This study investigated changes of hydrology, soil characteristics, riparian vegetation communities, and geomorphology in sandbars before and after sand-mining to determine the effect of sand-mining at upstream of Guemgang and Bochungcheon streams in Korea. Sand-mining events affected the mining area. They supplied organic matters and nutrients during flood. Sediment deposition caused soil texture change and expansion of vegetation area. However, riverbeds were stabilized after the disturbance. According to the analyses of aerial photographs, the vegetation area was significantly expanded in both dam-regulated streams and dam-unregulated streams after sand-mining. Willow shrubs advanced in disturbed area at an average of 10 years after sand-mining. It took willows trees 10.6 years to become dominant communities. Therefore, it took a total of 20.6 years for new riparian forest to form in sandbar after sand-mining. Our results confirmed that stream flow condition were dependent on vegetation recruitment in dam-regulated streams and dam-unregulated streams. For willow recruitment in unregulated streams, calculation of water level below dimensionless bed shear stress is important because low water level variation is a limiting factor of vegetation recruitment.
In this study, the numerical simulation regarding the process and characteristics of topography change due to the vegetation recruitment and growth was carried out by adding the vegetation growth model to two-dimensional flow and sediment transport models. The vegetation introduction and recruitment on the condition for developing an alternate bar reduced the bar migration. The vegetated area and channel width changes were more significantly influenced by changes in upstream discharge rather than the duration of low flow. When the upstream discharge decreased, the vegetation area increased and the channel width decreased. The vegetation introduction and recruitment on the condition for developing a braided channel significantly influenced the characteristics of topography changes. In the braided channel, vegetation reduced the braided index, and when the upstream discharge decreased significantly, the channel topography was changed from the braided channel to the single channel. The vegetation area decreased as the upstream discharge increased. The channel width decreased significantly after the vegetation was introduced and it also decreased as the upstream discharge decreased. It was confirmed through the numerical simulation that a decrease in flood discharge accelerated the vegetation introduction and recruitment in the channel and this allowed to confirm its influence on the characteristics of topography changes qualitatively.
Changes of geomorphology in alluvial river and vegetation recruitment on its floodplain downstream from dams are investigated both qualitatively and quantitatively focusing on the downstream of Andong dam and Imha dam on the Nakdong River. Results of the analyses of river morphology and bed material in the study site show a general trend of riverbed degradation with a max scour of 3 m and bed material coarsening from pre-dam value of 1.5 mm in D50 to post-dam value of 2.5 mm. Decrease in bed shear stress due to the decrease in flood discharge have caused vegetation recruitment on the once-naked sandbars. As result, the ratio of area of vegetated bars over total area of bars has drastically changed from only 7% in 1971 before the Andong dam (constructed in 1976) to 25% after it, and increased to 43% only three year after the Imha dam (constructed in 1992) and eventually to 74% by 2005. Analysis of the vegetation succession at Wicjeol subreach, one of the three subreaches selected in this study for detailed investigation, has clearly shown a succession of vegetation on once-naked sand bars to a pioneering stage, reed and grass stage, willow shrub and eventually to willow tree stages. At the second subreach selected, two large point bars in front of Hahoe Village seem to have maintained their sand surfaces without a signifiant vegetation recruitment until 2005. The sand bars, however, seem to have been invaded by vegetation recently, which warns river managers to have a countermeasure to protect the sand bars from vegetation invasion in order to conserve them for the historical village of Hahoe. On the other hand, recruitment and establishment of vegetation on the sand bars by artificial disturbance of the river, such as damming, can create an unique habitat of backmarsh in the sandy river, as shown in the case of Gudam Wetland, and may increase the biodiversity as compared with relatively monotonous sand bars. Last, the premise in this study that decrease in flood discharge due to upstream dams and decrease in bed shear stress can induce vegetation recruitment on the naked sand bars in the river has been verified with the analyses of the distribution of dimensionless bed shear stress along the selected cross section in each subreach.
