Background: Previous studies on the biological integrity on habitat and landuse patterns demonstrated ecological stream health in the view of regional or macrohabitat scale, thus ignored the mesoscale habitat patterns of pool, riffle, and runs in the stream health analysis. The objective of this study was to analyze influences on the mesohabitat structures of pool, riffle, and run reaches on the fish guilds and biological integrity in Geum-River Watershed. Results: The mesohabitat structures of pool, riffle, and run reaches influenced the ecological stream health along with some close relations on the fish trophic and tolerance guilds. The mesoscale components altered chemical water quality such as nutrients (TN, TP) and BOD and these, then, determined the primary productions, based on the sestonic chlorophyll-a. The riffle-reach had good chemical conditions, but the pool-reach had nutrient enrichments. The riffle-reach had a predominance of insectivores, while the pool-reach has a predominance of omnivores. Also, the riffle-reach had high proportions of sensitive fish and insectivore fish, and the pool-reach had high proportions of tolerant species in the community composition. The intermediate fish species in tolerance and omnivorous fish species in the food linkage dominated the community in the watershed, and the sensitive and insectivorous fishes decreased rapidly with a degradation of the water quality. All the habitat patterns were largely determined by the land-use patterns in the watershed. Conclusions: Trophic guilds and tolerance guilds of fish were determined by land-use pattern and these determined the stream health, based on the Index of Biological Integrity. This study remarks the necessity to include additional variables to consider information provided by mesohabitats and land-use distributions within the selected stream stretch. Overall, our data suggest that land-use pattern and mesohabitat distribution are important factors to be considered for the trophic and tolerance fish compositions and chemical gradients as well as ecological stream health in the watershed.
Hyporheic zone is a region beneath and alongside a stream, river, or lake bed, where there is mixing of shallow groundwater and surfacewater. Hyporheic exchange controls a variety of physical, biogeochemical and thermal processes, and provides unique ecotones in a aquatic ecosystem. Field and experimental observations, and modeling studies indicate that hyporheic exchange is mainly in response to pressure gradients driven by the geomorphological features of stream beds. In the reach scale of a stream, pool-riffle structures dominate the exchange patterns. Flow over a pool-riffle sequence develops recirculation zones and stagnation points, and this flow structures make irregular pressure gradient which is driving force of the hyporheic exchange. In this study, 3 D hydro-dynamic model solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations for the surface water and Darcy's Law and the continuity equation for ground water. The two sets of equations are coupled via the pressure distribution along the interface. Simulation results show that recirculation zones and stagnation points in the pool-riffle structures dominantly control the upwelling and downwelling patterns. With decrease of recirculation zones, length of donwelling zone formed in front of riffles is reduced and position of maximum downwelling point moves downward. The numerical simulation could successfully predict the behavior of hyporheic exchange and contribute the field study, river management and restoration.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.32
no.2
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pp.102-119
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2004
This study investigates the relation between the location of a habitat and the ecological connections according to the habitat type in the riparian zone at the Bokha stream. Stream habitat is classified into nine types for the aquatic insects and fish. For vegetation and birds, habitat is classified into five types of medium-scale streams, including both physical and chemical streams are analyzed accordingly. The major results of this study are as follows: 1) A pool connected to the main stream has a certain water depth (about 80 cm) and is disturbed at least 5 to 6 times a year. Although the pool has a somewhat bad water quality, it provides a habitat for various types of young fish. 2) A meander riffle is about 15 cm deep, the flow velocity in the region is about 75 cm/s. This region does not have large structures to which aquatic insects can attach, so it cannot be used as a spawning ground. 3) A rock type pool is about 60 cm deep, the flow velocity in the meander riffle is about 25 cm/s. In this region, many aquatic insects attached to large structures appear. Due to various riparian vegetation, the rock type pool is used as a habitat for aquatic insects. 4) A pool which is only connected to the main stream during floods has a bad water quality. Despite of its relatively small size, it has a high population density of aquatic insects. faculty.
Kim, Bong Sung;Sim, Kwang Sub;Kim, Sun Hee;Kwon, O Chang;Seo, Eul Won;Lee, Jong Eun
Journal of Environmental Science International
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v.22
no.3
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pp.309-318
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2013
This study was conducted for determining the influence of artificial structures on benthic macroinvertebrate communities in stream. Sampling was taken at upper(pool), down(riffle) and control(riffle) from two check dams, two weirs, one agricultural reservoir, and one multipurpose dam in northern part of Gyeongsangbuk-do. The benthic macroinvertebrate communities of these structures were surveyed during 2009 to 2011. The simple habitat of benthic macroinvertebrates occurred at the upper sites due to pooling effects from artificial structures. Specifically, Check dam1, Jusanji, Imha dam showed very low biological attribute values compared to the down and control sites, which have greater difference in substrate characteristics. However, in the upper sites of Check dam2, Weir1 and Weir2, the difference of values of biological attributes was relatively smaller. Also, proportion of functional feeding groups and functional habit groups were relatively simpler at upper stream and the degree of community differences was greater between upper and down, control sites. Spearman's correlation between biological attributes and substrate characteristics, water quality parameters had significant correlations; particularly, the substrate characteristics were more significantly related. In conclusion, the pool caused by artificial structures had negative effects on benthic macroinvertebrate communities thus leading to simplified stream habitats at upper stream ecosystems.
