International Union of Geodesy and Geophysics Korean Journal of Geophysical Research
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v.26
no.1
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pp.1-14
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1998
Various numerical methods for the two dimensional shallow water equations have been applied to the problems of flood routing, tidal circulation, storm surges, and atmospheric circulation. These methods are often based on the Alternating Direction Implicity(ADI) method. However, the ADI method results in inaccuracies for large time steps when dealing with a complex geometry or bathymetry. Since this method reduces the performance considerably, a fully implicit method developed by Wilders et al. (1998) is used to improve the accuracy for a large time step. Finite Difference Methods are defined on a rectangular grid. Two drawbacks of this type of grid are that grid refinement is not possibile locally and that the physical boundary is sometimes poorly represented by the numerical model boundary. Because of the second deficiency several purely numerical boundary effects can be involved. A boundary fitted curvilinear coordinate transformation is used to reduce these difficulties. It the curvilinear coordinate transformation is used to reduce these difficulties. If the coordinate transformation is orthogonal then the transformed shallow water equations are similar to the original equations. Therefore, an orthogonal coorinate transformation is used for defining coordinate system. A multigrid (MG) method is widely used to accelerate the convergence in the numerical methods. In this study, a technique using a MG method is proposed to reduce the computing time and to improve the accuracy for the orthogonal to reduce the computing time and to improve the accuracy for the orthogonal grid generation and the solutions of the shallow water equations.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2001.03a
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pp.231-238
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2001
To investigate the underground structure of shallow water, Han-river near Yangsou-Ri, high resolution hydroacoustic measurements were carried out for the engineering design of railroad bridge. The acoustic source was a Boomer with an energy of 90 to 280J and in a frequency range up to about 16KHz. The reflected signals were received by using both traditional hydrophones(passive element) and a specially devised receiver unit(active element) mainly composed of piezofilms and preamplifier. They are connected to the "SUMMIT" data acquisition system(DMT-GeoTec company), where the sampling interval was set to 1/32㎳. The source position was continuously monitored by a precision DGPS system whose positioning accuracy was on the order of loom. For the quality control purposes, two different source-receiver geometries were taken. That is to say, the measurements were repeated along the profile everytime depending on the different source energy(175J, 280J), the receiving elements(passive, active) and two different source-receiver geometries. It was shown that the data resolution derived from a proper arrangement with the active hydrophone could be greatly enhanced and hence the corresponding profile section caused by the regular data processing system "FOCUS" accounted excellently for the underground formation below the shallow water.w the shallow water.
In this study, the shallow water equations on the sphere is simulated by the proposed method which has high spatial resolution and is based on the CIP(Cubic Interpolated Pseudoparticle) method. The governing equations are approximated on the longitude-latitudinal coordinate system. To avoid the problems resulting from the convergence of the meridians toward high-latitude and singularities on the poles, the semi-Lagrangian and finite volume method are employed. in addition, the CIP method is employed to solve the advection equations and is extended to apply on the equations in the polar coordinate system. The mathematical formulation and numerical results are also described. To verify of the efficiency, accuracy and capability of proposed algorithm, the standard test cases proposed bv Williamson et. al are simulated and the results are compared with other results. As a result, it is found that the present scheme gives a good properties in preserving shapes of solution and settles the pole problems in solving the shallow water equations on the sphere.
In this study, a hydrate inhibition system is investigated for shallow water gas fields. Mono-ethylene glycol (MEG) injection has been used as a typical method for inhibiting hydrate formation in gas fields; therefore, most offshore platforms are equipped with MEG injection and regeneration processes. A recent application of a kinetic hydrate inhibitor (KHI) has reduced the total volume of MEG injection and hence reduce the operating cost. Experiments are designed and performed to evaluate and verify the KHI performance for inhibiting hydrate formation under shallow water conditions. However, the shut-in and restart operation may require the injection and regeneration of MEG. For this operation, the MEG concentration must be optimized while considering the cost of MEG regeneration. The obtained results suggest that decreasing MEG concentration from 80 wt% to 70 wt% can reduce the life cycle cost (LCC) of MEG regeneration process by approximately 5.98 million USD owing to reduced distillation column cost. These results suggest that the hydrate inhibition system must be evaluated through well-designed experiments and process simulations involving LCC analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.6
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pp.749-762
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2023
A depth-integrated model with an approximate Riemann solver for flux computation of the shallow water equations was applied to hydraulic jump experiments. Due to the hydraulic jump, different flow regimes occur simultaneously in a single channel. Therefore, the Weisbach resistance coefficient, which reflects flow conditions rather than the Manning roughness coefficient that is independent of depth or flow, has been employed for flow resistance. Simulation results were in good agreement with experimental results, and it was confirmed that Manning coefficients converted from Weisbach coefficients were appropriately set in the supercritical and subcritical flow reaches, respectively. Limitations of the shallow water equations that rely on hydrostatic assumptions have been revealed in comparison with hydraulic jump experiments, highlighting the need for the introduction of a non-hydrostatic shallow-water flow model.
