A large-scale finite element simulation and modeling method is presented for environmental flows in urban area. Parallel stabilized finite element method based on domain decomposition method is employed for the numerical simulation. Several GIS and CAD data are used for the preparation of the shape model for landform and urban structures. The present method Is applied to the simulation of flood flow and wind flow In urban area. The present method is shown to be a useful planning and design tool for the natural disasters and the change of environments in urban area.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.397-397
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2015
The frequency of urban floods is recently increased as a consequence of climate change and haphazard development in urban area. To mitigate and prevent the flood damage, we generally utilized a numerical model to investigate the causes and risk of urban flood. Contrary to general flood inundation model simulating only the surface flow, the model needs to consider flow of the sewer network system like SWMM and ILLUDAS. However, this kind of model can not consider the interaction between the surface flow and drainage network. Therefore, we tried to evaluate the impact of bidirectional interaction between sewer and surface flow in urban flooding analysis based on simulations using the quasi-interacted model and the interacted model. As a general quasi-interacted model, SWMM5 and FLUMEN are utilized to analyze the flow of drainage network and simulate the inundation area, respectively. Then, FLO-2D is introduced to consider the interaction between the surface flow and sewer system. The two method applied to the biggest flood event occurred in July 2011 in Sadang area, South Korea. Based on the comparison with observation data, we confirmed that the model considering the interaction the sewer network and surface flow, showed a good agreement than the quasi-interacted model.
The radioactive pollutant could migrate to the downstream urban area under the action of atmospheric dispersion due to the turbulent mixing under actual pollution accidents. A scenario in which radioactive contaminants from the upstream (for example, a nearshore nuclear power plant accident) migrates to the downstream urban blocks have been considered in this study. Numerical simulations using computational fluid dynamics (CFD) are then conducted to investigate the effects of the urban morphology (building packing density and layout) on the atmospheric dispersion of radioactive pollutants in this scenario. The building packing density and structure can significantly affect urban areas' mean flow pattern and the turbulent kinetic energy (TKE). The flow pattern and the TKE distribution influence the radioactive pollution dispersion. It is found that the radioactive pollution at the urban canyons is significantly affected by the vertical transport at the canyon. A comparison of the distributions of radioactive and traditional non-radioactive pollutants is also provided.
The characteristics of flow and pollutant dispersion for fire scenarios in an urban area are numerically investigated. A computational fluid dynamics (CFD) model coupled to a mesoscale weather research and forecasting (WRF) model is used in this study. In order to more accurately represent the effect of topography and buildings, the geographic information system (GIS) data is used as an input data of the CFD model. Considering prevailing wind, firing time, and firing points, four fire scenarios are setup in April 2008 when fire events occurred most frequently in recent five years. It is shown that the building configuration mainly determines wind speed and direction in the urban area. The pollutant dispersion patterns are different for each fire scenario, because of the influence of the detailed flow. The pollutant concentration is high in the horse-shoe vortex and recirculation zones (caused by buildings) close to the fire point. It thus means that the potential damage areas are different for each fire scenario due to the different flow and dispersion patterns. These results suggest that the accurate understanding of the urban flow is important to assess the effect of the pollutant dispersion caused by fire in an urban area. The present study also demonstrates that CFD model can be useful for the assessment of urban environment.
In Korea, there exist many mountains, and sudden storms occur during the summer season. When severe rainstorm events occur in steep slope topography, risk of debris flow is increased. Once debris flow occurs in urban area, it may cause casualties and physical damages due to rapid debris flow velocity along a steep slope. Accordingly, preventing method of sediment-related disaster for demage mitigation are essential. Recently, various studies on debris flow have been conducted. However, the prediction of the physical propagation of debris flow along the steep slope was not thoroughly investigated. Debris flow is characterized by various factors such as topography, properties of debris flow, amount of debris flow. In the study the numerical simulation was focused on the topographic factor. Fundamental analysis of the risk area was implemented with emphasis on the propagation length, thickness, and the development of maximum velocity. The proposed results and the methodology of estimating the structural vulnerability would be helpful in predicting the behavior and the risk assessment of debris flow in urban area. These results will be able to estimate the vulnerability of urban areas affected the most damage by debris flow.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.241-241
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2015
In this study, the simulations and analyses of flood flow due to a river inundation in a coastal urban area are carried out using a two-dimensional finite volume method with well-balanced HLLC scheme. The target area is a coastal urban area around Gohyun river which is located at Geoje city in Kyungnam province in Korea and was extremely damaged due to the heavy rainfall during the period of the typhoon "Maemi" in September 2003. For the purpose of the verification of the numerical model applied in this study, the simulated results are compared and analyzed with the inundation traces. Moreover, the flood flow in a urban area is simulated and analyzed based on the scenarios of inflow to the river with the increase and decrease of the intensity of the heavy rainfall.