This present study conducted the impact of the restoration of low-flow channel on fish habitat in a reach of the Wonju Stream, Korea. The target species were Zacco koreanus, a dominant species in the middle- and upper-stream of Wonju Stream. The River2D model was used for the computation of the flow and the habitat suitability index model was used to estimate the quantity and quality of fish habitat using habitat suitability curves. In order to restore the study area, the low-flow channel was identified through the bankfull discharge of the study reach, and the best hydraulic section was designed. In addition, various restoration techniques were applied to the low-flow channel through rocks, pool/riffle structures, and the change of the channel width. Simulation results indicated that the restoration of the best hydraulic section effects decreased habitat suitability for the target species. However, when various restoration techniques were applied, the WUA (Weighted Usable Area) was improved by about 11%.
This study analyzed the aspect of bed change according to the stable channel design on the Wonju River to quantitatively evaluate habitat suitability (HS). According to the result of evaluating stable channel of object section in the Wonju River, 17 sections among total 20 sections were stable and 3 sections were unstable. Physical disturbance improvement evaluation (PDIE) was the range average showed good disturbance condition with a range average of 112.17 points. Habitat suitability index of Zacco Koreanus, the most dominant species of the Wonju River, was used for analysis of physical habitat for fish. According to the physical habitat analysis result, HS was 0.16 and weighted usable area (WUA) was $347.68m^2$. The methods of improving/introducing/removing structures and dredging stream channel were used for stable channel design of unstable channel, and analyzed PDIE according to the aspect of bed change and changes in habitat suitability. Stable channel design was possible in 19 sections in times of structures improvement/introduction/removal, and PDIE was 117.53 points, HS was 0.14 points, and WUA was $313.37m^2$. Stable channel design was possible in all 20 sections when dredging the stream channel. PDIE was 116.50 points, HS was 0.16, and WUA was $332.14m^2$. Therefore, this study obtained channel design measures that can improve physical soundness and stability of the Wonju River, and it was analyzed that it will have no impact on changes of physical disturbance and physical habitat. Furthermore, this study analyzed velocity and depth of each section and appearance frequency of riffle and pool to analyze correlation between physical disturbance and physical habitat. According to the analysis result, it was identified that the analysis of riffle and pool showed similar result as the evaluation result of physical habitat.
To understand the relationship between water velocity in a fishway and fish morphology, the fineness ratio of fish, expressed as the standard length to the body depth, was measured. The fineness ratios of fish groups belonging to Cyprinidae, Acheilognathinae, Centropomidae, and Centrachidae were relatively low. The FRs of other groups, excluding eel-shaped types of fish, were over 4.5, indicating streamlined structures. The fineness ratios of Korean fish were classified into three different types: type I was Bitterling-Carp group that favored a slow-flowing pool habitat(FRs ranged from 2.1 to 3.3), type II was the Chub group representing streamlined types (FRs FRs ranged from 3.7 to 5.2), and type III was the Smelt-Barbel fish group that preferred riffle-run habitats with high velocity (FRs is over 5.2). Fish abundance analysis of fish using the fishway during the experimental periods showed a relatively high abundance of both type II and III compared to type I. The FRs of the fish passing through fishway(velocity 0.5-1.0 m s-1) ranged from 4.5 to 5.0, indicating that the fish using the fishway were mainly the streamlined type. As one of the standard fishways in Korea, the flow rate of the ice harbor type ranged from 0.2 to 2.6 m s-1. The FR values of the fish groups using the fishway ranged from 4.3 to 5.0. In contrast, the flow rate measured in an artificial channel type of fishway (same as a natural type of fishway) ranged from 0.1 to 1.9 m s-1 and the FR values for the fish groups using a natural type of fishway ranged from 3.3 to 5.3. The low FR values in natural fish are considered to be due to differences in the flow rates between the two types of fishways.
Geomorphological, bed material and hydraulic characteristics are basis informations for the planning, design and management of the river in the aspect of flood control and environmental conservation, and it is very important to use these informations for the design of stable channel. In this study, dominant discharge was selected, geomorphological and hydraulic characteristics were analyzed using that discharge and also the characteristics of bed materials distribution were analyzed and bed materials-flow resistance relationship was evaluated, for the upstream section of Namgang dam. The dominant discharge was estimated a return period of approximately 1.5 year and stream type were classified Segment 1 and Segment 2 in this stream. Also, the frequency of riffle-pool showed 4.4 because this study area has the characteristics of natural channel that have not channel-crossing structures. In dominant discharge, according to the results that analyzed relationship between $h/d_{50}$ and $V/u_*$ to calculate flow resistance by bed materials, Julian's formula showed to appropriate in channel where is relatively close to natural river and is predominantly consisted of gravel, cobble, boulder and rock in mountain, and it was confirmed that the image processing methodology will be easily applied to the analysis of bed materials distribution in future.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.878-886
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2018
This study quantified the sounds of riffles and pools in natural rivers and conducted a comparative analysis of the frequency and sound pressure per flow velocity. The surveyed area was Namdaecheon basin in Yangyang-gun, Gangwon-do and the sounds of a total of 23 sites were analyzed. A hydro microphone was used to measure the sound and analyze the data using an acoustic analysis program. The location was also selected at places with minimal ambient noise and the measurement points were the depth of riffles and pools. The results revealed an average difference of 0.515 m/s for flow velocity at 8 riffles and 15 pools. The difference in sound pressure occurred due to the flow velocity. In the case of sound pressure, it was measured at an average of 176.8 dB for riffles and 168.2 dB for pools, demonstrating a difference of approximately 8.6 dB. Furthermore, in the case of maximum sound pressure, riffles showed a constant range between 200 Hz and 250 Hz, while the pools exhibited maximum sound pressure at various frequencies from 200 Hz to 1,000 Hz. This revealed the ecological stream reproduction, development of preferred sound sources for aquatic life, and design of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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