• Original Article

    Analysis of Tree Roughness Evaluation Methods Considering Depth-Dependent Roughness Coefficient Variation

    수심별 조도계수 변화를 고려한 수목 조도공식 특성 분석

    Du Han Lee, Dong Sop Rhee

    이두한, 이동섭

    Riverine tree management is crucial in realizing a balance between flood control and ecological preservation, which requires an accurate assessment of the …

    하천내 수목관리는 홍수와 생태 관리의 균형점을 찾는다는 점에서 매우 중요하며 이를 위해서는 수목이 하천 수위에 미치는 영향을 정확하게 평가할 필요가 있다. 본 …

    + READ MORE
    Riverine tree management is crucial in realizing a balance between flood control and ecological preservation, which requires an accurate assessment of the impact of trees on river water elevations. In this study, eight different formulas for evaluating vegetation roughness considering the drag force acting on trees, were reviewed, and the characteristics and applicability of these methods were evaluated from a practical engineering perspective. The study compared the characteristics of vegetation roughness measurement methods for calculated roughness coefficients at different water depths and analyzed factors such as effects of tree canopy width, tree density and diameter, and tree stiffness coefficient, and water level estimation results. A comparison of roughness coefficients at the same water depths revealed that the Kouwen and Fathi-Moghadam formulas and the Fischenich formula yield excessive drag coefficients compared to other formulas. Factors such as channel geometry, tree diameter, and tree density showed varying trends depending on the formula but did not exhibit excessive outliers. Formulas considering the tree stiffness coefficient, such as the Freeman et al.’s formula and the Whittaker et al.’s formula, showed significant variations in drag coefficients depending on the stiffness coefficient. When applied to small- and medium-sized virtual rivers in South Korea using the drag coefficient results from the eight formulas, the results indicated a maximum increase in water level of approximately 0.2 to 0.4 meters. Based on this review, it was concluded that the Baptist et al., Huthoff et al., Cheng, Luhar, and Nepf‘s formulas, which exhibit similar characteristics and low input data uncertainties, are suitable for practical engineering applications.


    하천내 수목관리는 홍수와 생태 관리의 균형점을 찾는다는 점에서 매우 중요하며 이를 위해서는 수목이 하천 수위에 미치는 영향을 정확하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서 수목에 작용하는 항력을 고려하는 수목조도공식 8개에 대해 검토하여 실무 수리계산의 관점에서 수목 조도계수 공식의 특성과 적용성을 평가하였다. 개별 수목 조도계수 공식의 수심별 조도계수 산정 특성을 비교하고, 수관부 영향, 수목밀도와 직경 영향, 수목 강성계수 영향, 수위 산정 결과 등을 분석하였다. 동일 조건 수심별 조도계수 비교를 통해 Kouwen and Fathi-Moghadam 공식과 Fischenich 공식은 타 공식에 비해 과도한 조도계수를 산정하였다. 수관부, 수목 직경, 수목 밀도 등은 공식에 따라 상이한 경향을 나타내나 과도한 특이점은 없는 것으로 나타났다. 수목 강성계수를 고려하는 Freeman et al. 공식과 Whittaker et al. 공식은 강성계수에 따라 조도계수가 매우 큰 차이를 나타낸다. 8개 공식의 조도계수 산정 결과를 이용하여 국내 중소규모 가상 하천에 적용한 결과 최대 약 0.2 - 0.4 m 정도의 수위 상승 효과를 나타내고 있다. 이상의 검토를 통해 유사한 특성을 가지며 입력자료의 불확실성이 낮은 Baptist et al., Huthoff et al., Cheng, Luhar and Nepf 등의 4개 공식이 실무 적용에 적합한 것으로 판단하였다.

    - COLLAPSE
    30 September 2023
  • Original Article

    The Effect of Soil Amended with β-glucan under Drought Stress in Ipomoea batatas L.

