For decades, solitary waves have commonly been used to simulate tsunami conditions in numerical studies. However, the main component of a tsunami waveform acts at completely different spatial and temporal distributions than a solitary waveform. Thus, this study applied a 2-D numerical wave tank that included a non-reflected tsunami generation system based on Navier-Stokes equations (LES-WASS-2D) to directly simulate the run-up of a tsunami-like solitary wave on a slope. First, the waveform and velocity due to the virtual depth factor were applied to the numerical wave tank to generate a tsunami, which made it possible to generate the wide waveform of a tsunami, which was not reproduced with the existing solitary wave approximation theory. Then, to validate the applied numerical model, the validity and effectiveness of the numerical wave tank were verified by comparing the results with the results of a laboratory experiment on a tsunami run-up on a smooth impermeable 1:19.85 slope. Using the numerical results, the run-up characteristics due to a tsunami-like solitary wave on an impermeable slope were also discussed in relation to the volume ratio. The maximum run-up heights increased with the ratio of the tsunami waveform. Therefore, the tsunami run-up is highly likely to be underestimated compared to a real tsunami if the solitary wave of the approximation theory is applied in a tsunami simulation in a coastal region.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.203-203
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2022
일반적으로 지진해일은 지진, 화산에 의한 융기 또는 침강에 따른 급작스러운 해저지각 운동에 의해 발생하며, 이에 따른 수위변동과 유체운동을 일컫는다. 그 밖에 해안/해저 산사태, 운석 낙하, 빙하 붕괴와 같이 암석, 토사, 얼음, 운석이 바다, 호수의 수면과 충돌하여 해일이 발생하기도 한다. 이 산사태 해일의 피해사례는 많지 않지만, 대부분 인명피해를 동반한다. 이에 과거부터 수리모형실험을 통해 산사태로 생성된 해일의 전파과정을 조사하는 연구들이 수행되었다. 최근에는 컴퓨터 성능향상과 다양한 수치모델이 개발됨에 따라 수치해석이 많이 수행되고 있다. 그러나 산사태 해일의 생성을 직접 모의하기 위해서는 유체-구조 상호작용(FSI; fluid-structure interaction)을 고려할 수 있는 전산유체역학(CFD; computational fluid dynamics)해석이 요구되는 관계로 활발한 연구가 진행되지 않고 있다. 본 연구에서는 FSI에 기초하여 충돌모의에 특화된 LS-DYNA를 이용하여 산사태 해일의 생성, 전파 그리고 직립벽(댐)에서의 처오름 및 파압 등을 검토한다. 그리고 낙하물의 형상, 낙하 높이에 따라 생성된 해일이 댐에 미치는 영향을 분석한다. 또한, 이용하는 LS-DYNA 해석의 타당성 및 유효성을 확인하기 위하여 기존 수리모형실험에서 생성된 산사태 지진해일과 비교·검증한다. 수치해석 결과, 동일한 체적의 낙하물에서는 폭이 좁을수록 최대파고가 낙하물에 근접해 생성되었고, 폭이 넓을수록 파장이 길어지는 것을 확인할 수 있었다. 낙하물의 낙하높이가 높을수록 산사태 지진해일의 파고가 크게 생성되었다. 낙하물로부터 600m 지점에서 설치한 댐에서의 산사태 지진해일의 처오름은 파고 및 파장이 클수록 증가하였다. 산사태 지진해일의 파압 역시 처오름에 상응하게 나타났다. 그러므로 호소에서 산사태 해일이 발생한다면, 댐 및 제방의 안정성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.
