Hydraulic engineers and scientists working on river restoration recognize the need for a deeper understanding of natural streams as a complex and dynamic system, which involves not only abiotic elements(flow, sediments) but also biotic components. From this point of view, the role played by riverine vegetation dynamics and flow conditions becomes essential. Hydro-mechanic interaction between flow and flexible plants covering a river bed is studied in this paper and some previous works are discussed. Measurements of turbulence and flow resistance in vegetated open channel were performed using rigid and flexible tube. Measuring detailed turbulent velocity profiles within and above submerged and flexible stems allowed to distinguish different turbulent regimes. Some interesting relationships were obtained between the velocity field and the deflected height of the plants, such as a reduced drag coefficient in the flexible stems. Turbulent intensities and Reynolds stresses were measured showing two different regions : above and inside the vegetation domain. In flexible vegetated open channel, the maximum values of turbulent intensities and Reynolds stresses appear above the top of canopy. Method to predict a flow resistance in flexible vegetated open channel is developed by modifying an analytical model proposed by Klopstra et al. (1997). Calculated velocity profiles and roughness values correspond well with flume experiments. These confirm the applicability of the presented model for open channel with flexible vegetation. The new method will be verified in the real vegetated conditions in the near future. After these verifications, the new method should be applied for nature rehabilitation projects such as river restorations.
Jin, Guangze;Zhao, Fengxia;Liu, Liang;Kim, Ji Hong
한국산림과학회지
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제97권2호
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pp.165-170
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2008
Litterfall has been recognized an important part of the forest ecosystem production, playing a major pathway in energy flow and nutrient cycling through the ecosystem. This study was carried out to examine the quantity and components, temporal variation, and spatial heterogeneity of the litterfall in the mixed broadleaved-Korean pine forest. The data were collected from the 9ha permanent experimental plot, of which on the center area, i.e. $150m{\times}150m$, the total number of 319 circular litterfall traps with the size of $0.5m^2$ were established to collect falling litterfall. The results showed that the annual amount of litterfall was totalized 3,033.7 kg/ha, occupying broad-leaves of 39.3%, conifer-leaves of 29.5%, others of 18.5%, branches of 10.4%, and seeds of 2.3%. The peak point of the litterfall production was made at the end of September, proportionating 32.2% of total amount. The analysis of semivariogram revealed the existence of high spatial heterogeneity, calculated the scale of spatial heterogeneity ranged from 11.6 m to 29.1 m. The result of proportion (C/[Co+C]) showed that spatial heterogeneity of autocorrelation in total spatial heterogeneity were from 97.0% to 100%. The relatively heavy branches and others had significant differences in litterfall production between the areas of canopy gap and closed canopy in the 95% probability level, but the other components did not show statistical differences.
Abstract Over 700/0 of the rural land area in Korea is mountainous and small watersheds provide most of the water resources for agricutural use. To provide an appropriate tool for the agricultural water resource development project, SNUA2, a mathematical model for simulating the physical processes governing the precipitation-runoff relationships and predicting the storm and long-term runoff quantities from the small mountainous watersheds was developed. The hydrological characteristics of small mountainous watersheds were reviewed to select appropriate theories for the simulation of the runoff processes, and a deterministic and distributed model was developed. In this, subsurface flows are routed by solving Richard's two dimensional equation, the dynamics of soil moisture contents are simulated by the consideration of phenological factors of canopy plants and surface flows are routed by solving the kinematic wave theory by numerical analysis. As a result of an application test of the model to the Sanglim watershed, peak flow rates of storm runoff were over-estimated by up to 184.2%. The occurence time of peak flow and total runoff volume of storm runoffs simulated were consistent with observed values and the annual runoff volumes were simulated in the error range of less than 5.8%.
The tropic structure and the function of a small pone ecosystem under the tree stand were studied in terms of energy flow. About 28% of total solar radiation was intercepted by the tree canopy over the pond. Primary producers converted 1.1%(3,382 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$) of solar radiation (320,000 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$) into gross primary production. The amount of energy availble to the pond snail was 1,683 kcal.m-2.y-1 of the net production by primary producers and 1,033 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$ of the litter fallen into the pond. The amount of gross secondary production by the pond snail was 245 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$. Judging from these, supply of both net primary production and the litter was indispensable for the maintenance of the pond ecosystem. The total amont of energy as gross primary production plus litter was 4,415 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$(100%). Since the total respiration loss was calculated to be 1,917 kcal$\cdot$$m^{-2}$$\cdot$$y^{-1}$(43.4%), the rate of energy accumulation in the pond estimated to 56.6%.
