Suspended sediment transport plays principal roles in morphological process of natural coastals. It is needed to understand the reason why interaction characteristics of solitary wave and suspended sediment. The present study shows that suspended sediment pickup derived on solitary wave celerity. The 2D prismatic open channel length is 12 m, width is 0.8 m, height is 0.75 m and slope is 1/6. Generation of solitary wave is used by rapidly opening the sluice gate. Bottom surface sediments are laid movable slope section by 0.03 m thickness and experimental sediments are used anathracite and jumoonjin sand. Techniques of suspended sediment pickup rate are designed equipment ASC(Absorptive Suspended sediment Collector). It could directly absorb 5 points suspended sediment by channel water depth. Solitary wave celerity is measued by ADV(Acoustic Doppler Velocimeter). Mounted two video cameras(Model No. : Sony, HDR-XR550) are used to image processing of suspended sediment concentration and turbidity. Suspended sediment pikcup rate(Einstein, 1950) is analyzed to nondimensionalization based on solitary wave celerity. The suspended sediment pickup rate is suggested that more effective plunging breaking type than spilling. The results indicates fundamental suspended sediment transport mechanism between solitary wave celerity and suspended sediment pickup based on laboratory experiments. Finally, the present study suggests that suspended sediment pickup rate by solitary wave is used only characteristics of sediment and solitary wave celerity.
Cai, Guozhen;Luo, Min;Wei, Zhaoheng;Khayyer, Abbas
Ocean Systems Engineering
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v.12
no.3
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pp.285-300
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2022
This paper adopts the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) open-source code SPHinXsys to study the solitary wave interaction with coastal structures. The convergence properties of the model in terms of particle size and smoothing length are tested based on the example of solitary wave propagation in a flat-bottom wave flume. After that, the solitary wave interactions with a suspended submerged flat plate and deck with girders are studied. The wave profile and velocity field near the surface of the structures, as well as the wave forces exerted onto the structures are analyzed.
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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.341-350
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2023
In this paper, numerical experiments are performed to examine the collision between a solitary wave and a wave-packet (dispersive wave) in shallow water. We attempt to introduce the improved Boussinesq equation governing the experiments, which is solved by using a semi-analytical approach, called Pseudo-parameter Iteration method(PIM). Using various numerical experiments, we have observed that the wave-packet (propagating dispersive wave) experiences a phase shift after collision with a solitary wave. This phenomenon may be considered as a nonlinear wave-wave interaction in shallow water.
Recently, coastal erosion has been widely in progress and the erosion level becomes also serious in the world wide, espeically in East Sea in Korea. Since it would threaten the life, economics and security risk, it is necessary to much comprehend the reason why coastal erosion has occurred according to the geographical characteristics. Meanwhile, analysis about hydrodynamics of the solitary wave such as tunami in swash zone is needed for the best management practice of coastal erosion. Solitary wave is nonlinear wave and can be reproduced in the laboratoy scale by openning suddenly a sluice gate with water head difference, of which methodology was found in the literature, since it could be simply determined by a significant wave height. Thus, in this sutdy the generation of solitary wave was experimentalized using the sluice gate. Experimental conditions were classified by angles of a beach slope, a water level in a beach slope and a difference of water level between in a headtank and a channel bed. Two kinds of dimensionless analyses based from experimental results in this study were presented; the first analysis indicates nondimensionalization between the wave height and the water level in a beach slope in order to investigate characteristics of solitary wave approaching the beach. The second shows the other nondimensionalization between dynamic pressure and static pressure on a beach slope to investigate the relationship between wave breaking and wave pressure. Under the same conditions as laboratory experiments, the numerical results computed with a SWAN model embedded in FLOW 3D were compared in terms of wave height, and pressure on the beach slope, which shows good agreement with each other. Overall results from this study could provide fundamental hydraulic data for the reliabile verification of numerical simulation results about coastal erosion in swash zone caused by solitary waves.
Ion acoustic solitary wave in a plasma consisting of electrons and ions with an external magnetic field is reinvestigated using the Sagdeev's potential method. Although the Sagdeev potential has a singularity for n < 1, where n is the ion number density, we obtain new solitary wave solutions by expanding the Sagdeev potential up to ${\delta}n^4$ near n = 1. They are compressiv (rarefactive) waves and shock type solitary waves. These waves can exist all together as a superposed wave which may be used to explain what would be observed in the solar wind plasma. We compared our theoretical results with the data of the Freja satellite in the study of Wu et al. (1996). Also it is shown that these solitary waves propagate with a subsonic speed.