Phosphorus (P) is an essential nutrient for all living organisms. P is mostly obtained from mined rock phosphate. However, existing rock phosphate reserves could be exhausted in the next 50-100 years. As Korea is totally dependent on imported rock phosphate, we should seek for solution to overcome the P depletion by efficient use and recycling. For this, this study suggested a P flow model to identify the location and flow route of P in urban area based on traditional material flow analysis. The type of P entering the urban areas are fertilizer, food and feed. Each type of P is used in agriculture, human consumption and animal husbandry. After going through each process, P is moved to waste management facilities within food waste, excreta and sewage. Some portion of P in waste are buried, incinerated and discharged, which can be reservoir of P in the future.
Background and objective: Urban topology can be characterized as impervious, which changes the hydrologic features of an area, increasing surface water flow during local heavy rain events. The pluvial flooding is also influenced by the vertical structures of the urban area. This study suggested a modified digital elevation model (DEM) to identify changes in urban hydrological conditions and segmentalized urban micro catchment areas using a geographical information system (GIS). Methods: This study suggests using a modified DEM creation process based on Rolling Ball Method concepts along with a GIS program. This method proposes adding realized urban vertical data to normal DEM data and simulating hydrological analyses based on RBM concepts. The most important aspect is the combination of the DEM with polygon data, which includes urban vertical data in three datasets: the contour polyline, the locations of buildings and roads, and the elevation point data from the DEM. DEM without vertical data (DCA) were compared with the DEM including vertical data (VCA) to analyze catchment areas in Shin-wol district, Seoul, Korea. Results: The DCA had 136 catchments, and the area of each catchment ranged from 3,406 m2 to 423,449 m2. The VCA had 2,963 catchments, with the area of each ranging from 50 m2 to 16,209 m2. The most important finding is that in the overlapped VCA; the boundary of areas directly affected by flooding and the direction of surface water flow could be identified. Flooding data from September 21, 2010 and July 27, 2011 in the Shin-wol district were applied as ground reference data. The finding is that in the overlapped VCA; the boundary of areas directly affected by flooding and the direction of surface water flow could be identified. Conclusion: The analysis of the area vulnerable to surface water flooding (SWF) was more accurately determined using the VCA than using the DCA.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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1990.07a
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pp.19-19
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1990
The paper presents the development and applications of physically-based urban runoff analysis model, URAM, which is capable of simulating sewer runoff hydrographs and inundation conditions within a small urban catchment. The model considers three typical flow conditions of urban drainage networks, whichn are overland flow, gutter flow, and conduit flow during a storm. Infiltration, retention storage and flow routing procedures are physically depicted in model. It was tested satisfactorily with field data from a tested catchment having drainage area of 4.91 ha. It was also applied to other urban areas and found to adequately simulate inundation areas and duration as observed during storms. The test results as well as model components are described in the paper.
The Paper presents the development and applications of physically-based urban runoff analysis model, URAM, which is capable of simulating sewer runoff hydrograhps and inundation conditions within a samll urban catchment. The model coniders three typical flow conditions of urban drainage networks, which are over-land flow, gutter flow, and conduit flow during a storm. Infiltration, retention storage and flow routing procedures are physically depicted in model. It was tested satisfactorily with the field data from a tested catchment having drainage area of 0.049k$m^2$. It was also applied to other urban areas and found to adequately simulate inundation areas and duration as observed during storms. The test results as well as model components are described in the paper.
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