This paper presents some of the results of a project whose aim has been to produce a full simulation model which would determine the efficacy of pesticides for use by both farmers and the bio-chemical industry. The work presented here describes how crop architecture can be mathematically modelled and how the mechanics of pesticide droplet capture can be simulated so that if a wind assisted droplet-trajectory model is assumed then droplet deposition patterns on crop surfaces can be predicted. This achievement, when combined with biological response models, will then enable the efficacy of pesticide use to be predicted.
In the processes of hydrological cycle, when precipitation reaches the ground surface, water may become surface runoff or infiltrate into soil and then possibly further percolate into groundwater aquifer. A part of the water is returned to the atmosphere through evaporation and transpiration. Soil moisture dynamics driven climate fluctuations plays a key role in the simulation of water transfer among ground surface, unsaturated zone and aquifer. In this study, a one-layer canopy and a four-layer soil representation is used for a coupled soil-vegetation modeling scheme. A non-zero hydraulic diffusivity between the deepest soil layer modeled and groundwater table is used to couple the numerical equations of soil moisture and groundwater dynamics. Simulation of runoff generation is based on the mechanism of both infiltration excess overland flow and saturation overland flow nested in a numerical model of soil moisture dynamics. Thus, a comprehensive hydrological model integrating canopy, soil zone and aquifer has been developed to evaluate water resources in the plain region of Huaihe River basin in East China and simulate water transfer among precipitation, surface water, soil moisture and groundwater. The newly developed model is capable of calculating hydrological components of surface runoff, evapotranpiration from soil and aquifer, and groundwater recharge from precipitation and discharge into rivers. Regional parameterization is made by using two approaches. One is to determine most parameters representing specific physical values on the basis of characterization of soil properties in unsaturated zone and aquifer, and vegetations. The other is to calibrate the remaining few parameters on the basis of comparison between measured and simulated streamflow and groundwater tables. The integrated modeling system was successfully used in the Linhuanji catchment of Huaihe plain region. Study results demonstrate that (1) on the average 14.2% of precipitation becomes surface runoff and baseflow during a ten-year period from 1986 to 1995 and this figure fluctuates between only 3.0% in drought years of 1986, 1988, 1993 and 1994 to 24.0% in wet year of 1991; (2) groundwater directly deriving from precipitation recharge is about 15.0% t of the precipitation amount, and (3) about half of the groundwater recharge flows into rivers and loses through evaporation.
.It is very importaut to know the water consumption of crops in planning irrigation works and practicing suitable soil moisture management. For the purpose of making it clear that how much water be consumed to cultivate the Chinese cabbage, Chamber method has been applied. Main equipments in the transpiration chamber are flowers, manometer and electric thermograph. The chamber made of vynyl plate has a small entrance at the base and an exit at the top, and the ventilation in the chamber was carried out by a flower through the entrance and exit. Air-flow adjusted by an orifice manometer enters the chamber from the outside over the crop canopy through the pipe like a chimney and finally goes out to the outside. Two sets which consist of a pair of dry and wet bulb made by thermistor are installed in the entrance and exit tube, and record air temperature automatically. Evapotranspiration amount is computed from the air-flow quantity and difference in absolute humidity between at the entrance and exit of the chamber by the following equation: ET=(X2-X1)${\times}$Q where ET=evapotranspiration amount X1=absolute humidity at the entrance(g/㎥) X2=absolute humidity at the exit(g/㎥) Q=air-flow quantity(㎥) This study was carried out at the upland farm of the Institute of Agriculture Engimeering and Utilization, Suwon, Korea. from 1971 to 1973. The results obtained in this experiment are as follows: 1. The total amount of evapotranspiration of Chinese Cabbage that is cultivated in autumn is 408.1mm during growth period. 2. Chinese cabbage rapidly grows up in the second ten days of September, 40th to 50th days after seeding. At the same time, the maximum amount of evaportranspiration of Chinese cabbage is 61.6mm/10 days 3. The correlation between Pan-evaporation and evapotranspiration is high, coefficient of correlation r=0.88**, and can be shown as The following regression equation: ET=0.913E+20.273 4. Evapotranspiration is closely related with meteorological factors: r=0.85**, for insolation, r=0.76** for air temperature, respectively. 5. The percentage of evapotranspiration amount, at the beginning of growth stage, gradually increases in proportion as the Chinese Cabbage grows but is largely affected by meteorological factors after the green cover formation. 6. By Blaney and Griddle formula, evaportranspiration coefficient "K" are within from 0,85 to 1.27.
