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應用 FLOW-3D 於海岸區域溢淹之三維數值模擬(下)

 
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

案例四:颱風造成的港灣淹溢

背景

•  Maemi 颱風在 2003 年 9 月 12 日 登陸韓國南部的海岸。造成 Masan 灣許多民眾生命傷亡與巨大的財產損失。

•  颱風暴雨造成 2.58 公尺 高的巨浪,與 4.39m 的觀察潮位。

•  模擬:

•  利用三維模式來重現大雨暴潮造成的淹溢

•  準確的模擬結果有助擬定正確有效的大雨暴潮的災害防治方案

圖 5-1 : A Satellite photo of Typhoon MAemi 颱風的衛星雲圖、路徑與區域氣候圖

 

圖 5-2 :影響區域的俯視圖與局部放大圖

 

數值模型資料

•  計算區域: 10<x< 890m , 10<y<790 m, -1<z< 50m

•  接近 600 萬計算網格數 (x= 440, y=390,z=35) ,網格密度 ( 0.5m - 3.5m )

•  邊界條件: Xmin=Pressure, Xmax=O, Ymin=O, Ymax=O, Zmin=wall, Zmax=wall

•  壓力設定:水面高程= 4.39 公尺 ,根據觀察到的潮位

•  計算時間: 700 秒的數值模擬,使用了 1 天的計算時間

圖 5-3 :港灣淹溢動畫

 

圖 5-4 :淹溢災害照片

 

圖 5-5 :天文潮位與觀測到的最大潮高

 

圖 5-6 :最高潮位的速度分佈

 

 

 

 

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 5-7 :暴潮淹溢動畫

 

結論:
計算的溯升高度與其他資料驗證
根據 FLOW-3D 海嘯與颱風等天然災害的三維模擬結果可已發現:
    a. 大體而言針對 Imwon 港的計算資料,包括波高、特徵週期與河川的波傳等都與相關的觀測資料相符。
    b. 模擬所預測到海嘯時的港口渦流中心與照片資料非常吻合。
由初步的結果顯示 FLOW-3D 的確可以正確進行海岸流場的模擬預測。
不過還是需要更多廣泛的資料文件來建立模擬的可信度。
如何讓入流波動邊界設定更加真實,值得在未來投入更多的研究人力。