It is easy for a ship passing through confined waters to be exposed in dangers of collisions and grounding due to different hydrodynamic responses. Since marine accidents can cause significant impacts on environments, global economy, and human lives, it is necessary to study the effect of shallow water on hydrodynamic performance of a ship. In this paper, the effect of water depth on resistance performance was investigated using CFD analysis as an initial study for improving navigational safety of a large container ship under confined waters. After a CFD set-up for deep water condition was validated and verified by comparing CFD analysis with model test results, CFD calculations according to ship speed and water depth were conducted. The features were investigated in terms of tendency and physical knowledge related to resistance performance. The increase of resistance due to shallow water effect was reviewed with empirical formula suggested from SWABE JIP. Speed loss due to shallow water effect was additionally reviewed from estimated delivered power according to ship speed and water depth.
The decrease in under keel clearance (UKC) due to the increase of draft that occurs during advancing and turning of very large vessels of different types was analyzed based on computational fluid dynamics (CFD). The trim change in the Duisburg test case (DTC) container ship was much smaller than that of the KRISO very large crude oil carrier 2 (KVLCC2). The sinkage of both ships increased gradually as the water depth became shallower. The amount of sinkage change in DTC was greater than that in KVLCC2. The maximum heel angle was much larger for DTC than for KVLCC2. Both ships showed outward heel angles up to medium-deep water. However, when the water depth became shallow, an inward heel was generated by the shallow water effect. The inward heel increased rapidly in very shallow water. For DTC, the reduction ratio was very large at very shallow water. DTC appeared to be larger than KVLCC2 in terms of the decreased UKC because of shallow water in advancing and turning. In this study, a new result was derived showing that a ship turning in a steady state due to the influence of shallow water can incline inward, which is the turning direction.
A field case study was performed to investigate the effect of shallow ponding in paddy field on irrigation water requirement of direct seeded rice. In addition, an economic analysis was made to see the effect of no-till direct seeded rice on cost reduction. A field study was performed at a 2.1ha paddy field in Kimjae city, Chonbuk province from 1991 to 1999. Various direct seeding methods such as dryland seeding, wetland seeding, and no-till wetland seeding were introduced. Then, cost reductions due to the direct seeding and no-till were calculated. In addition, to investigate the effect of shallow ponding on irrigation water requirement, field measurements such as irrigation water volume, drainage water volume, rainfall depth, and ponding depth, were made at a 40a plot within the same area in 1988 and 1990. The results of the shallow ponding study showed that the irrigation water depth, rainfall, and the drainage depth were 379mm, 458mm, and 448mm in 1988 growing season, and 274mm, 819mm, and 736mm in 1990, respectively. The shallow ponding irrigation method saved irrigation water by about 20% with higher yield compared with the traditional method. The economic analysis showed that won \640,000 per ha can be saved by direct seeding due to no nursery cost, and \1,220,000 per ha due to no-till and no nursery cost. The yields ranged 540 to 640 kg per 10a during the study period with an average of 590kg per 10a. If these cropping techniques with no-till direct seeding and shallow ponding depth for rice cropping prove to be advantageous with further study, they can be adopted for the most of the paddy fields in Korea.
Kim, Minseok;Jung, Kwansue;Son, Minwoo;Jeong, Anchul
한국수자원학회:학술대회논문집
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한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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pp.281-281
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2015
Shallow landslide often occurs in areas of this topography where subsurface soil water flow paths give rise to excess pore-water pressures downslope. Recent hillslope hydrology studies have shown that subsurface topography has a strong impact in controlling the connectivity of saturated areas at the soil-bedrock interface. In this study, the physically based SHALSTAB model was used to evaluate the effects of three soil thicknesses (i.e. average soil layer, soil thickness to weathered soil and soil thickness to bedrock soil layer) and subsurface flow reflecting three soil thicknesses on shallow landslide prediction accuracy. Three digital elevation models (DEMs; i.e. ground surface, weathered surface and bedrock surface) and three soil thicknesses (average soil thickness, soil thickness to weathered rock and soil thickness to bedrock) at a small hillslope site in Jinbu, Kangwon Prefecture, eastern part of the Korean Peninsula, were considered. Each prediction result simulated with the SHALSTAB model was evaluated by receiver operating characteristic (ROC) analysis for modelling accuracy. The results of the ROC analysis for shallow landslide prediction using the ground surface DEM (GSTO), the weathered surface DEM and the bedrock surface DEM (BSTO) indicated that the prediction accuracy was higher using flow accumulation by the BSTO and weathered soil thickness compared to results. These results imply that 1) the effect of subsurface flow by BSTO on shallow landslide prediction especially could be larger than the effects of topography by GSTO, and 2) the effect of weathered soil thickness could be larger than the effects of average soil thickness and bedrock soil thickness on shallow landslide prediction. Therefore, we suggest that using BSTO dem and weathered soil layer can improve the accuracy of shallow landslide prediction, which should contribute to more accurately predicting shallow landslides.
Pilot study was conducted to examine the effects of ponded-water depth and reclaimed wastewater irrigation on paddy rice culture. For the ponded-water depth effect, three treatments of shallow, traditional, and deep water depths were applied, and each treatment was triplicated. The irrigation water for the treatment pots was an effluent from constructed wetland system for sewage treatment, while the control pot was irrigated with tap water kept traditional ponded-water depth. Irrigation water quantity varied with ponded-water depth as expected and drainage water quantity also varied similarly, which implies that shallow irrigation might save irrigation water and also reduce environmental impacts on downstream water quality. Rice growth and production were not significantly affected by ponded-water depth within the experimental condition, instead there was an indication of increased production in shallow and deep ponded-water depths compared to the traditional practice. Raising drainage outlet to the adequate height in paddy dike might be beneficial to save water resources within the paddy field. There was no adverse effect observed in reclaimed wastewater irrigation on the rice production, and mean yield was even greater than the control pots with tap water irrigation although statistically not significant. Water-saving irrigation by shallow ponded-water depth, raising the outlet height in diked rice paddy fields, minimizing forced surface drainage by well-planned irrigation, and reclaimed wastewater irrigation are suggested to save water and protect water quality. However, deviation from traditional farming practices might affect rice growth in long term, and therefore, further investigations are recommended before full scale application.
