Soil erosion risk assessment in arid mediterranean regions using GIS and the Medalus model: the soubella Sub-Catchment, Algeria

Abstract

Мета цієї роботи – дослідження ерозії ґрунту та деградації земель у підводозбірному басейні Субелла регіону Ходна, Алжир, районі, що формується посушливими кліматичними умовами від напівпосушливих до посушливих. Для оцінювання ризику ерозії модель MEDALUS (Середземноморське опустелювання та земле- користування) була поєднана з просторовим аналізом на основі ГІС. Ерозія ґрунту є критичною екологічною проблемою у регіонах з обмеженим водним балансом, де суворий клімат та антропогенний тиск посилюють деградацію земель. У методологічному підході використано чотири індекси: якість ґрунту (SQI), якість клімату (CQI), якість рослинності (VQI) та антропогенна якість (AQI). Ці показники отримано на підставі даних дистанційного зондування, інструментів ГІС та польових досліджень. Запропоновано інтегровану основу для оцінювання вразливості екосистеми. Підводозбірний басейн охоплює площу 1837,33 км² з висотами від 376 до 1871 м та середнім ухилом 19,02 м/км, що вказує на помірно пересічений рельєф. Напівпосушливий клімат характеризується високими температурами, рідкісними та нерегулярними опадами, а також значною мінливістю. На ділянці греблі Субелла середньорічна кількість опадів – лише 289 мм, що свідчить про кліматичний стрес для ґрунту та рослинності. Карта чутливості до ерозії виявила три категорії: неуражені території (27,5 %), чутливі території (16,1 %) та високочутливі території (56,4 %). Ця закономірність ілюструє комбінований вплив клімату, рельєфу, рослинного покриву та землекористування на динаміку ерозії. Результати дослідження демонструють переважання високочутливих зон, підкреслюючи крихкість посушливих екосистем та необхідність превентивних заходів. Визначаючи схильні до ерозії сектори, дослідження надає важливі рекомендації для осіб, що приймають рішення щодо впровадження стратегій сталого управління земельними ресурсами, які пом’якшують ризики ерозії та підвищують стійкість у регіоні Ходна.This study investigates soil erosion and land degradation in the Soubella sub-watershed of the Hodna region, Algeria, an area shaped by dryland climatic conditions ranging from semi-arid to arid. To evaluate erosion risk, the MEDALUS (Mediterranean Desertification and Land Use) model was combined with GIS-based spatial analysis. Soil erosion represents a critical environmental challenge in water-limited regions, where harsh climate and human pressures intensify land degradation. The methodological approach relied on four indices: Soil Quality (SQI), Climate Quality (CQI), Vegetation Quality (VQI), and Anthropogenic Quality (AQI). These indicators were derived from remote sensing data, GIS tools, and field surveys, offering an integrated framework for assessing ecosystem vulnerability. The sub-watershed spans 1,837.33 km², with elevations ranging from 376 to 1,871 m and an average slope of 19.02 m/km, indicating moderately rugged terrain. The semi-arid climate is characterized by high temperatures, scarce and irregular rainfall, and significant variability. At the Soubella dam site, the mean annual rainfall is only 289 mm, highlighting the climatic stress on soil and vegetation. The erosion sensitivity map revealed three categories: non-affected areas (27.5 %), sensitive areas (16.1 %), and highly sensitive areas (56.4 %). This pattern illustrates the combined influence of climate, relief, vegetation cover, and land use in driving erosion dynamics. The findings highlight the predominance of highly sensitive zones, underlining the fragility of dryland ecosystems and the need for preventive measures. By identifying erosionprone sectors, the research provides essential guidance for decision-makers to implement sustainable land management strategies that mitigate erosion risks and enhance resilience in the Hodna region.