    β-glucan 토양혼합에 따른 고구마의 가뭄피해 저감 효과

    Jung-Ho Shin, Hyun-Sung Kim, Gwan-Ju Seong, Won Park, Sung-Ju Ahn

    신정호, 김현성, 성관주, 박원, 안성주

    Biopolymer is a versatile material used in food processing, medicine, construction, and soil reinforcement. β-glucan is one of the biopolymers that improves …

    β-glucan은 바이오폴리머 (biopolymer)의 한 종류로 식품 및 의약품 산업에 이용되고 있으며, 최근 친환경신소재로서 제방강화에 이용되거나 토양에 배합하여 식생을 보호하는 연구가 이루어지고 있다. …

    + READ MORE
    Biopolymer is a versatile material used in food processing, medicine, construction, and soil reinforcement. β-glucan is one of the biopolymers that improves the soil water content and ion adsorption in a drought or toxic metal contaminated land for plant survival. We analyzed drought stress damage reduction in sweet potatoes (Ipomoea batatas L. cv. Sodammi) by measuring the growth and major protein expression and activity under β-glucan soil amendment. The result showed that sweet potato leaf length and width were not affected by drought stress for 14 days, but sweet potatoes grown in β-glucan-amended soil showed an effect in preventing wilting caused by drought in phenotypic changes. Under drought stress, sweet potato leaves did not show any changes in electrolyte leakage, but the relative water content was higher in sweet potatoes grown in β-glucan-amended soil than in normal soil. β-glucan soil amendment increased the expression of plasma membrane (PM) H+-ATPase, but it decreased the aquaporin PIP2 (plasma membrane intrinsic protein 2) in sweet potatoes under drought stress. Moreover, water maintenance affected the PM H+-ATPase activity, which contributed to tolerance under drought stress. These results indicate that β-glucan soil amendment improves the soil water content during drought and affects the water supply in sweet potatoes. Consequently, β-glucan is a potential material for maintaining soil water contents, and analysis of the major PM proteins is one of the indicators for evaluating the biopolymer effect on plant survival under drought stress.


    β-glucan은 바이오폴리머 (biopolymer)의 한 종류로 식품 및 의약품 산업에 이용되고 있으며, 최근 친환경신소재로서 제방강화에 이용되거나 토양에 배합하여 식생을 보호하는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머 중 β-glucan의 토양혼합 유무와 가뭄처리에 따른 괴근작물 고구마 (Ipomoea batatas L., 품종명 소담미)의 표현형, 생장, 그리고 주요 단백질의 발현 및 활성 변화를 분석하였다. 가뭄 스트레스 하에서 β-glucan 토양혼합에 따른 고구마의 엽장 및 엽폭의 생장, 그리고 전해질유출도에서 큰 차이가 나타나지 않았으나. 상대수분함량은 통계적으로 유의성을 보여주었다. 가뭄스트레스 내성에 관여된 주요 원형질막 (plasma membrane, PM) 단백질의 발현과 활성을 분석하였을 때, 1차 능동수송체 PM H+-ATPase은 β-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 하에서 상대적으로 높은 발현과 활성을 유지하였으나, 수분수송단백질 아쿠아포린 plasma membrane intrinsic protein 2 (PIP2)은 β-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 의해 원형질막에서의 분포가 감소하였다. 이 결과는 β-glucan의 토양혼합이 가뭄 스트레스 하에서 토양수분 보유력을 향상시켜 고구마의 가뭄 스트레스와 관련된 원형질막 단백질들이 내성에 유리하게 발현됨을 보여준다. 결론적으로 이 연구는 바이오폴리머를 활용한 토양생태를 조절하는 기술로써 가뭄에 따른 식생의 생장 및 피해를 판단하는데 유효할 것이라 판단된다.

    - COLLAPSE
    30 September 2023
  • Original Article

    Evaluation on Watershed Natural Habitat Assessment for Conservation of Brachymystax lenok tsinlingensis in Naerin Upstream

    내린천 상류 유역 열목어(Brachymystax lenok tslingensis) 서식지 자연성 평가

    Jeong Eun Kim, Hwang Goo Lee

    김정은, 이황구

    The objective of this study was to evaluate biodiversity and natural habitat environment of freshwater ecosystem. Our aim was therefore to produce …

    본 연구는 수생태계 생물다양성과 자연 서식지 환경을 유역 수준에서 평가하기 위해 수질과 수생태 분야를 중심으로 통합 지표를 개발하였으며, 지표별 결과 특성을 분석하여 …

