilen kapanlar yardımıyla ölçülmüştür. Kapanların üst kısmındaki 10 metrekarelik alanlar sınırlandırılmıştır. Bu 10 metrekarelik alanlardan yüzeysel akışa bağlı olarak taşınan ve sonunda kapanların içerisinde biriken topraklar, yağış ölçümleri ile aynı aralıklarla plastik poşetlerin içerisine alınmıştır. Bu plastik poşetlerde toplanan topraklar daha sonra laboratuarda analiz edilmiştir. Yüzeysel akışa bağlı toprak kaybı verileri her deneme alam için, ölçülen yağış verilerine, toprak özelliklerine ve yüzey koşullarına bağlı olarak değerlendirilmiştir. Yarıntıların gelişmesi 1 Kasım 2001 ile 30 Nisan 2002 tarihleri arasında izlenmiştir. Yarıntıların üzerinde profiller belirlenmiştir. Yarıntıların gelişmesinin değerlendirilebilmesi için bu profillerin üç aylık aralıklarla kesitleri çıkarılmıştır. İlk kesitler 1 Kasım 2001 'de, ikinci kesitler 31 Ocak 2002'de, üçüncü kesitler ise 30 Nisan 2002'de çıkarılmıştır. Bu üç kesit, aynı çizim üzerinde çakıştırılarak, yarıntıların gelişmesi değerlendirilmeye çalışılmıştır. Sonuçlar, yağış verilerine, yarıntıların havzalarına, toprak özelliklerine, yüzey örtü özelliklerine ve su erozyonu işleyişine göre yorumlanmıştır. Deneme alanlarının toprak özellikleri, 1 Mayıs 2002 ile 30 Haziran 2002 tarihleri arasında analiz edilmiştir. Toprak yüzeylerinden (0-5 cm ve 20-25 cm derinliklerden), yarıntıların yan duvarları ve tabanlarından (0-5 cm derinliklerden) toprak örnekleri 100 santimetre küplük metal silindirler yardımıyla alınmıştır. Alınan bu toprak örnekleri daha sonra laboratuarda analiz edilmiştir. Toprak örneklerinin tane çap sınıfları dağılımı (kum, toz, kil oranları) ve hacim ağırlıkları birlikte tespit edilmiştir. Yüzeysel akışa bağlı toprak kaybı ve yarıntıların gelişmesinin değerlendirilmesi sırasında her deneme alanının yüzeyselIX toprak özelliklerine başvurulmuştur. Yarıntıların yan duvarları ve tabanlarının tane çap sınıfları dağılımı (kum, toz, kil oranları) ve bunlara bağlı olarak toprak türleri, temsil ettikleri yerlere göre kesitlerin üzerlerine yazılmıştır. Yarıntıların gelişmesinin değerlendirilmesi sırasında bu verilere de başvurulmuştur. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, yüzeysel akışa bağlı toprak kaybı açık deneme alanında devam etmiş, fakat ölü ve diri yüzey örtüsüne bağlı olarak, seyrek, kapalı ve tam kapalı deneme alanlarında, görülmemiştir. Yarıntıların gelişmesi açık ve seyrek deneme alanlarında devam etmiştir. Sık ölü ve diri yüzey örtüsüne bağlı olarak, kapalı ve tam kapalı deneme alanlarında yarıntılarda gelişme gözlenmemiştir. Bu sonuçlar, çıplak toprakların şiddetli erozyona müsaitliğini ve Sahil Çamının (Pinus pinaster Aiton) su erozyonunun azaltılmasında etkinliğini açıkça göstermektedir

IV ABSTRACT During the mining activities in the open coal mines of Ağaçlı Region, İstanbul, Turkey, excavated unproductive soils were laid on the productive top soil. As a result, top soil rich with organic material and nutrients were buried below unproductive deep soils lacking cohesive structure. During the years 1988 and 1989, an afforestation program was initiated at the site. Few years later, when the trees were only saplings, a landslide occurred in one area of the site causing the soil to become bare again. Big gullies developed at several locations on the bare soil. Minor gullies occurred in the other areas because of severe rainfalls. As a result of the afforestation program, variable growth of the trees occurred because of the spatially variable soil characteristics. In some areas, trees grew into a dense canopy, while they suffered growth problems in other areas because of the inappropriateness of the soil characteristics. The aim of this research is to determine the effects of water erosion on a bare test area and on three other test areas where variable growth of Coastal Pine (Pinus pinaster Aiton) occurred. The plots that were investigated are referred to as bare test area, sparse test area, dense test area, and denser test area. The bare test area is where landslide occurred. The sparse test area is where the growth of Coastal Pine suffered problems because of the soil characteristics. The dense test area is where Coastal Pine showed better growth. The denser test area is where the Coastal Pine exhibited its best growth in such soil characteristics. As part of this study, field measurements were conducted for the evaluation of water erosion at each test areas. Rainfall data, soil loss due to overland flow and the development of the gullies at each test areas were measured. The soil characteristics ofthese four test areas were also analyzed. This research spanned eight months between 1 November 2001 and 30 June 2002. The rainfall between 1 January 2002 and 30 April 2002 was measured by rainfall devices placed at each test areas. The rainfall collected in these devices was measured and noted at some intervals and monthly total rainfalls were calculated. The soil loss due to overland flow between 1 January 2002 and 30 April 2002 was measured by troughs placed within each test area. The 10 m2 areas sloping down the troughs were bordered. The soils transported from these 10 m2 areas due to overland flow and eventually accumulated in the troughs were collected in the plastic bags at the same intervals with the rainfall measurements. These collected soils were then analyzed in the laboratory. The soil loss data due to overland flow were interpreted for each test area based on the rainfall data, soil characteristics and surface conditions. The development of the gullies was monitored between 1 November 2002 and 30 April 2002. The profiles of the gullies were determined. The cross-sections of these profiles were taken at three-month intervals to evaluate the development of the gullies. The first cross-sections were taken on 1 November 2001, the second cross-sections on 31 January 2002 and the third cross-sections on 30 April 2002. These three cross-sections were superimposed on the same drawing to evaluate the progressive development of the gullies. The results were interpreted with respect to the rainfall data, basins of the gullies, soil characteristics, surface cover conditions and water erosion mechanisms. The soil characteristics of the test areas were analyzed between 1 May 2002 and 30 June 2002. Soil samples were taken from the soil surfaces (from 0-5 cm and 20-25 cm depths) and from the side-walls and floors of the profiles (from 0-5 cm depths) of the gullies by 100 cm3 metal cylinders. These soil samples were then analyzed in the laboratory for particle size distribution and bulk density. The soil surface characteristics of the each test areas were consulted during the evaluation of the soil loss due to overland flow and the development of the gullies. The particle size distributions and related withVI them, the soil types of the side-walls and floors of the profiles of the gullies were marked on the cross-sections according to the locations they represent. They were also consulted during the evaluation of the development of the gullies. According to the results of this study, soil loss due to overland flow continued in the bare test area, but it did not occur in the sparse, dense and denser test areas primarily due to the alive and dead cover over the soil surface. The development of the gullies continued in the bare and sparse test areas. No change in the gullies of the dense and denser test areas was observed primarily due to the dense alive and dead cover. These results demonstrate the susceptibility of bare soils to excessive erosion and the effectiveness of the Coastal Pine (Pinus pinaster Aiton) in limiting water erosion.