천해파랑을 산정하기 위하여 천수, 굴절, 회절, 반사 및 쇄파 등의 파랑변형요소를 고려하는 대부분의 수치모델은 천해역에서의 바람장을 수치모델과 결합하여 천해파랑을 산정하고 있다. 그리고, 일반적으로 천해역에서 바람장을 산정하는 경우에 태풍모델로부터 얻어진 바람장을 해상풍으로 변환하여 사용하고 있다. 그러나, 이러한 해상풍 산정법은 해상풍의 평가에 중요한 요소로 작용될 수 있는 육상지형의 영향에 대해서는 고려하고 있지 않다. 본 연구는 천해역에서의 해상풍 산정에 대하여 육상지형의 영향을 고려함으로써, 결과적으로 정도 높은 천해파랑산정을 목적으로 한다. 먼저 지역적으로 차폐 및 개방되어 있는 해역을 대상으로 태풍모델로부터 얻어진 해상풍과 본 연구에서 적용하는 육상지형의 영향을 고려할 수 있는 MASCON모델로 산정된 해상풍의 결과를 상호 비교 검토한다. 그리고, 각 모델로부터 얻어진 해상풍을 SWAN모델에 적용하여 천해파랑을 산정하며, 이의 결과를 상호 비교 검토한다. 검토된 결과로부터 정도 높은 천해파랑산정을 위한 MASCON모델의 필요성을 논의한다.
In the present study, the flow behaviors of square jets surface discharged and submerged discharged into shallow water were each simulated using computational fluid dynamics, and the results were compared. As for the verification of the models, the results of the hydraulic experiment conducted by Sankar, et al. (2009) were used. According to the results of the verification, the present application of computational fluid dynamics to the flow analysis of square jets discharged into shallow water was valid. As for the wall jet, which is one form of submerged discharges, at the bottom wall boundary, the peak velocity of the jet rapidly moved from the center of the jet to the bottom wall boundary due to the restriction of jet entrainment and the no-slip condition of the bottom wall boundary, and, as for the surface discharge, because jet entrainment is limited on the free water surface, the peak velocity of the jet moved from the center of the jet to the free water surface. This is because jet entrainment is restricted at the bottom wall boundary and the surface so that the momentum of the central core of the jet is preserved for considerable time at the bottom wall boundary and the surface. In addition, due to the effect of the bottom wall boundary and the free water surface, the jet discharged into shallow water had a smaller velocity diminution rate near the discharge outlet than did the free jet; at a location where it was so distant from the discharge outlet that the vertical profile of the velocity was nearly equal (b/x =20~30), moreover, it had a far smaller velocity diminution rate than did the free jet due to the effect of the finite depth.
This paper provides numerical results of the simulation for the flow around the hull and the propeller of KCS model ship advancing in shallow water conditions. A finite volume method is used to solve the unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) equations, where the wave-making problem is solved by using a volume-of-fluid(VOF) method. The wave formed near the hull surface in shallow water conditions shows a deep trough dominant pattern that causes the loss of buoyancy followed by hull squat. The flow past the hull increases as the depth of water decreases. However, the axial flow velocity around the stern shows a reduction in magnitude by the effect of shallow water accompanied by the hull-propeller interaction. As a results, the thrust and torque coefficient increase about 8.3% and 6.2%, respectively for a depth of h/T=3.0 corresponding to a depth Froude number of $F_h=0.693$. The resistance coefficient increases about 11.6% at this Froude number condition.
선박이 천수 및 수로를 운항하는 경우, 바닥과 측벽의 영향으로 인해 선체침하 및 비대칭적인 힘이 선체 주위에 발생하여 바닥이나 다른 선박 혹은 수로의 벽에 충돌하는 현상이 발생한다. 특히, 수로가 많은 유럽이나 북미를 운항하는 해운회사와 항해사들은 선박의 충돌을 방지하기 위해서 중요한 문제로 다루고 있다. 본 연구에서는 선박의 안전한 항해를 위해 수치해석을 이용하여 선박과 수로의 벽 사이에 발생하는 유체역학적 힘인 횡력(Sway Force)과 선회 모멘트(Yaw Moment)를 정성적으로 추정하고자 하였다. 천수와 측벽효과(Bank Effect)를 해석할 수 있는 프로그램을 개발하여 크기가 다른 원유 운반선 2척에 대하여 선속, 수심 그리고 선박과 측벽 사이 거리의 변화에 따른 다양한 해석을 수행하였다. 계산된 결과는 시험 결과 및 기 발표된 수치해석 결과와 비교하였다.
The effect of water depth on the wave making resistance performance is great where Froude number based on the water depth is close to one. The increase of wave making resistance due to the shallow water effect is evaluated by a numerical analysis in the present study. Three-dimensional Navier-Stokes and continuity equations are employed for the present study and the equations are discretized by finite difference method. The interface between water and air is determined by the level set method. In order to validate the numerical method, the change of resistance performance for Wigley hull according to the water depth is evaluated and the computed resistance coefficient is compared with measured one. The present numerical method is applied for the simulation of wave phenomena around a Ro-Pax hull form and the computed results are discussed in the resistance performance point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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