    + READ MORE
    The objective of this study was to evaluate biodiversity and natural habitat environment of freshwater ecosystem. Our aim was therefore to produce a set of biodiversity and habitat indicators based on multi-parameters of water quality and biodiversity by analyzing the characteristics of the results by indicators. We selected four indicators a) anthropogenic disturbance, b) habitat diversity, c) biodiversity, d) ecosystem structure. The fishes cohabiting with Brachymystax lenok tsinlingensis were Rhynchocypris kumgangensis and Zacco koreanus. As a result of the anthropogenic disturbance evaluation, it was analyzed that vegetation embankment showed a more stable environment in the tributary than the main stream, and other disturbance was not confirmed As a result of the habitat diversity evaluation, it was analyzed that habitat evaluation index showed a high score of 200 more on average, showing an optimal habitat condition. As a result of the biodiversity evaluation, it was analyzed as a clean habitat condition with a high proportion of sensitive species, abundant dissolved oxygen, and little pollutants. As a results of the ecosystem structure, the ecological health condition metrics and appearance of endangered species showed large score deviation, but it was analyzed that the stream ecosystem health was generally excellent. There was a slight correlation between the habitat environment and the results of the nature habitat evaluation according to the appearance of the B. lenok tsinlingensis.


    본 연구는 수생태계 생물다양성과 자연 서식지 환경을 유역 수준에서 평가하기 위해 수질과 수생태 분야를 중심으로 통합 지표를 개발하였으며, 지표별 결과 특성을 분석하여 적용성을 검토하였다. 자연성 평가체계는 인간 활동에 의한 교란, 서식지 다양성, 생물다양성, 생태계 구조의 4가지 평가분야와 7개 세부 평가지표로 구성하였다. 하천 생태계의 서식지 보전을 위해 평가 대상 생물군으로 어류를 활용하였으며, 멸종위기야생생물 II급 열목어와 최대 서식지인 계방천과 내린천을 평가대상으로 선정하였다. 조사 수역은 대부분 하천차수가 낮은 산간계류 형태로 열목어의 공서어종은 금강모치와 참갈겨니로 분석되었다. 자연성 평가 결과, 교란 현황 분야에서 본류보다 지류에서 제방 식생이 안정적인 환경을 보였으며, 외부 교란이 적은 것으로 분석되었다. 서식지 다양성 분야에서는 서식지 평가 지수가 평균 200 이상의 높은 점수를 나타내어 최적의 생물서식 환경을 보이는 것으로 분석되었다. 생물다양성 분야에서는 민감종의 비율이 높고, 용존산소가 많은 편이며 오염물질이 거의 없는 청정상태로 분석되었다. 생태계 구조 분야에서는 생태지표특성 메트릭과 멸종위기야생생물의 출현에 따른 점수 편차가 큰 특성을 보였으나, 대체로 하천생태계 건강성이 우수한 것으로 분석되었다. 열목어의 출현 유무에 따라 서식지 환경에 차이를 보이면서 자연성 평가 결과에 다소 차이를 보이는 것으로 나타났다. 생태계 변화 관찰 목적에 따라 자연환경 변화를 신속하게 탐지하고 하천생태계 보전을 위한 평가체계로 활용하기 위해서는 다양한 유역을 대상으로 조사 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

    - COLLAPSE
    30 September 2023
  • Original Article

    Analysis of Nitrogen and Phosphorus Benthic Diffusive Fluxes from Sediments with Different Levels of Salinity

    염분농도에 따른 호소 퇴적물 내 질소 및 인 용출 특성 분석

    Seulgi Lee, Jin Chul Joo, Hee Sun Moon, Dong Hwi Lee, Dong Jun Kim, Jiwon Choi

    이슬기, 주진철, 문희선, 이동휘, 김동준, 최지원

    The study involved the categorization of domestic lakes located in South Korea into three groups based on their salinity levels: upstream reservoirs …

    국내 호소를 상류 저수지 (<0.3 psu), 하구 저수지 (0.3 - 2 psu), 기수성 석호 (>2 psu)로 분류하여 호소별 퇴적물 총질소 (T-N), 총인 …

