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研究生: 梅育瑄
Mei, Yu-Hsuan
論文名稱: 大規模水下邊坡滑移引致之海嘯傳播之三維RANS模擬
A 3-D RANS Simulation of Tsunami Propagation Induced by Large-Scale Underwater Landslide
指導教授: 方中
Fang, Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 雷諾方程山崩海嘯核電廠
外文關鍵詞: RANS Equations, Submarine landslide, Nuclear Power Plant
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  •   2011年東日本大海嘯,宮城縣、岩手縣與福島縣,當地防海嘯牆最初設計時由於考量不足,因此無法抵擋住311海嘯衝擊;台灣也因此重新評估並打算補強四座核能廠的防海嘯牆。有鑑於此,本文著手於台灣本島東北方核一廠與核二廠,對於基隆嶼若發生山崩所產生之海嘯的影響;由過往參考文獻得台灣於1867年與1918年曾於基隆嶼發生兩次山崩海嘯,為求分析當地情況,本文使用FLOW-3D針對山崩落石作三維分析。
      山崩落石皆假設為正圓球體,且其體積與基隆嶼位於海平面上之四分之一體積相等;採能量係數原則只改變其密度:3000kg/m3、6000kg/m3、9000kg/m3與12000kg/m3。將其置於基隆嶼處逕直落下與水體互相作用,其產生之波傳作為海嘯源傳遞至核一廠與核二廠。
      根據分析結果顯示,位於核一廠時,密度為12000kg/m3之崩塌體波高最大,位於核二廠則是密度3000kg/m3之崩塌體造成之波高最大。據波高對時間關係圖可得知,無論位於核一廠或是核二廠,海嘯最危險的不是第一波波峰來臨時;通常是第二波與第三波來臨時造成之傷害最為巨大。且根據圖形資料,基隆嶼山崩對核二廠的破壞比起核一廠來得巨大,核一廠最高波高約為0.38米,而核二廠則為2.1米之高度。由於除了在距離上,核二廠較核一廠距離基隆嶼較近以外;核二廠周圍海灣為內彎形且擁有窄口,海嘯波容易互相疊加,造成波高放大。於此,本文謹對山崩海嘯於核一、和二廠的三維分析給出建議:依據第二波或第三波以後海嘯波高來設計防海嘯牆較為恰當,且當地形為狹口時,須嚴當防範其後續波高疊加之效應。

    By means of the finite element code FLOW-3D, the tsunami propagation induced by a large-scale submarine landslide is studied numerically. The landslide is assumed to take place by the collapse of Keelung Islet, which locates on the northeast coast of Taiwan. Using the energy equivalence principle, four densities of the collapse are considered: 3000kg/m3, 6000kg/m3, 9000kg/m3, 12000kg/m3. Because of a sudden vertical displacement of the ocean's surface, when the collapse falls into water, it would induce the tsunami propagation, and the tsunami waves will travel to the shore of the Jinshan Nuclear Power Plant (1st Nuclear Power Plant) and Kuosheng Nuclear Power Plant (2nd Nuclear Power Plant). According to the analysis results, the highest wave height will occur at 2nd or 3rd wave whether it occurs at the 1st or 2nd Nuclear Power Plant. The highest wave height at the 1st Nuclear Power Plant reaches 0.38 metres, and it reaches 2.1 metres at the 2nd Nuclear Power Plant. Due to natural topography in nearshore region of the 2nd Nuclear Power Plant, the waves will inundate and thus needing to construct a seawall to protect the nearshore region and reduce hazards.

    摘要 i Abstract ii 致謝 v 目錄 vi 圖目錄 viii 表目錄 x 符號說明 xi 第一章 前言 1 1.1 研究背景 1 1.2 海嘯 3 1.2.1 海嘯定義 3 1.2.2 海嘯生命週期 3 1.2.3 海嘯規模與可信度 9 1.3 研究目的 10 1.4 相關文獻 12 1.5 論文架構 13 第二章 理論分析 14 2.1 層流 (Laminar Flow) 14 2.1.1 質量守恆 (Conservation of Mass) 14 2.1.2 動量守恆 (Conservation of Linear Momentum) 14 2.1.3 牛頓流體 (Newtonian Fluid) 15 2.1.4 納維-斯托克斯方程 (Navier-Stokes Equations) 15 2.2 淺水波方程 (Shallow-Liquid Waves Equation) 16 2.3 紊流 (Turbulence) 17 2.3.1 雷諾數 (Renolds Number) 19 2.4 雷諾方程 (RANS Equations) 19 2.5 紊流模型 (Turbulence Model) 20 2.5.1 零階模型 21 2.5.2 一階模型 (k-e方程模型) 22 2.5.3 雷諾應力方程模型 (Reynolds Stress Equation Model, RSM) 22 第三章 數值模擬 24 3.1 數值模擬軟體介紹 24 3.1.1 Simulation Manager 25 3.1.2 Model Setup 27 3.1.3 Analyze 31 3.1.4 Display 31 3.1.5 FLOW-3D模擬流程 32 第四章 模擬結果 33 4.1 問題定義 33 4.2 地形資料與崩塌體 33 4.2.1 地形資料 33 4.2.2 崩塌體模型 34 4.3 數值模擬設定 35 4.3.1 基本參數設置 35 4.3.2 網格設置與邊界條件 36 4.4 模擬方法 37 4.5 結果與討論 39 4.5.1 核一廠結果輸出 41 4.5.2 核二廠結果輸出 46 4.5.3 結果分析 51 第五章 結論與未來展望 52 5.1 結論 52 5.2 未來展望 53 參考文獻 54 附錄 56

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    [33] https://en.wikipedia.org/wiki/1958_Lituya_Bay_megatsunami, 20170706

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