Моделирование генерации и распространения длинных поверхностных волн в реальных акваториях

• Автор: Хвостова, Ольга Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Математическое моделирование длинноволновых возмущений: генерация и распространение
1.1. Модели генерации длинных поверхностных волн
1.2. Основные модели, описывающие распространение длинных волн
1.3. Долгосрочный прогноз и оценка цунами-потенциала побережья
1.4. Выводы
Глава 2. Моделирование движения потоков вязкой несжимаемой жидкости
методом сглаженных частиц
2.1. Метод сглаженных частиц в гидродинамике
2.2. Тестирование модели
2.3. Выводы
Глава 3. Исследование особенностей механизмов генерации длинных волн в
окрестности поселка Кассис (французское побережье Средиземного моря)
3.1. Состояние мыса Канальи
3.2. Численное моделирование различных сценариев генерации длинных волн при обрушении скалы
3.3. Обобщение и оценка результатов моделирования
3.4. Выводы
Глава 4. Численное исследование динамики длинных поверхностных волн типа
цунами в реальных акваториях
4.1. Моделирование оползневых цунами: 1909 г. в районе м. Идокопас (Черное море) и 1979 г. в районе г. Ницца (Средиземное море)
4.2. Оценка цунами потенциала французского побережья Средиземного моря от дистанционных цунами
4.3. Сравнительная оценка цунами-потенциала побережья о. Сахалин на основе численного моделирования
4.4. Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования.
Последние десятилетия отмечены очень бурным развитием физических и математических теорий многообразных волновых движений, которые в большинстве своем используют приближение длинных волн. Это развитие в значительной степени шло по прикладным направлениям, а также в направлении усложнения доступных для теоретического расчета задач. К последним, относятся, в частности, разнообразные задачи о длинноволновых возмущениях и их развитии в жидкости. Уравнения, описывающие данные явления, нелинейны, и поэтому их прямое исследование и решение возможны лишь в сравнительно редких случаях. Поэтому развитие современной гидродинамической теории для описания генерации и распространения длинноволновых возмущений в бассейнах со сложной геометрией происходит в. непрерывной связи с численными экспериментами.
Исследованию длинноволновых возмущений в жидкости посвящено огромное число теоретических (аналитических и. численных) и экспериментальных исследований. Интерес к их изучению обусловлен несколькими взаимно дополняющими факторами, основным из которых является распространенность данной формы волновых движений в природных условиях и широкий набор механизмов их генерации. В земных условиях и в атмосфере, и в океане наблюдаются длинноволновые возмущения с масштабами порядка сотен километров. Естественно, что в первую очередь важно понимание интенсивных длинноволновых возмущений типа цунами, содержащих значительную энергию, поведение которых в прибрежной зоне океана может быть достаточно сложным в силу нелинейных эффектов. Возникая обычно в результате сейсмотектонических подвижек дна в зоне сейсмического очага, цунами распространяются далеко от источника, нанося ущерб там, где само землетрясение не ощущалось.
Принято считать, что причиной возникновения 85% заметных цунами являются события сейсмического характера [Пелиновский, 1996]. Вторая по частоте причина их возбуждения связана с оползнями. На возможную роль оползней указывают и аномальные цунами, наблюдавшиеся в последнее десятилетие в тихоокеанском регионе [Мазова, 2003]: Никарагуа - 02.03.1992; Индонезия - 11.12.1998; Япония - 07.12.1993; Папуа Новая Гвинея,- 07.12.1998. Они были локальными и возникали неожиданно, так как тревога не объявлялась ввиду умеренного характера землетрясения. Характерным был также их быстрый приход, которому, как правило, предшествовал отход воды от берега. Такие аномально сильные длинноволновые возмущения наблюдались и раньше. Так, в Курило-Камчатской зоне при относительно умеренных землетрясениях 10.02.1963, 06.10.1975 с магнитудами 7.4, 7.0 величины заплеска были неожиданно велики: 15 и 5.5 м соответственно.
Отметим отдельно случаи, когда оползни явились основным источником длинноволновых возмущений. Так, сход лавины, содержащей около 300 млн. м3 породы со склонов горы Фейруэзер (Аляска, 10 июля 1958 г.) в бухту Литуйя1 привел к образованию цунами высотой 60 м, при этом максимальный всплеск в самой бухте достиг рекордной цифры в 524 м [Пелиновский, 1996]. Крупные цунами могут быть обусловлены также подводными оползнями. Один из недавних примеров - цунами высотой 3 м, обрушившееся на Лазурный берег Средиземного моря в районе французского города Ниццы 15 октября 1979 г. [Savone, et al., 2006]; возникшее при проведении донно-углубительных работ (6 человек погибло).
Несмотря на давний интерес к данной проблеме [Пелиновский, 1996]; [Smith, 2000]; [Watts, et at., 2002]; [Tappin, et al., 2002]; [Зайцев, и др., 2003]; [Мазова, 2003]; [Okal, et al., 2003]; [Куркин, 2006]; [Левин, 2011], оползневые механизмы генерации длинных волн изучены еще достаточно слабо, например, по сравнению с сейсмическими механизмами.
Особенностью представляемой работы является также то, что
исследование ведется численными методами, имеющими свою специфику. Это

Генерация волн оползнем
Оползни и сопровождающие их цунами - обычные вторичные эффекты землетрясений, но во многих случаях, разрушительные оползни произведены локальными процессами в отсутствии сейсмических событий. Подобные катастрофические волны наблюдаются не только на океанском шельфе, но и на берегах морей и различных водных резервуаров. Так, в 1963 г. в Греции в Коринфском заливе береговая полоса в устье реки сползла и привела к цунами с высотой 6 м, которая накатилась на противоположный берег [Lobcovsky, et al.,
2002]. В 1963 г. в Италии в бассейне долины Ваньон наблюдалось цунами с высотой 10 м, что привело к гибели 3000 человек [Weigel, et al., 1970]. В 1997 г. в США в бухте Скагвэй, Южная Аляска, секция железной дороги при реконструкции сползла в воду, что вызвало образование цунами, приведшее к экономическому ущербу около 21 миллиона долларов и человеческим жертвам [Kulikov, et al., 1996]. Оползни могут генерировать волны не только в океанах и морях, но и в крупных реках. Описание одного из таких событий, произошедших на р. Волга в 1597 г. приведено в работе [Диденкулова, и др.,
2003].
Изучение генерации волн оползнями имеет длительную историю [Weigel, 1955]; [Леонидова, 1972]. Возросший интерес к проблеме оползней был вызван катастрофическим событием в Папуа Новая Гвинея в 1998 г. Волна, возникшая в результате умеренного землетрясения, сопровождаемого локальным оползнем, и обрушившаяся на побережье Папуа Новая Гвинея, достигала 15 м в высоту [Heinrich, et al., 2001]; [Imamura, et al., 2001]; [Tappin, et al., 2002].
Для моделирования генерации цунами подводными оползнями разработан ряд моделей, обсуждаемых в литературе [Watts, et al., 1999]; [Smith, 2000]; [Lynett, et al., 2002]; [Okal, et al., 2002]; [Grilli, et al., 2003]; [Rabinovich, et al., 2003]; [Walder, et al., 2003]; [Зайцев, и др., 2003]; [Мазова, 2003]. Основные трудности состоят в том, что оползень распространяется достаточно долго,