Recently, not only Korea but also the world has been suffering from problems related to coastal erosion. The hard defense method has been primarily used as a countermeasure against erosion. However, this method is expensive and has environmental implications. Hence, interest in other alternative methods, such as the eco-friendly vegetation method, is increasing. In this study, we aim to analyze the hydraulic characteristic of submerged rigid vegetation according to the cross-sectional change through a hydraulic experiment and numerical simulation. From the hydraulic experiment, the reflection coefficient, transmission coefficient, and energy dissipation coefficient were analyzed according to the density, width, and multi-row arrangement of the vegetation zone. From numerical simulations, the flow field, vorticity distribution, turbulence distribution, and wave distribution around the vegetation zone were analyzed according to the crest depth, width, density, and multi-row arrangement distance of the vegetation zone. The hydraulic experiment results suggest that the transmission coefficient decreased as the density and width of the vegetation zone increased, and the multi-row arrangement condition did not affect the hydraulic characteristics significantly. Moreover, the numerical simulations showed that as the crest depth decreased, the width and density of vegetation increased along with vorticity and turbulence intensity, resulting in increased wave height attenuation performance. Additionally, there was no significant difference in vorticity, turbulence intensity, and wave height attenuation performance based on the multi-row arrangement distance. Overall, in the case of submerged rigid vegetation, the wave energy attenuation performance increased as the density and width of the vegetation zone increased and crest depth decreased. However, the multi-row arrangement condition did not affect the wave energy attenuation performance significantly.
This study assessed the contribution of emergent vegetation (Phragmites australis, Typha latifolia, and Nelumbo nucifera) to the submerged surface area, the amount of biofilms attached to the submerged portions of the plants, and the treatment performance of a free water surface (FWS) constructed wetland. Results showed that a 1% increase ($31m^2$) in the vegetative area resulted in an increase of $220m^2$ of submerged surface area, and 0.48 kg Volatile Suspended Solids (VSS) of attached biofilm. As the vegetation coverage increased, effluent organic matter and total Kjeldahl nitrogen decreased. Conversely, a higher nitrate concentration was found in the effluent as a result of increased nitrification and incomplete denitrification, which was limited by the availability of a carbon source. In addition, a larger vegetation coverage resulted in a higher phosphorus in the effluent, most likely released from senescent biofilms and sediments, which resulted from the partial suppression of algal growth. Based on the results, it was recommended that constructed wetlands should be operated with a vegetation coverage of just under 50% to maximize pollutant removal.
The open-channel flow with submerged vegetation shows distinct features in two separate regions, namely upper and vegetation layers. In the upper layer, the flow is akin to the open-channel flow, while the flow in the vegetation layer is relatively uniform with suppressed turbulence due to vegetation stems. This paper presents laboratory experiments to investigate the characteristics of turbulent flows and suspended sediment transport in open-channel flows with submerged vegetation. An open-channel facility, 0.5 m wide and 12 m long, was used for laboratory experiments. Various discharges were employed with depth ratios of 2~3, and wooden cylinders were used for vegetation. To make equilibrium suspension, sediment particles of median diameter of 75 ${\mu}M$ were fed until capacity condition. Laser Doppler velocimeter was used to measure instantaneous velocity, and direct sampling with vinyl tube was used to measure the concentration of suspended sediment. Using the sampled data, the mean flow and turbulence structures were provided and characteristics of suspended sediment concentration with Rouse number were presented.
Kim, Ki-Hwan;Jin, Seung-Nam;Cho, Hyung-Jin;Cho, Kang-Hyun
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.45
no.1
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pp.52-61
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2012
Distribution, abundance and biomass of submerged macrophytes were assessed using a double-headed rake and an echo-sounder in the Keumpoong Reservoir to investigate the temporal and spatial variations of submerged macrophytes in a small agricultural reservoir located upstream. Slope steepness and water depth in the littoral zone were important controlling factors on flora and vegetation structure of submerged macrophytes. Biodiversity of submerged macrophytes was increased at a gentle slope of the littoral zone. The results of DCA (detrended correspondence analysis) showed that the structure of submerged vegetation depended on the depth of water. Submerged macrophytes were distributed at the maximum water depth of 2.8 m in the Keumpoong Reservoir. The area occupied by the submerged macrophytes was estimated at only 6% of the total reservoir area because of the steep slope of the littoral zone and the large annual water-level fluctuation of 3.5 m. The increase of water level and inflow of turbid water in the rainy season might reduce the biomass of submerged macrophytes in the reservoir. It may be concluded that submerged vegetation in the Keumpoong Reservoir, a small agricultural reservoir located at the upstream, appears to be particularly susceptible to water level fluctuations and slope steepness of the littoral zone.