In this paper we have examined the effect of dust charge density on nonlinear ion acoustic solitary wave which propagates obliquely with respect to the external magnetic field in a dusty plasma. For the dusty charge density below a critical value, the Sagdeev potential $\Psi1(n)$ has a singular point in the region n < 1, where n is the ion number density divided by its equilibrium number density. If there exists a dust charge density over the critical value, the Sagdeev potential becomes a finite function in the region n < 1, which means that there may exist the rarefactive ion acoustic solitary wave. By expanding the Sagdeev potential in the small amplitude limit up to on4 near n=1, we find the solution of ion acoustic solitary wave. Therefore we suggest that the dust charge density plays an important role in generating the rarefactive solitary wave.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.59
no.2
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pp.64-71
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2022
In this paper, we simulate the collision of a solitary wave on a vertical wall in a uniform water channel and investigate the effect of damping on the amplitude attenuation. In order to take into account the damping effect, we introduce the Stokes damping whose dissipation is dependent on the velocity of wave motion on the surface of a thin layer of oil. That is, we use the improved Boussinesq equation with Stokes damping to describe the damped wave motion. Our work mainly focuses on the amplitude attenuation of a propagating solitary wave, which may depend on the Stokes damping together with the initial position and initial amplitude of the wave. We utilize the method of images and a powerful numerical tool (functional iteration method) for solving the improved Boussinesq equation, yielding an effective numerical simulation. This enables us to find the amplitudes of the incident wave and reflected one, whose ratio is a measure of the (wave) amplitude attenuation. Accordingly, we have shown that the reflection of a solitary wave by a vertical wall is dependent on not only the initial amplitude and position of a solitary but the Stokes damping.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.5
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pp.805-817
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2016
This study considered the existing approximation theories of solitary wave for stable generation of it with different waveforms in a hydraulic/numerical wave tank for coping with the tsunami. Based on the approximation theory equations, two methods were proposed to estimate various waveforms of solitary wave. They estimate different waveforms and flow rates by applying waveform distribution factor and virtual depth factor with the original approximate expressions of solitary wave. Newly proposed estimation methods of solitary wave were applied in the wave generation of hydraulic/numerical wave tank. In the result, it was able to estimate the positional information signal of wave generator in the hydraulic wave tank and to find that the signal was very similar to an input signal of existing hydraulic model experiment. The waveform and velocity of solitary wave was applied to the numerical wave tank in order to generate wave, which enabled generate waveform of tsunami that was not reproduced with existing solitary wave approximation theory and found that the result had high conformity with existing experiment result. Therefore, it was able to validate and verify the two proposed estimation methods to generate stable tsunami in the hydraulic/numerical wave tank.
Lee, Kwang Ho;Kim, Chang Hoon;Jeong, Seong Ho;Kim, Do Sam
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3B
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pp.323-334
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2008
Present study examined the functionality of the solitary wave (tsunami) control of the two-rowed porous submerged breakwater by numerical experiments, using a numerical wave tank which is based on the Navier-Stokes equation to explain fluid fields and uses a Volume of Fluid (VOF) method to capture the free water surface. Solitary wave was generated by the internal wave source installed within the computational zone in the numerical wave tank and its wave transformations by structure were compared with those in the previous study. Comparisons with the precious numerical results showed a good agreement. Based on these results, several tow-dimensional numerical modeling investigations of the water fields, including wave transformations, reflection, transmission and energy flux, by the one- and two-rowed permeable submerged breakwater under solitary waves were performed. Even if, it is a research of the limited scope, in case of two-rowed permeable submerged breakwater with $h_0/h=0.925$ ($h_0$ is height of submerged breakwater and h is water depth), the wave height damping in range of $l/L_{eff}>0.4$($L_{eff}$ is effective distance of solitary wave) can reach nearly 60% of the incident wave height. In addition, it is found that reflection coefficient increases nearly 47% and transmission coefficient decreases nearly 18% than one-rowed one. The numerical results revealed that the tow-rowed submerged breakwater can control the incident solitary wave economically and more efficiently than the one-rowed one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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