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應用 FLOW-3D 於海岸區域溢淹之三維數值模擬(中)

 
作者 :

Dongchul Kim, manager, Hyein E & C Co. Ltd, Seoul, Korea

Kyungwhan Kim, manager, STI Consulting, Inc., Seoul, Korea
Sungyul Yoo, Ph.D. , STI, Inc, Bellevue , WA , U.S.A

案例三:海嘯造成的港口氾濫

背景:

•  韓國的東部海岸曾多次遭遇海嘯襲擊 (Chu and Tsuji, 1993; Choi, 1999).

•  1983 年 5 月 26 號,日本東海地震規模 7.2 所引起的海嘯,造成東海岸 Imwon 港口的氾濫

•  東海岸歷史紀錄的溯升高度在海岸線為海平面上 3.9 公尺 ,在河口為 5.5 公尺

•  造成了嚴重的民眾生命財產損傷

 

模擬:

•  FLOW-3D 模擬結果與現在的資料比對

•  邊界入射波條件由二維的計算得到,垂直的速度場則是採對數分佈

圖 4-1 :遭海嘯襲擊區域的照片

 

圖 4-2 : Imwon 港口的漁船受到強烈渦旋作用沈沒

 

圖 4-3 :海嘯過後, Imwon 岸上堆積滿了破損的的漁船

 

數值模型資料

•  計算區域: 0<x< 400m , 0<y<400 m, -20<z< 30m

•  接近 160 萬計算網格數 (x= 200, y=200,z=40) ,網格密度 ( 0.05m - 5.0m )

•  邊界條件: Xmin=Outgoing, Xmax=Wall, Ymin=Customized Wave,

Ymax=Outgoing,Zmin=wall, Zmax=Outgoing

•  波動設定:利用二維計算的 uv 速度分量 , 水高程 = 0m

•  計算時間: 840 秒的數值模擬,使用了 7 天的計算時間

圖 4-4 : STL 圖檔模型

二維的入流波動分析

•  控制方程式:由淺水波方程式推導的長線性波

•  初始條件:海平面的變化根據 Manshinha & Smylie 設定

•  邊界條件:岸邊為滑動邊牆,海邊為輻射邊界

•  數值方法:上風交錯網格跳蛙法

•  程式碼: DCRC 發展的 TUNAMI

圖 4-5 :應用在日本東海深海區域的巢式網格有限差分海嘯模式

 

圖 4-6 : 計算海域的海嘯海平面高程變化

 

圖 4-7 : 計算海域的海嘯海平面高程變化

 

圖 4-8 : Manshinha and Smylie (1971) 起始 高程的正視與透視圖

 

圖 4-9 : Imwon 港入口三維的設定自由液面高程和二維計算得到的兩個速度分量

 

圖 4-10 : 1983 年 5 月 26 日 Imwon 港口海嘯造成溯升高度的 FLOW-3D 三維模擬結果

 

圖 4-11 :二維三維計算結果的速度場與自由液面高程比較

 

圖 4-12 :海嘯造成的海堤的溯升高程分佈

 

圖 4-13 :二維與三維計算的水面高程與速度比較

 

圖 4-14 :二維與三維計算的水面高程與速度比較

 

圖 4-15 :二維與三維計算的粒子軌跡速度比較

 

表 4-1 :觀測到的溯升高度和二維三維的模擬結果比較

 

圖 4-16 : Imwon 港深水區的溯升觀測點

 

圖 4-17 :波浪溯升模擬動畫