Kim, Myung-Hyun;Han, Min-Su;Bang, Hea-Son;Jung, Myung-Pyo;Na, Young-Eun
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.28
no.4
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pp.365-370
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2009
The aim of this study was to investigate the vegetation types of Minarimot, in Jeju Islands. The vegetation types were classified by the Z-M school method and cluster analysis. The vegetation in Minarimot was classified into 6 communities and 2 subcommunities: Persicaria thunbergii-Isachne globosa community (vegetation type: A), Scirpus tribangulatus-Eleocharis manillata var. cyclocarpa community (B) (Aneilema keisak subcommunity (B-1) and Caldesia parnassifolia-Potamogeton distinctus subcommunity (B-2)), Eleocharis kuroguwai community (C), Phragmites communis community (D), Scirpus tabernaemontani community(E) and Typha orientalis community (F). These communities were grouped into three main categories according to cluster analysis. The community (A) established at the edge of the wetland which has the driest condition was distinguished as Group I, while the community (B) emerged in the submerged zone was distinguished as Group III. The Group II was designated as the communities (C, D, E, F) between Group I and III, whose communities were occasionally submerged. The result of principal coordinate analysis (PCoA) appeared that the different vegetation established along the wetland were depending on water environment such as water depth and the period submerged.
Open-channel flows with submerged vegetation show two distinct flow structures in the vegetation and upper layers. That is, the flow in the vegetation layer is featured by relatively uniform mean velocity with suppressed turbulence from shear, while the flow in the upper layer is akin to that in the plain open-channel. Due to this dual characteristics, the flow has drawn many hydraulic engineers' attentions. This study compares layer-averaged models for flows with submerged vegetation. The models are, in general, classified into two-layer and three-layer models. The two-layer model divides the flow depth into vegetation and upper layers, while the three-layer model further divides the vegetation layer into inner and outer vegetation layers depending on the influence of the bottom roughness. This study compares the two-layer model and the three layer-model. It is found that the two-layer model predicts better the average value of the velocity and the prediction by the three-layer model is sensitive to Reynolds shear stress. In the three-layer model, the mean flow in the inner vegetation layer does not affect the flow seriously, which motivates the proposal of the modified two-layer model. The two-layer model, capable of predicting non-uniform mean velocity, is based on the Reynolds stress which is linear and of power form in the upper and vegetation layers, respectively. Application results reveal that the modified two-layer model predicts the mean velocity at an accuracy similar to the two- and three-layer models, but it predicts poorly in the case of very low vegetation density.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6B
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pp.345-354
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2012
The main objective of this study is evaluating experimentally roughness coefficients of the Korean riparian vegetations based on the n-VR analysis to suggest the practical guideline for Manning's roughness coefficients for the channel design. Hydraulic experiments were conducted for Phragmites japonica Steud., Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Benth., and Phragmites communis Trin. under both submerged and un-submerged conditions, and the n-VR relationships are developed for each grass. Three vegetations tested in this study can be considered as same group showing similar roughness characteristics, though these grasses are strongly affected by vegetation stiffness. Vegetation roughness are also affected by the growth state of plants according to experimental results of Phragmites communis Trin.
A good understanding of the interaction between flow, vegetation, and sediment is required for successful river restoration and sustainable flood management. The purpose of this paper is to provide a summary of available methods to determine flow resistance of natural rivers with vegetation, and discuss the influence of vegetation on erosion and sedimentation processes. Recently, significant advances have been made, but the effects of vegetation on flow and sediment dynamics are still not fully understood. Possible solutions to close the gaps in the current knowledge are suggested, with special focus directed to the determination of the interactive width between main channel and vegetated floodplains, the flow resistance of flexible vegetation with and without leaves, and the flow over submerged vegetation with low water depth.
Kim, Nam-Won;Lee, Jeong-Woo;Chung, Il-Moon;Kim, Ji-Tae
Journal of Environmental Science International
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v.20
no.11
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pp.1457-1464
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2011
In this study, the method of estimating hydrologic information (water depth, submerged period etc.) on the proper selection of construction point and scale as well as vegetation type suggested for the design of natural riparian rehabilitation structure. Long-term comprehensive watershed model SWAT-K(Korea) was applied to this purpose. Flow duration analysis was conducted to analyze the hydrologic characteristics of Pyungchang watershed at which the 'bangtul' construction method was tested. For this purpose 20 years (1989-2008) rainfall runoff analysis was carried out. Based on the simulated daily streamflow data, flow duration curve was made to analyze the flow characteristics, and the water depth hydrograph was made to analyze the water depth distribution at the cross section. Finally, the information for the selection of proper vegetation according to the submerged period is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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