The probabilistic tsunami risk assessment of large coastal areas is challenging because the inland propagation of a tsunami wave requires an accurate numerical model that takes into account the interaction between the ground, the infrastructures, and the wave itself. Classic mesh-based methods face many challenges in the propagation of a tsunami wave inland due to their ever-moving boundary conditions. In alternative, mesh-less based methods can be used, but they require too much computational power in the far-field. This study proposes a hybrid approach. A mesh-based method propagates the tsunami wave from the far-field to the near-field, where the influence of the sea floor is negligible, and a mesh-less based method, smooth particle hydrodynamic, propagates the wave onto the coast and inland, and takes into account the wave structure interaction. Nowadays, this can be done because the advent of general purpose GPUs made mesh-less methods computationally affordable. The method is used to simulate the inland propagation of the 2004 Indian Ocean tsunami off the coast of Indonesia.
Kim, Hyun-Seung;Kim, Hyeon-Seong;Kang, Young-Seung
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.22
no.5
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pp.31-38
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2008
The numerical simulation of tsunami against the south coast of the Korean Peninsula has been performed by adopting the standard appropriate grid size and the numerical model has been constructed to include the characteristics of the tsunami propagation applied for the care of the East China Sea. The artificial tsunami has been modelled first and then, it has been used as the boundary condition for the detailed model which showed the south coast of the Korean Peninsula.
Lee, Kwang Ho;Ha, Sun Wook;Lee, Kui Seop;Kim, Do Sam
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.2B
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pp.175-185
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2011
This study investigates tsunami force acting on a group of onshore structures numerically by using three-dimensional one-field model for immiscible multi-phase flows, which is based on Navier-Stokes solver. In particular, we studied on the characteristics of tsunami with respect to the arrangement of onshore structures and the distance from seawall trough numerical experiments. For validation of the numerical method used in this study to calculate tsunami force, numerical results for tsunami force on the structures in coastal area are compared with available experimental data. Furthermore, a detail study on the efficiency of the numerical method is performed for the estimation of tsunami force based on the hydrostatic and hydrodynamic methods in which the numerical results are used. The obtained results are compared to the previous experimental one and design criteria. Considering both experimental results and numerical analysis results, semi-empirical formula by regression analysis is proposed. As a result, it was confirmed that the numerical analysis is effective to estimate on tsunami force acting on onshore structures.
Hai Van Dang;Sungwon Shin;Eunju Lee;Hyoungsu Park;Jun-Nyeong Park
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.6
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pp.364-379
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2022
Coastal communities have been vulnerable to extreme coastal flooding induced by hurricanes and tsunamis. Many studies solely focused on the overland flow hydrodynamic and loading mechanisms on individual inland structures or buildings. Only a few studies have investigated the effects of flooding mitigation measures to protect the coastal communities represented through a complex series of building arrays. This study numerically examined the performance of flood-mitigation measures from tsunami-like wave-induced overland flows. A computational fluid dynamic model was utilized to investigate the performance of mitigation structures such as submerged breakwaters and seawalls in reducing resultant forces on a series of building arrays. This study considered the effects of incident wave heights and four geometrically structural factors: the freeboard, crest width of submerged breakwaters, and the height and location of seawalls. The results showed that prevention structures reduced inundation flow depths, velocities, and maximum forces in the inland environment. The results also indicated that increasing the seawall height or reducing the freeboard of a submerged breakwater significantly reduces the maximum horizontal forces, especially in the first row of buildings. However, installing a low-lying seawall closer to the building rows amplifies the maximum forces compared to the original seawall at the shoreline.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.18
no.4
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pp.269-282
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2006
We numerically studied tsunami propagation characteristics through Korean Straits based on nonlinear shallow water equation, a robust wave driver of the near field tsunamis. Tsunamis are presumed to be generated by the earthquake in Tsuhima-Koto fault line. The magnitude of earthquake is chosen to be 7.5 on Richter scale, which corresponds to most plausible one around Korean peninsula. It turns out that it takes only 60 minutes for leading waves to cross Korean straits, which supports recently raised concerns at warning system might be malfunctioned due to the lack of evacuation time. We also numerically obtained the probability of tsunami inundation of various levels, usually referred as tsunami hazard, along southern coastal area of Korean Peninsula based on simple seismological and Kajiura (1963)'s hydrodynamic model due to tsunami-generative earthquake in Tsuhima-Koto fault line. Using observed data at Akita and Fukaura during Okushiri tsunami in 1993, we verified probabilistic model of tsunami height proposed in this study. We believe this inundation probability of various levels to give valuable information for the amendment of current building code of coastal disaster prevention system to tame tsunami attack.
