Assessing Soil Erosion in the Nyagako Sub-catchment, Rwanda - Integrating GIS Analysis, Turbidity Measurements, and Sediment Fingerprinting
(2024) In TVVR 5000 VVRM05 20241Division of Water Resources Engineering
- Abstract
- Soil erosion is a significant challenge in Rwanda, particularly within the Nyagako sub-catchment, where this study focuses on a delimited area. This research investigates the sources and contributing factors of soil erosion using GIS analysis, turbidity measurements, and sediment fingerprinting with a deconvoluted MixSIAR (D-MixSIAR) model in R. The objectives were to identify erosion-prone areas, assess various factors' impacts, and evaluate the methodology's efficacy. Results revealed that the most downstream region (Zone C) is the most erosion-prone, contributing 70-80% of the total sediment, while CA (alluvium and colluvium deposits) as the most erosion-prone source per hectare across the zones. The most upstream region (Zone A) was... (More)
- Soil erosion is a significant challenge in Rwanda, particularly within the Nyagako sub-catchment, where this study focuses on a delimited area. This research investigates the sources and contributing factors of soil erosion using GIS analysis, turbidity measurements, and sediment fingerprinting with a deconvoluted MixSIAR (D-MixSIAR) model in R. The objectives were to identify erosion-prone areas, assess various factors' impacts, and evaluate the methodology's efficacy. Results revealed that the most downstream region (Zone C) is the most erosion-prone, contributing 70-80% of the total sediment, while CA (alluvium and colluvium deposits) as the most erosion-prone source per hectare across the zones. The most upstream region (Zone A) was the second-highest contributor, with GG as the major contributing source, accounting for 60.9% at Zone A's outlet and 11.3% at the final outlet. A strong positive correlation was found between soil erosion and the cultivation-forest ratio, while steep gradients showed a negative correlation. Turbidity analysis highlighted the impact of mining activities and rainfall events on erosion rates, with backtracking indicating significant contributions from sub-catchments A1 and A5. This research offers a methodological approach to assess soil erosion within challenging environments with limited resources, providing valuable insights for future soil erosion assessment. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Jorderosion är en global utmaning som påverkar miljontals hektar mark och leder till betydande förluster i jordbruksproduktivitet och ökad sedimentering i vattendrag och sjöar. Faktorer såsom intensivt jordbruk, avskogning och förändringar i markanvändning bidrar avsevärt till detta problem. I och med klimatförändringarnas intåg med ökade extrema väderförhållanden förväntas jorderosionen att öka jorden runt.
I Rwanda är jorderosion ett allvarligt miljöproblem. Det kuperade landskapet med branta sluttningar, regnperioder med kraftiga regnskurar, samt intensivt jordbruk och gruvdrift längs vattendragen gör Rwanda särskilt utsatt för jorderosion. Nyagako-delavrinningsområde är ett särskilt utsatt område för jorderosion i Rwanda och har... (More) - Jorderosion är en global utmaning som påverkar miljontals hektar mark och leder till betydande förluster i jordbruksproduktivitet och ökad sedimentering i vattendrag och sjöar. Faktorer såsom intensivt jordbruk, avskogning och förändringar i markanvändning bidrar avsevärt till detta problem. I och med klimatförändringarnas intåg med ökade extrema väderförhållanden förväntas jorderosionen att öka jorden runt.
I Rwanda är jorderosion ett allvarligt miljöproblem. Det kuperade landskapet med branta sluttningar, regnperioder med kraftiga regnskurar, samt intensivt jordbruk och gruvdrift längs vattendragen gör Rwanda särskilt utsatt för jorderosion. Nyagako-delavrinningsområde är ett särskilt utsatt område för jorderosion i Rwanda och har valts ut för denna studie. Syftet är att identifiera de mest erosionbenägna jordarterna och områdena samt undersöka de största bidragande faktorerna bakom erosionen och utvärdera de metoder som används.
De metoder som användes i studien inkluderar det digitala kartverktyget GIS, som användes genomgående för att kartlägga och analysera de topografiska och geologiska egenskaperna, både i förstudien inför fältarbetet och vid tolkning av resultaten. Den huvudsakliga metoden var fingeravtrycksanalys av sediment, där den geokemiska sammansättningen av sedimentprover från floden analyserades för att spåra deras ursprung med hjälp av det statistiska verktyget MixSIAR. Som komplement genomfördes turbiditetsmätningar för att uppskatta klarheten i floden och dess bifloder, vilket hjälpte till att förstå påverkan av nederbörd och mänskliga aktiviteter på erosionen.
Studien identifierade att den mest nedströmsbelägna regionen var det mest erosionbenägna området, vilket uppskattades stå för ungefär 70-80% av den totala erosionen. Alluviala och kolluviala avlagringar, som är lösa sediment som ofta finns i dalar och längs sluttningar, hade det största bidraget per hektar. Den mest uppströmsbelägna regionen stod för det näst största bidraget till erosionen, där granit och gnejs var de primära jordarterna, motsvarande 60% av det totala bidraget från denna region. Kraftigt regn observerades påverka erosionstakten i hög grad, och mänskliga aktiviteter, såsom gruvdrift och jordbruksmetoder, visade sig ha en betydande inverkan på jorderosion. Områden med högre jordbruk-skogs förhållande visade en högre erosionsbenägenhet.
Summering av studien visade att en mångsidig metod var nödvändig för att bedöma jorderosion. Kombinationen av GIS, fingeravtrycksanalys och turbiditetsmätningar gav en omfattande förståelse av jorderosion och dess dynamik i Nyagako-delavrinningsområde. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9168790
- author
- Hultemar, Philip LU
- supervisor
-
- Erik Nilsson LU
- organization
- course
- VVRM05 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Soil erosion, Sediment fingerprinting analysis, GIS, Rwanda, Turbidity, MixSIAR, Deconvoluted, RUSLE
- publication/series
- TVVR 5000
- report number
- TVVR24/5002
- ISSN
- 1101-9824
- language
- English
- id
- 9168790
- date added to LUP
- 2024-08-15 13:48:53
- date last changed
- 2024-08-15 13:48:53
@misc{9168790,
abstract = {{Soil erosion is a significant challenge in Rwanda, particularly within the Nyagako sub-catchment, where this study focuses on a delimited area. This research investigates the sources and contributing factors of soil erosion using GIS analysis, turbidity measurements, and sediment fingerprinting with a deconvoluted MixSIAR (D-MixSIAR) model in R. The objectives were to identify erosion-prone areas, assess various factors' impacts, and evaluate the methodology's efficacy. Results revealed that the most downstream region (Zone C) is the most erosion-prone, contributing 70-80% of the total sediment, while CA (alluvium and colluvium deposits) as the most erosion-prone source per hectare across the zones. The most upstream region (Zone A) was the second-highest contributor, with GG as the major contributing source, accounting for 60.9% at Zone A's outlet and 11.3% at the final outlet. A strong positive correlation was found between soil erosion and the cultivation-forest ratio, while steep gradients showed a negative correlation. Turbidity analysis highlighted the impact of mining activities and rainfall events on erosion rates, with backtracking indicating significant contributions from sub-catchments A1 and A5. This research offers a methodological approach to assess soil erosion within challenging environments with limited resources, providing valuable insights for future soil erosion assessment.}},
author = {{Hultemar, Philip}},
issn = {{1101-9824}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TVVR 5000}},
title = {{Assessing Soil Erosion in the Nyagako Sub-catchment, Rwanda - Integrating GIS Analysis, Turbidity Measurements, and Sediment Fingerprinting}},
year = {{2024}},
}