A shoreline, which has no the water depth, moves continuously as waves rise up and recede. Therefore, a special boundary treatment is required to track properly the movements of the shoreline in numerical modeling of the behavior of tsunamis or tides near a coastal zone. In this study, convective terms in nonlinear shallow-water equations are discretized explicitly by using a second-order upwind scheme to describe a moving shoreline more accurately. An oscillatory flow motion in a circular paraboloidal basin has been employed to validate the performance of the developed numerical model. Computed results of instantaneous free surface displacements are compared with those of analytical solutions and existing numerical solutions. The run-up heights in the vicinity of a circular island have also been calculated and obtained numerical results have been shown against available laboratory measurements. A good agreement has been observed.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.36
no.4
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pp.129-137
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2024
An analytic solution for the interaction between an array of circular piles made by joining trapezoid steel pipes (TSP) and waves was obtained using an eigenfunction expansion method. First, an analytic model for the wave scattering of multiple piles fixed at arbitrary positions was derived, and then a simplified model was obtained assuming that an infinite array of identical piles were deployed perpendicular to the propagating direc- tion of incident waves. A regular wave experiment was conducted using an experimental model with a scale ratio of 1/100 in a two-dimensional wave tank to verify the analytic solutions. The analytic results and experimental results were qualitatively consistent with each other. Using a developed analytic model, we examined the wave force on the multiple piles and the wave deformation in front of the arrayed piles. The period for the installation is greatly reduced as the TSP pile can be prefabricated in a factory. In particular, it is possible to install at the soft seabed. A seawall structure using arrayed TSP piles will be an ideal complement for a concrete seawall in future.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.3
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pp.224-235
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2014
Changes in the interactions among incident ocean water waves, coastal debris (marine debris), and the back vegetation zone line on a natural sandy beach on the island of Jinu-do in the Nakdong river estuary were investigated. The study involved a cross-sectional field survey of the beach, numerical modeling of incident ocean water waves, field observations of the distribution of coastal debris, and vegetation zone line tracking using GPS. The conclusions of this study can be summarized as follows: (1) The ground level of the swash zone (sandy beach) on Jinu-do is rising, and the vegetation zone line, which is the boundary of the coastal sand dunes, shows a tendency to move forward toward the open sea. The vegetation zone line is developing particularly strongly in the offshore direction in areas where the ground level is elevated by more than 1.5 m. (2) The spatial distributions of incident waves differed due to variations in the water depth at the front of the beach, and the wave run-up in the swash zone also displayed complex spatial variations. With a large wave run-up, coastal debris may reach the vegetation zone line, but if the run-up is smaller, coastal debris is more likely to deposit in the form of an independent island on the beach. The deposited coastal debris can then become a factor determining which vegetation zone line advances or retreats. Finally, based on the results of this investigation, a schematic concept of the mechanisms of interaction between the coastal debris and the coastal vegetation zone line due to wave action was derived.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.6
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pp.409-422
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2019
In this study, we carried out the 3D numerical simulation to investigate the hydraulic characteristics of Synchronous Edge wave known as the driving mechanism of beach cusp using the Tool Box called the ihFoam that has its roots on the OpenFoam. As a wave driver, RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and mass conservation equation are used. In doing so, we materialized short-crested waves known as the prerequisite for the formation of Synchronous Edge waves by generating two obliquely colliding Cnoidal waves. Numerical results show that as can be expected, flow velocity along the cross section where waves are focused are simulated to be much faster than the one along the cross section where waves are diverged. It is also shown that along the cross section where waves are focused, up-rush is moving much faster than its associated back-wash, but a duration period of up-rush is shortened, which complies the typical characteristics of nonlinear waves. On the other hand, due to the water-merging effect triggered by the redirected flow toward wave-diverging area at the pinacle of run-up, along the cross section where waves are diverged, offshore-ward velocity is larger than shore-ward velocity at the vicinity of shore-line, while at the very middle of shoaling process, the asymmetry of flow velocity leaned toward the shore is noticeably weakened. Considering that these flow characteristics can be found without exception in Synchronous Edge waves, the numerical simulation can be regarded to be successfully implemented. In doing so, new insight about how the boundary layer streaming occur are also developed.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.4
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pp.145-152
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2008
The initial wave lengths of tsunamis can be several tens to hundreds kilometers. Thus, the importance of the frequency dispersive effects in proportion to variation of the wave length, and should be properly considered in numerical simulation of tsunami propagation for a better accuracy. Recently, a practical dispersion-correction scheme has been developed by adding dispersion-correction terms(Cho et al., 2007). The new model employing the numerical technique has been verified by comparing numerical results with available analytic solutions, however, the new model has not yet been applied on a real topography. In this study, the new model is applied on a real topography and its applicability is examined. To study the applicability of the new model, two historical tsunami events are simulated for Sokcho, Mukho and Pohang harbors, with the tide gage records. Numerical results, the arrival time and the maximum water level at the tidal stations, are compared with observed data at each harbor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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