This study presents an experimental investigation of the shallow water impact of a box type structure. The analysis was done based on the video images captured by a high speed camera, the flow field obtained by PIV (Particle Image Velocimetry), and pressure measurements in the divided region. The video images showed quite good agreement with the description given by Korobkin. The PIV measurements of the velocity field provided a clear view of the flow pattern for all three stages. The pressure was measured at the bottom of the tank with strain gauge type pressure gauges. The pressure measurements showed the characteristics of divided regions.
This paper describes experimental studies of impact pressure generated by breaking regular waves in shallow water on a vertical cylinder. Experimental work was carried out in a shallow water flume using a 1:30 - scale model of a vertical rigid circular hollow cylinder with a diameter 0.2 m. This represents a monopile for shallow water offshore wind turbines, subjected to depth induced breaking regular waves of frequencies of 0.8 Hz. The experimental setup included a 1 in 10 sloping bed followed by horizontal bed with a constant 0.8 m water depth. To determine the breaking characteristics, plunging breaking waves were generated. Free surface elevations were recorded at different locations between the wave paddle to the cylinder. Wave impact pressures on the cylinder at a number of elevations along its height were measured under breaking regular waves. The depth-induced wave breaking characteristics, impact pressures, and wave run-up during impact for various cylinder locations are presented and discussed.
We present numerical schemes to deal with nonconservative terms in the two-dimensional shallow water equations with variable topography. Relying on the dimensional splitting technique, we construct Godunov-type schemes. Such schemes can be categorized into two classes, namely the partly and fully splitting ones, depending on how deeply the scheme employs the splitting method. An upwind scheme technique is employed for the evolution of the velocity component for the partly splitting scheme. These schemes are shown to possess interesting properties: They can preserve the positivity of the water height, and they are well-balanced.
Kim, Do-Sam;Kim, Ji-Min;Lee, Gwang-Ho;Lee, Seong-Dae
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.21
no.2
s.75
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pp.35-41
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2007
In general, coastal damage is mostly occurred by the action of complex factors, like severe water waves. If the maximum storm surge height combines with high tide, severe water waves will overflow coastal structures. Consequently, it can be the cause of lost lives and severe property damage. In this study, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the coast in front of Noksan industrial complex, Korea. Moreover, the shallow water wave is estimated by applying wind field, design water level considering storm surge height for typhoon Maemi to SWAN model. Under the condition of shallow water wave, obtained by the SWAN model, the wave overtopping rate for the dike in front of Noksan industrial complex is calculated a hydraulic model test. Finally, based on the calculated wave-overtopping rate, the inundation regime for Noksan industrial complex was predicted. And, numerically predicted inundation regimes and depths are compared with results in a field survey, and the results agree fairly well. Therefore, the inundation modelthis study is a useful tool for predicting inundation regime, due to the coastal flood of severe water wave.
Extraction of waterline in tidal flat has been one of the main concerns in the remote sensing of coastal region. This study aimed to define the spectral characteristics of turbid water near the shoreline and to find the appropriate spectrum to delineate the waterline at the inter-tidal flat in the western coast of Korean Peninsula. Spectral reflectance curves were obtained by the field measurements under the diverse condition of water depth and turbidity at the study area in Kyong-gi Bay. Spectroscopy measurements showed that reflectances of the exposed mudflat, shallow turbid water, and normal coastal water were significantly different by wavelength. Shallow water near the waterline showed diverse conditions of turbidity. Spectral reflectance tends to increase as turbidity increases, particularly at the visible and near infrared spectrum. At the middle infrared wavelength, tidal water showed very little reflectance regardless of the turbidity and water depth and was easily disting from the exposed tidal flat. The exact waterline between exposed tidal flat and seawater should be extracted from the image data obtained at the middle infrared wavelength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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