    + READ MORE
    The study involved the categorization of domestic lakes located in South Korea into three groups based on their salinity levels: upstream reservoirs with salinity less than 0.3 psu, estuarine reservoirs with salinity ranging from 0.3 to 2 psu, and brackish lagoons with salinity exceeding 2 psu. Subsequently, the research assessed variations in the concentrations of total nitrogen (T-N) and total phosphorus (T-P) in the sediment of these lakes using statistical analysis, specifically one-way analysis of variance (ANOVA). Additionally, a laboratory core incubation test was conducted to investigate the benthic nutrient fluxes in Songji lagoon (salinity: 11.80 psu), Ganwol reservoir (salinity: 0.73 psu), and Janggun reservoir (salinity: 0.08 psu) under both aerobic and anoxic conditions. The findings revealed statistically significant differences in the concentrations of T-N and T-P among sediments in the lakes with varying salinity levels (p<0.05). Further post-hoc analysis confirmed significant distinctions in T-N between upstream reservoirs and estuarine reservoirs (p<0.001), as well as between upstream reservoirs and brackish lagoons (p<0.01). For T-P, a significant difference was observed between upstream reservoirs and brackish lagoons (p<0.01). Regarding benthic nutrient fluxes, Ganwol Lake exhibited the highest diffusive flux of NH4 +-N, primarily due to its physical characteristics and the inhibition of nitrification resulting from its relatively high salinity. The flux of NO3--N was lower at higher salinity levels under aerobic conditions but increased under anoxic conditions, attributed to the impact of salinity on nitrification and denitrification. Additionally, the flux of PO43--P was highest in Songji Lake, followed by Ganwol Lake and Janggun Reservoir, indicating that salinity promotes the diffusive flux of phosphate through anion adsorption competition. It‘s important to consider the influence of salinity on microbial communities, growth rates, oxidation-reduction processes, and nutrient binding forms when studying benthic diffusive nutrient fluxes from lake sediments.


    국내 호소를 상류 저수지 (<0.3 psu), 하구 저수지 (0.3 - 2 psu), 기수성 석호 (>2 psu)로 분류하여 호소별 퇴적물 총질소 (T-N), 총인 (T-P) 농도의 차이를 일원분산분석 (ANOVA) 하였으며, 실험실 코어 배양법 (laboratory core incubation)을 이용해 송지호 (11.80 psu), 간월호 (0.73 psu), 장군 저수지 (0.08 psu)의 호기 (aerobic)와 무산소 (anoxic) 조건에서의 질소 및 인 용출량 (benthic nutrient flux)을 측정하였다. 국내 호소의 퇴적물 내 총질소와 총인 농도는 염분 농도가 다른 호소별로 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다 (p<0.05). 사후 검정 (post-hoc)을 통해 총질소의 경우 상류 저수지 (2,918 mg/kg)와 하구 저수지 (2,094 mg/kg)에서 유의한 차이를 확인하였고 (p<0.001), 총인의 경우 상류 저수지 (789 mg/kg)와 기수성 석호 (533 mg/kg)가 유의한 차이를 보였다 (p<0.01). 실험을 통해 산정된 NH4+-N의 용출량은 간월호에서 가장 높게 나타났으며, 폐쇄성 수역인 물리적인 특성과 염분으로 인한 질산화의 저해 등에 의한 것으로 판단된다. NO3--N의 용출량은 호기 조건에서 염분이 높은 호소일수록 낮게 나타났으나 무산소 조건에서는 염분이 높은 호소일수록 용출량이 높게 관측되었고, 이는 염분이 질산화 및 탈질이 억제되었기 때문이다. PO43--P의 경우 송지호, 간월호, 장군 저수지 순으로 용출량이 높게 나타나, 염분이 음이온 흡착 경쟁 등을 통해 인산염의 용출을 촉진시키는 것으로 조사되었다. 퇴적물의 용출량 산출 시 미생물 군집, 성장률, 산화, 환원, 영양염류의 결합 형태 등의 요인이 염분에 의해 영향을 받으므로 염분화 된 호소의 퇴적물 용출 조사 시 염분에 의한 영향을 고려해야 할 것으로 사료된다.

    - COLLAPSE
    30 September 2023