This study focuses on the categorization of the phenomenon of vegetative recruitment on riparian channels, so called, the phenomenon from "white river" to "green river", and proposes for the corresponding research direction. According to the literature review and research outputs obtained from the authors' previous research performed in Korea within a limited scope, the necessary and sufficient conditions for the recruitment and retrogression of riparian vegetation may be the mechanical disturbance (riverbed tractive stress), soil moisture (groundwater level, topography, composition of riverbed material, precipitation etc.), period of submergence, extreme weather, and nutrient inflow. In this study, two categories, one for the reduction in spring flood due to the change in spring precipitation pattern in unregulated rivers and the other for the increase in nutrient inflow into streams, both of which were partially proved, have been added in the categorization of the vegetative recruitment and retrogression on the riparian channels. In order to scientifically investigate further the phenomenon of the riparian vegetative recruitment and retrogression and develop the working riparian vegetative models, it is necessary to conduct a systematic nationwide survey on the "white to green" rivers, establishment of the categorization of the vegetation recruitment and retrogression based on the proof of those hypotheses and detailed categorization, development of the working mathematical models for the dynamic riparian vegetative recruitment and retrogression, and adaptive management for the river changes.
Phenomenon of vegetation recruitment on the sand bar is drastically rising in the streams and rivers in Korea. In the 1960s prior to industrialization and urbanization, most of the streams were consisted of sands and gravels, what we call, 'White River'. Owing to dam construction, stream maintenance, etc. carried out since the '70s, the characteristic of flow duration and sediment transport have been disturbed resulting in the abundance of vegetation in the waterfront, that is, 'Green River' is under progress. This study purposed to identify the correlation among water level, water temperature, rainfall, soil moisture and soil texture out of the factors which give an effect on the vegetation recruitment on the sand bar of unregulated stream. To this purpose, this study selected the downstream of Naeseong Stream, one of sand rivers in Korea, as the river section for test and conducted the monitoring and analysis for 289 days. In addition, this study analyzed the aerial photos taken from 1970 to 2009 in order to identify the aged change in vegetation from the past to the present. The range of the tested river section was 361 m in transverse length and about 2 km in longitudinal length. According to the survey analysis, the tested river section in Naeseong Stream was a gaining river showing the higher underground-water level by 20~30 m compared to Stream water level. The difference in the underground water temperature was less than $5^{\circ}C$ by day and season and the Stream temperature did not fall to $10^{\circ}C$ and less from May when the vegetation germination begins in earnest. The impact factor on soil moisture was the underground water level in the lower layer and the rainfall in the upper layer and it was found that all the upper and lower layer were influenced by soil particle size. The soil from surface to 1 m-underground out of 6 soil moisture-measured points was sand with the $D_{50}$ size of 0.07~1.37 mm and it's assumed that the capillary height possible in the particle size would reach around 14~43 cm. On the other hand, according to the result of space analysis on the tested river section of unregulated stream for 40 years, it was found that the artificial disturbance and drought promoted the vegetation recruitment and the flooding resulted in the frequency extinction of vegetation communities. Even though the small and large scales of recruitment and extinction in vegetation have been repeated since 1970, the present vegetation area increased clearly compared to the past. It's found that the vegetation area is gradually increasing over time.
The expansion of riparian vegetation in middle size rivers in Korea had been analyzed in this study. Seom River with dam, Cheongmi River without dam, and Naesung River with no operating dam in the upstream was investigated for the 1 km to identify the expansion of riparian vegetation through the aerial photograph analysis. As a results, we found that the rate of vegetation area is 54.7% in Seom River, 77.5% in Cheongmi River, and 49.7% in Naesung River. The vegetation area had been increased in 3 rivers, and the expansion rate since 2010 is very high nearly up to 2 times (17 times in Naesung River). Sandbar and open-water area, however, have been decreased in the same rate with the riparian vegetation expansion. It could be concluded that vegetation increase trend is clear in rivers regardless of location and dam existence. Further researches are necessary to find out the causes to establish the countermeasures because the increase of vegetation will change the physical system as well as biological system of river.
In this study, two hypotheses were examined to preliminarily verify for the vegetation recruitment and establishment on riparian bars in unregulated rivers; hydrologic regime change and nutrients influx into streams. In order to preliminarily verify the first hypothesis, precipitation patterns were analyzed during a period from March through to May when reeds, the most common riparian vegetation in Korea, germinate and start to grow in riparian areas. The results show that during the last 35 years, the total precipitation during the three-month period decreased by about 15 %, while the total annual one increased by about 15% in Korea. In order to verify the second hypothesis, a preliminary experiment was conducted with a set of two-vegetative flumes for one year. In this experiment, a stream flow with reeds on the riparian sand bars was simulated with a flume with reeds planted on the sand bed and water with a concentration of 3.5 mg of N flowing in the flume for four hours. For comparison, clean water was circulated in the same way in another flume for simulating a stream flow without N. The experimental results show that the growth rate of reeds in N-mixed flow exceeds that in clean water flow by about 30%. The above two results could explain the phenomenon of change in unregulated rivers from white river to green river in Korea, although they were obtained through limited extents of analysis and experiment.
