Численное моделирование волн цунами с учетом динамики подводного очага : на примере акватории Черного моря

• Автор: Колчина, Елена Александровна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ В ОГРАНИЧЕННЫХ АКВАТОРИЯХ
1.1. Общая математическая постановка задачи
1.1.1. Гидродинамические модели генерации длинных волн подводным источником в морских акваториях
1.1.2. Математическая постановка задачи генерации длинной волны динамическим источником
1.1.3. Граничные условия
1.1.4. Методика обработки береговой линии
1.2. Описание численных схем, используемых при моделировании волновых процессов в черноморской акватории
1.2.1. Описание численной схемы при решении задачи о генерации, распространении и накате длинной волны на берег в рамках прямоугольной системы координат
1.2.2.Исследование разностной схемы на сходимость
1.2.3.Исследование разностной схемы на устойчивость
1.2.4.Влияние на сходимость схемной вязкости и донного трения. Обоснование адекватности расчетов к реальному процессу цунами
1.2.5.Описание численной схемы при решении задачи одномерного наката длинной волны на плоский откос в косоугольной системе координат
1.2.5.1.Преобразование системы нелинейных уравнений мелкой воды
в косоугольную систему координат
1.3. Тестовые примеры на численное моделирование одномерного наката длинной волны на наклонный берег в рамках косоугольной и прямоугольной систем координат
1.3.1. Одномерный накат длинной волны в рамках косоугольной системы координат
1.3.2. Одномерный накат цунами на российское побережье Черного моря
1.3.2.1. Накат волны цунами на побережье в районе города Сочи
1.3.2.2. Накат волны цунами на побережье в районе город Анапа
1.3.3. Аналитические оценки максимальной высоты волны на берегу при расчете в прямоугольной системе координат для трех городов
1.3.4. Сравнение данных расчета максимальных высот волн цунами на 10-ти метровой изобате и максимального наката на берег
1.3.5. Оценка правильности реализации, используемой для расчетов численной схемы
1.4. Анализ влияния формы многоблочного сейсмического очага на характер наката цунами на берег. Модельные задачи
1.4.1. Трехблочный сейсмический очаг
1.4.2. Многоблочный сейсмический очаг
1.4.3. Накат на сложный откос при моноблочном сейсмическом очаге
ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ВЫБРАННОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА
2.1. Обзор состояния проблемы
2.2. Обзор литературы по цунами от сейсмических и оползневых процессов
в черноморском бассейне
2.3.Обоснование выбора модели сейсмического очага
2.4. Обоснование адекватности применимости блочной модели для расчета генерации волны цунами в черноморской акватории
2.4.1. Блочно-клавишная модель сейсмического очага
2.4.2. Обоснование применения клавишной модели для акватории Черного моря
2.4.3. Расчет генерации и распространения волны цунами от сейсмического
очага, заданного в виде блока, расположенного в акватории Черного моря
2.4.4. Расчет генерации и распространения волны цунами от сейсмического
очага, заданного в виде «колокольчика», расположенного в акватории Черного моря

2.4.5. Расчет генерации и распространения волны цунами от сейсмического очага, заданного в виде четырех точечных источников, расположенных в вершинах квадрата
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ В АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ НА ОСНОВЕ БЛОЧНОЙ МОДЕЛИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ОЧАГА
3.1. Расчет возможных сценариев генерации исторических цунами для побережий России и Украины
3.2. Численное моделирование генерации возможных катастрофических цунами для российского побережья
3.2.1.Численное моделирование генерации волн цунами сейсмическим очагом с фиксированной локализацией вблизи северо-западного побережья России: случай одного и двух блоков
3.2.2. Исследование влияния локализации трехблочного сейсмического очага по периметру Черного моря на характер генерации волн цунами
3.2.3. Сравнение результатов численного моделирования по рассмотренным сценариям
3.3. Численное моделирование генерации возможных катастрофических цунами для украинского и болгарского побережий
3.4. Численное моделирование генерации возможных катастрофических цунами для черноморского побережья Турции
3.4.1. Выбор локализации и кинематики сейсмического очага
3.4.2. Численное моделирование генерации волн цунами ближнеполевыми и дальнеполевыми виртуальными сейсмическими источниками и их распространения к турецкому побережью
3.5. Спектральный анализ волновых полей исторических и гипотетических сейсмоцунами в акватории Черного моря
3.5.1. Спектральный анализ исторического землетрясения и цунами
12 июля 1966 г
3.5.2.Спектральный анализ возможных катастрофических цунами для

результате исследования на сходимость, получен конечно-разностный аналог с учетом схемной вязкости (1.2.16).
Донное трение в данном случае аппроксимировалось выражением: / = ~Ск -и-и |, где коэффициент донного трения брался Сц= 2.

На примере исторического цунами, которое произошло около г. Анапа в
12.07.1966 г. с координатами эпицентра 44.7° с.ш., 37.2° в.д. и М= 5 была использована численная схема с учетом схемной вязкости, а затем еще и с учетом донного трения. На рис. 1.2.1а приведены мареограммы для 2 пунктов черноморского побережья России, соответствующих расположению городов
З002 -®0.

-0.01 -0.
0

-0.04 •
-O.OS
О 50 100 150 200 250
Рис. 1.2.1а. Мареограммы для Анапы, Новороссийска без учета схемной вязкости.
Л 0.02 -^0.01 О
-0.01 -0.

Рис.1.2.16. Мареограммы для Анапы, Новороссийска с учетом схемной вязкости.
Новороссийска и Сочи без схемной вязкости, и на рис. 1.2.16 с учетом схемной вязкости. На рис. 1.2.2 приведены мареограммы для этих двух пунктов черноморского побережья России, полученные при моделировании цунами
12.07.1966 г. с учетом схемной вязкости и донного трения, хорошо видно, что
Новососс ныск

150 2Й0 250 300 350
Анапа_____________________ t. мин

100 150 200 250 300 350
t. МИН