A long wave induced by a Gaussian-shape submarine landslide is simulated by a 2D fully nonlinear numerical wave tank (NWT). The NWT is based on the boundary element method and the mixed Eulerian/Lagrangian approach. Using the NWT, physical characteristics of land-slide tsunami, including wave generation, propagation, particle kinematics, hydrodynamic pressure, run-up and depression, are simulated for the early stage of long wave generation and propagation. Various sliding mass heights are applied to the developed model for a systematic sensitivity analysis. In particular, the fully nonlinear NWT results are compared with linear results (exact body-boundary conditions with linear free-surface conditions) to identify the nonlinear effects in the respective cases.
Kim, Hyo-Seob;Yoo, Ho-Jun;Jin, Jae-Yul;Jang, Chang-Hwan;Lee, Jung-Su;Baek, Seung-Won
Journal of Wetlands Research
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v.16
no.3
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pp.327-336
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2014
Submerged thin walls are extreme case of submerged rectangular blocks, and could be used for many purposes in rivers or coastal zones, e.g. to tsunami. To understand flow characteristics including flow and pressure fields around a specific submerged thin wall a numerical model was applied which includes computation of hydrodynamic pressure on ${\sigma}$-coordinate. ${\sigma}$-coordinate has strong merits for simulation of subcritical flow over mild-sloped beds. On the other hand ${\sigma}$-coordinate is quite poor to treat sharp structures on the bed. There have been a few trials to incorporate dynamic pressure in ${\sigma}$-coordinate by some researchers. One of the previous approaches includes process of sloving the Poisson equation. However, the above method includes many high-order terms, and requires long cpu for simulation. Another method SOLA was developed by Hirt et al. for computation of dynamic pressure, but it was valid for straight grid system only. Previous SOLA was modified for ${\sigma}$-coordinate for the present purpose and was adopted in a model system, CST3D. Computed flow field shows reasonable behaviour including vorticity is much stronger than the upstream and downstream of the structure. The model was verified to laboratory experiments at a 2DV flume. Time-average flow vectors were measured by using one-dimensional electro-magnetic velocimeter. Computed flow field agrees well with the measured flow field within 10 % error from the speed point of view at 5 profiles. It is thought that the modified SOLA scheme is useful for ${\sigma}$-coordinate system.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5B
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pp.575-589
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2008
In the present work, we investigate the hydrodynamic behavior of a turbulent bore, such as tsunami bore and tidal bore, generated by the removal of a gate with water impounded on one side. The bore generation system is similar to that used in a general dam-break problem. In order to the numerical simulation of the formation and propagation of a bore, we consider the incompressible flows of two immiscible fluids, liquid and gas, governed by the Navier-Stokes equations. The interface tracking between two fluids is achieved by the volume-of-fluid (VOF) technique and the M-type cubic interpolated propagation (MCIP) scheme is used to solve the Navier-Stokes equations. The MCIP method is a low diffusive and stable scheme and is generally extended the original one-dimensional CIP to higher dimensions, using a fractional step technique. Further, large eddy simulation (LES) closure scheme, a cost-effective approach to turbulence simulation, is used to predict the evolution of quantities associated with turbulence. In order to verify the applicability of the developed numerical model to the bore simulation, laboratory experiments are performed in a wave tank. Comparisons are made between the numerical results by the present model and the experimental data and good agreement is achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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