Robinson, George R.;Handel, Steven-N.l;Mattei, Jennifer
The Korean Journal of Ecology
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v.25
no.1
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pp.1-7
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2002
The ecological background of a restoration project is complex and difficult to betermine without experimentation. A useful context for experiments is the well-studied process of natural succession, because the factors that drive or inhibit succession are also at work during reclamation (a form of primary succession) and restoration (which often resembles secondary succession). Using experimental studies on urban wasteland reclamation, we have tested for factors that stimulate or inhibit succession during early phases of woodland development in the Northeastern United states. The emphasis has been on mutualisms (seed dispersal, pollination, and mycorrhizae) and microsite limitations in the recruitment, growth, and reproduction of woody plants. Using plantings of seeds, seedlings, and clusters of reproductively mature plants on abandoned landfills, we have observed that (1) soil microsite deficiencies lead to very poor germination (<0.1$\%$) and seedling survival (<0.01$\%$) of most native species; (2) seed dispersal by birds is a significant and reliable source of woody plant recruitment; however (3) proximity effects are strong, with most (up to 95$\%$) of seed rain falling in the vicinity of planted clusters that are closest to putative seed sources; and (4) remnant natural woodlands are critical components of the recruitment process. To emphasize the last point, in one case, we found that the destruction of approximately 50$\%$ of nearby natural woodland vegetation led to a commensurate decline in seed rain. In another case, we found that the species richness of recruits was strictly limited by the species composition of nearby source plant communities, with no evidence of community enrichment by long distance dispersal over 5 years. We conclude from these results that the size and proximity of remnant natural populations are critical considerations when planning reclamation and restoration programs that rely on natural successional processes.
We've reviewed existing studies on the interactions among vegetation, hydrology, and geomorphology in the stream corridors, adding one more factor of vegetation in the traditional area of hydro-geomorphology. Understanding of the interactions among those three factors is important not only academically but also practically since it is related intimately to the restoration of river corridor as well as management itself. Studies of this area started from field investigations in the latter part of the 20th century and focused on the flume experiments and then computer modelling in the 1990s and 2000s. Now, it has turned again to the field investigations of specific phenomena of the vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions in detailed micro scales. Relevant studies in Korea, however, seem to be uncommon and far behind the international status quo in spite that practically important issues related directly to this topic have been emerged. In this study, we propose, based on the extensive literature review and authors' own knowledge and experiences, a conceptual diagram expressing the interactions among vegetation, flow (water), sediment, and geomorphology. Existing relevant studies in Korea since the 1990s are classified according to the categorization in the proposed diagrams and then briefly reviewed. Finally, considering the practical issues of riparian vegetation that have emerged recently in Korea, we propose areas of investigation needed in near future such as, among others, long-term and systematic field investigations and monitoring at multiple river corridors having different attributes on vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions, including vegetative dynamics for succession.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2011.05a
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pp.196-196
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2011
본 연구에서는 일본 다마천 자갈사주의 식생 이입 과정을 조사하고, 과도한 식생 이입에 영향을 미치는 하상토의 특성과 수리적 특성을 분석하여 자갈사주의 복원을 위한 방안에 관하여 조사하였다. 다마천 자갈사주는 넓게 분포하였던 자갈하천(white river)에 버드나무 등의 식생이 과다하게 성장하여(green river), 이를 억제하기 위한 대책을 수립하여 시행하였다. 또한 이곳에 서식하는 고유종(야생 국화)를 복원하기 위한 연구도 진행되었다. 다마천 자갈사주 식생번무의 원인으로, 자갈과 모래 채취, 하천 개수, 상류의 댐과 보의 축조를 들 수 있으며, 자갈사주를 복원하기 위한 종합적인 연구계획이 수립되어 사업이 시행되었다. 복원 대책으로 홍수터를 파고 모래톱 복원, 상류로부터 자갈과 모래 공급, 저수로 확장, 과다 성장한 버드나무나 아카시아 벌목, 표토 제거를 계획하였으며 이를 시행하였다. 모래톱은 성긴 조약돌로 포설하였으며, 다양한 높이로 조성하여 침수 빈도를 다양하게 변화시켰다. 가장 높은 모래톱은 5년 빈도로 하였다. 자갈사주의 복원 및 관리를 위한 모니터링 그룹도 발족하여 현재 자갈사주의 복원 모니터링이 진행 중이며, 이를 바탕으로 체계적이고 계획적인 복원 사업이 진행되고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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