Assessing soil erosion in a small Sicilian basin by caesium-137 measurements and a simplified mass balance model

Abstract

The caesium-137 technique affords both an alternative to conventional measurement methods and an effective quantitative estimate of soil redistribution at the basin scale. Among the available calibration relationships which link the degree of increase or depletion of the ¹³⁷Cs activity relative to the baseline ¹³⁷Cs input and sediment yield, the mass balance approach has received increased application for its physical basis. First, the applicability of the refined simplified point-based mass balance (RSPMB) model of Zhang et al. (1999) at the scale of the morphological unit is proposed herein. The ¹³⁷Cs spatial distribution measured in a small Sicilian basin and the spatial distribution of the sediment yield calculated by a sediment delivery distributed approach are used to estimate values of the two key parameters of the RSPMB model, φ₁ and φ₂, the fraction of ¹³⁷Cs fallout incorporated into soil and a particle size correction factor, respectively. Finally, the best procedure for experimental testing of a distributed sediment yield model by using caesium-137 measurements is investigated.

Résumé

L'utilisation du ¹³⁷Cs permet de surmonter beaucoup de difficultés associées aux méthodes traditionnelles de suivi de l'érosion et offre un moyen efficace d'obtenir de bonnes estimations de la redistribution des sols sur un bassin. Parmi les nombreuses relations établies afin d'établir le rapport entre les modifications de l'inventaire du ¹³⁷Cs dans les sols et les données des retombées de ¹³⁷Cs localisées et la production de sédiments, les modèles de bilan de masse ont continué de susciter un grand intérêt en raison de leur fondement physique. Dans cet article les auteurs ont étudié l'utilisation des modèles de bilan de masse établis, à partir de mesures de ¹³⁷Cs sur des prélèvements ponctuels, selon les unités morphologiques du bassin versant. La distribution spatiale du ¹³⁷Cs et les taux de redistribution du sol ont été utilisés pour estimer les paramètres des modèles de bilan de masse. Enfin, les auteurs ont établi une méthode permettant de vérifier expérimentalement la distribution spatiale de l'érosion estimée par le modèle d'érosion utilisant les donnés de ¹³⁷Cs.