Динамика длинных волн в прибрежной зоне моря с приложением к морским катастрофам

• Автор: Диденкулова, Ирина Игоревна
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 309 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТРАНСФОРМАЦИЯ ДЛИННЫХ ВОЛН В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ И ИХ НАКАТ НА БЕРЕГ

1.1. Введение

1.2. Накат длинных волн на плоский откос

1.3. Трансформация и накат длинных волн на пляжах

специальных (безотражательных) профилей

1.4. Накат волн в каналах 1Л-образной формы

1.5. Нелинейная динамика и накат волн в бухте параболического сечения

1.6. Сгонно-нагонные явления в бухте параболического сечения

1.7. Заключение

ГЛАВА 2. ВОЛНЫ-УБИЙЦЫ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ
2.1. Введение
2.2. Статистика волн-убийц в 2006-2010 гг
2.3. Волны-убийцы в бассейне промежуточной глубины и возможность
их возбуждения с помощью механизма модуляционной неустойчивости
2.4. Механизмы образования волн-убийц на мелководье и на берегу
2.5. Лабораторное исследование возникновения волн-убийц на берегу
2.6. Натурные измерения волн-убийц вблизи берега
2.7. Заключение
ГЛАВА 3. БОЛЬШИЕ ВОЛНЫ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ. ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПРОХОЖДЕНИЕМ БЫСТРОХОДНЫХ СУДОВ
3.1. Введение
3.2. Динамика судовых волн в прибрежной зоне моря
3.3. Накат судовых волн на берег
3.4. Спектральные характеристики цугов волн от быстроходных судов
3.5. Воздействие судовых волн на берег
3.6. Возможность моделирования цунами оползневого происхождения
с помощью волн от быстроходных судов
3.7. Заключение
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ВОЛН ЦУНАМИ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ МОРЯ
4.1. Введение
4.2. Цунами оползневого происхождения на открытых пляжах:
аналитические модели, резонансные эффекты
4.3. Цунами оползневого происхождения в каналах и-образной формы
4.4. Моделирование аномальных заплесков волн цунами
в и-образных бухтах и заливах
4.5. Моделирование цунами вулканического происхождения, произошедшего
в озере Карымское, Камчатка в 1996 г
4.6. Последние данные о цунами в российских реках и озерах
4.7. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
Одной из наиболее важных задач динамики волн в прибрежной зоне моря является адекватное описание процесса наката волн на берег, решение которой необходимо для жизнедеятельности населения в прибрежных районах. Особенно разрушительными оказываются длинные волны, такие как цунами и штормовые нагоны, проникающие вглубь побережья значительно дальше ветровых волн. В случае цунами задача адекватной оценки высот волн цунами на берегу усложняется ограничением на время выдачи прогноза, поскольку в вычислительном плане расчеты набегания волн на берег требуют такого же времени, как и расчеты распространения цунами через весь океан. Поэтому крайне важно иметь наборы параметрических формул, позволяющих проводить экспресс-оценки высоты волн цунами на берегу по минимальным данным о волнах цунами в открытом океане.
Для описания динамики длинных волн в прибрежной зоне моря используется нелинейная теория мелкой воды и ее различные обобщения. Обзор имеющихся аналитических решений в этой проблеме представлен в (Стокер, 1959; Бетчелор. 1976; Сретенский, 1977; Уизем, 1977; Лайтхил, 1981; Ле Блон, Майсек, 1981; Ландау, Лифшиц, 1986; Вольцингер и др., 1989; Виноградова и др., 1990; Арсеньев, Шелковников, 1991; Пелиновский, 1982; 1985; 1996; Ляпидевский, Тешуков, 2000; Левин, Носов, 2005). В случае плоского откоса подобная задача имеет строгое аналитическое решение, полученное с помощью преобразования годографа (Carrier, Greenspan, 1958). Основым приложением этой задачи является расчет характеристик волн цунами на берегу, что имеет непосредственное практическое применение в службах оповещения о цунами. Поскольку формы волн цунами разнообразны, то данный подход активно используется в течение последних 25 лет для различных форм падающей волны. В рассмотренных случаях падающая волна представляла собой как одиночную волну: солитон (Pedersen, Gjevik, 1983; Synolakis, 1987), гауссов (Carrier et al., 2003; Kanoglu, Synolakis, 2006) или Лоренцев импульс (Pelinovsky, Mazova 1992), знакопеременную N-волну (Tadepalli, Synolakis, 1994), так и периодическую волну: синусоидальную (Шерменева, Шуган, 2006; Pelinovsky, Mazova 1992; Madsen, Fuhrman, 2008), кноидальную (Synolakis et al., 1988). При таком многообразии расчетных формул особенно важно выявить определяющие параметры, которые отвечают непосредственно за дальность затопления и на основе которых может осуществляться параметризация расчетных формул для характеристик наката. Такая параметризация особенно важна для оценки разрушительной силы цунами, поскольку форма подходящей к берегу волны цунами, как правило, не известна. Не менее важна и

Далеко от уреза (на больших глубинах) связь между скоростью потока и уровнем воды локальна, при этом амплитуда волны меняется достаточно плавно, и выражение для возвышения водной поверхности, описывающее нелинейную деформацию волны с учетом изменения ее амплитуды в неоднородной среде может быть получено в рамках нелинейного ВКБ-приближения (Д - 35). Если волна движется от берега, то на больших глубинах она быстро превращается в линейную, и процесс нелинейной деформации волны останавливается. Конечно, если высота волны достаточно велика, то процесс нелинейного укручения происходит быстро, и волна обрушится, не успев измениться по амплитуде. Если же волна движется к берегу, то формально она всегда обрушивается в рамках. Однако метод ВКБ не работает непосредственно у уреза, так что вопрос обрушивается ли волна на безотражательном пляже, остается пока открытым.
Описанные эффекты отражены на рис. 1.3.5 и 1.3.6 для случая распространения солитоноподобного импульса с периодом 60 сек и разными амплитудами
%(0 = Лсо^“2(//7’о)- (1.3.20)
На рис. 1.3.5 показана деформация 0.5-метровой и 1-метровой волн при их приближении к берегу. Глубина бассейна на 5 км от берега равна 40 м.
х = 5 км
1 = 2 км

X = 4 КМ

X — 3 км
—./У—

ЦМИН]

= 1 КМ

X = 0.8 КМ

([МИН]
Рис. 1.3.5. Распространение солитоноподобного импульса с периодом 60 сек, изначально находящегося на расстоянии 5 км от берега на глубине 40 м, в сторону берега. Штриховая линия соответствует амплитуде волны 0.5 м, сплошная линия - амплитуде 1 м