Micrometeorological fluxes measured over a tall forest in a complex terrain are difficult to interpret. $CO_2$ storage often makes significant contributions to net ecosystem exchange of $CO_2$ (NEE) in early morning and during nighttime due to calm and stable conditions. We measured the above-canopy $CO_2$ flux along with its concentration profiles at eight levels within and above the canopy to evaluate $CO_2$ storage term. Our question is whether or not the $CO_2$ storage term can be estimated accurately from a single level measurement of $CO_2$ concentration in a complex terrain. Our objectives are (1) to document vertical profiles of $CO_2$ concentration and (2) to compare the diurnal and seasonal variations of $CO_2$ storages estimated from single and multi-level $CO_2$ concentration data. Seasonally averaged Diurnal variations of $CO_2$ concentration ranged from 398 to 455 ppm near the forest floor at 0.1 m whereas they ranged from 364 to 395 ppm at 40 m in the atmosphere. The diurnal variation of vertical profiles of $CO_2$ concentration shows very interesting features with season. At all eight levels, diurnal variation of $CO_2$ concentration showed little change in winter. In spring, the diurnal variations of $CO_2$ concentration at 8 levels showed three distinct groups of layers with height: the first layer: 0.1m (near surface), second layer: 1.0 m and 4.0m (below canopy) and the third layer: 7.4m to 40.7 m (near canopy and above). In summer, these three groups of layers were further separated with larger variations whereas such distinction became smaller in fall. The diurnal variation of $CO_2$ concentration in the first three layers near surface always showed higher concentration with larger variability. Typically, $CO_2$ concentration showed peaks in early morning and in the evening. After the evening peak, $CO_2$ concentration gradually increased except for those near the surface (i.e., 0.1, 1.0 and 4.0 m) where the concentrations actually decreased. We suspect that this could be attributed to the drainage flow of $CO_2$ along the hill slope from the headwater to downstream, which is not taken into account for net ecosystem $CO_2$ exchange. In comparison to the results of other studies, the distinct and different vertical structures of $CO_2$ concentrations observed at our site may be due to complex terrain and weak turbulent mixing under calm conditions at the site. The annual mean of diurnal variation of $CO_2$ storage flux from single level ranged from -0.6 to $0.9{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ and from multi-level from -1.2 to $1.0{\mu}\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$. When compared against the results from the multi-level concentrations, the storage flux estimated from a single-level concentration was generally adequate except for specific hours near sunrise and sunset. Further details and their implication will be discussed in the presentation.
본 연구는 여름철에 신선한 곤달비를 생산하기 위하여, 몇 가지 냉각방법에 따른 재배효과를 검토하고 베드의 구조물 및 냉각수단으로서 호스를 이용한 경제적인 팽연화왕겨 간이수경재배베드를 개발하기 위하여 수행하였다. 냉각방법별 곤달비의 생육은 냉수호스, 미스트, 무비가림 순으로 좋았으며, $13^{\circ}C$의 지히수를 약 240/hr의 유속으로 흘려 냉각시켰을 때 지온이 약 $2{\sim}3^{\circ}C$ 낮아졌다. 여름재배 시 군락부위 부분냉방을 위해 개발된 호스베드시스템은 ${\phi}15cm$의 벽과, 유기배지로 팽연화왕겨가 이용된다. 냉수호스베드에서 냉수의 온도가 $14{\sim}22^{\circ}C$ 범위에서 공급되었을 때 배지의 온도는 $18{\sim}23^{\circ}C$로 유지되어 냉각효과가 양호하였으며, 스티로폼베드에 비하여 호스베드의 곤달비 군락부위의 온도는 약 $0.5^{\circ}C$, 근권부의 온도는 약 $3^{\circ}C$ 낮은 등 냉각효과가 있었다. 국부냉방을 위한 호스베드시스템은 곤달비와 같은 키가 작은 엽채류의 여름철 재배에 활용할 뿐 아니라 저온기에는 난방수를 순환하여 별도의 방열배관없이 국부난방에도 활용할 수 있어 경제적인 간이양액재배베드로서 활용될 것으로 기대된다.
To analyze the physical processes of sea-breeze development over a coastal urban area, numerical simulation for seabreeze (SB) and its frontogenesis was examined based on urbanized MM5 (uMM5) with urban canopy parameterization. On 6 August 2006, SB and its front were well developed in Busan under a weak offshore flow. As a result of wind vector, ZVB (Zero Velocity Boundary), potential temperature obtained the uMM5, at 0900 LST, SB advanced below 200 m height in the coastal areas and the internal boundary grew with the urban coastal region. At noon, the height of the SB head with updraft was approximately one and a half times (~600 m) higher than its depth in central urban. Applying the frontogenesis function, the SB structure for frontogenesis and frontolysis were complicated spatially; the dynamic effects of wind (i.e. convergence and tilting term) could play an important role in the growth of SB, especially the convergence effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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