В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Исследован- ность этих стадий существенно различна. Для решения гидродинамической задачи расчета волн необходимо задать начальные условия поля смещений и скоростей в очаге. Эти данные можно получить прямым измерением цунами в океане или косвенно, путем анализа характеристик процессов, порождающих цунами. Первые регистрации цунами в открытом океане проведены С.Л.
Соловьевым и др. в 1980 г. у Южно-Курильских островов. Существует принципиальная возможность определения параметров в очаге на основе решения обратной задачи на основе немногочисленных проявлений цунами на берегу определить его параметры в очаге. Однако натурных данных для корректного решения такой обратной задачи, как правило, очень мало. Для предсказания проявления цунами в прибрежной зоне и решения других инженерных задач нужно знать изменение высоты, периода., направления фронта волны вследствие рефракции. Этой цели служат рефракционные диаграммы, на которых указывают положение гребней волн (фронтов) на разных расстояниях в один и тот же момент времени, или положения гребня одной и той же волны в разные моменты времени.
Лучи (ортогональные положению фронтов) проводятся на этой же карте. Считая, что поток энергии между двумя ортогоналями сохраняется, можно оценить изменение высоты волны. Пересечение лучей приводит к неограниченному росту высоты волны. Мощность, переносимая !'л. 10. Волны в онвинв 218 гармоническими волнами вдоль волновой трубки шириной 6, равна 2 1 2 8 ' 8 — СдоЬобоР у = — Сд66 р,бд, где р, " плотность воды, у — ускорение силы тяжести, С и и Сд групповая скорость волны в начале и конце волновой трубки, бд и 6 начальная и конечная ширина трубки, 6д и 6 начальная и конечная высота волны. Рефракционная диаграмма для цунами строится на основе начального положения фронта (в частном случае два луча и расстояние между ними) влюс карта глубин. Иа выходе получают пути волновых лучей, коэффициент рефракции, показывающий изменение ширины участка волнового фронта., высоту волны, времена добегания волны.
Для времени добегапия строят специальные карты карты добегания волн цунами. Эти карты являются основными при простейших схемах предупреждения цунами. Карта добегания может быть построена двух видов; от источника цунами до берега, от берега до потенциальных источников цунами. Расчет времени добегания ведется па основе лучевой теории: (10.12) б где д криволинейный путь, Сд групповая скорость. Пример расчета волновой картины цунами в рамках лучевой теории при их генерации источником, расположенным на материковом склоне 1Ожного берега Крыма дан на рис.
10.5. Цифры указывают положение фронта волны в различные моменты времени, положение волновых лучей нормально фронту волны. При выходе цунами на материковый склон, затем шельф происходит их трансформация, отражение и обрушение, а также пабегание (накат) на сухой берег. В зоне уменьшающихся глубин высоты волн растут., принимая иногда устрашающие размеры. Изменения высоты гармонической волны при изменении глубины описывается формулой Эри-Грина: (10.13) где 6д, Нд .— начальные высота и глубина; 6, Н .
текущие высота и глубина. Эту формулу легко получить из сохранения волновой энергии и условия неизменности волнового периода на откосе Гл. 10. Волны е океане 219 46' с. ш. 41'с, ш. 41' в. д. 28' в. д. Рис. 10.5. Структура волны цунами в рамках лучевой теории (цифрами указано время распространения волн в минутах) для источника генерации, расположенного на материковом склоне Южного Крыма переменной глубины. Формула имеет ограниченное применение, так как она не учитывает отражение волн откосом, потери энергии на трение. Формула справедлива только для очень пологого откоса, если на нем укладывается несколько длин волн. Если форма волны отличается от гармонической волны, закон трансформации амплитуды также изменяется.
Формула Эри — Грина на урезе теряет физический смысл, так как при стремлении глубины к нулю должен наблюдаться бесконечный рост высоты волны! Поэтому па практико эту формулу применяют до некоторой глубины (например, 10 м). Пройдя урез воды цунами, не обрушившиеся или обрушившиеся, продолжают свое движение уже по сухому берегу. Движение воды по сухому берегу называется «накатомв или «заплеском».
Для решения многих практических задач необходимо знать средние и максимальные скорости наката при заданных параметрах волн на глубокой воде и определенном рельефе. Наиболыпий практический интерес имеют данные о границе и уровне затопления при накате на берег. Ясно, что это нелинейная задача, поскольку глубина воды становится соизмеримой с высотой волны. Различают следующие виды наката. Расплескивающийся бурун, который наблюдается при малых наклонах откоса и высотах волн; ныряющий бурун (в этом случае вершина волны обгоняет ее подножие, волна наклоняется вниз) наблюдается при больших наклонах, чем предыдущий тип наката; коллапсирующий — волна разрушается вблизи подножия на еще больших наклонах; !гь 10.
Волны в охвинв 220 вздымающийся бурун волна накатывается без обрушения на крутых откосах. Цунамирайонирование и служба предупреждения цунами Среди мероприятий, направленных на снижение ущерба от волн цунами, важнейшее место занимает составление карт затопления побережья. Районирование по степени цунамиопасности включает в себя широкий комплекс проблем ~154): — сейсморайонирование океанов и морей (выделение сейсмоактивных зон, определение повторяемости зсмлетрясоний и т.д.); определение гидродинамических характеристик очагов цунами (поле смещения водной поверхности и скоростей частиц воды); расчеты движения волн цунами в океане с реальной батиметрией: оценка проявления интенсивности цунами на берегу. Для определения района наибольшей цунамиопасности необходимо определить форму наиболее эффективного очага (эффективность в смысле генерации максимально возможной волны) и его наиболее опасное положение для исследуемой части побережья.
Далее рассматривается взаимодействие критической (максимальной) волны с берегом. Кратко рассмотрим схему, по которой проводилось цунамирайопирование Тихоокеанского побережья СССР. Анализ карт- схем очагов цунами и зоп сейсмической активности позволил определить границу очагов цунамигенных землетрясений, анализ данных о периодах определить характерную ширину очага и период генерируемых волн (существуют эмпирические зависимости подобного рода).
Соловьев и Поплавский предложили форму обобщенного очага полоса, вытянутая вдоль берега на расстоянии 70 км от него, шириной 90 км. Длина волны, генерируемой очагом, равна 90 км, начальное возмущение -- 2 м (оно распадается па две волны, высотой по 1 м, бегущие в разные стороны). Далее проводится расчет движения волн с учетом реальной топографии на первом этапе расчет можно вести лучевым методом, затем с учетом нелинейности, дисперсии и отражения волн. 1л. 10.
Волны в охвавв 221 На заключительном этапе решается задача наката волн, что позволяет определить наиболее опасные участки берега. Для выдачи конкретных рекомендаций необходимо оценить вероятность возникновения цунами заданной величины па том или ином участке побережья. Обычно говорят об обеспеченности, которая определяет вероятность того, что волна за тот или иной временной интервал превысит заданную величину. Для анализа натурных данных по накату цунами строятся функции повторяемости высот цунами.
На основе функции повторяемости можно оценить максимальный накат, возможный раз в 10, 50, 100 лет и так далее. Для конкретного пункта максимальный подъем уровня (за период наблюдений Т) оценивается по формуле йт = К(т) (!8 Т + !я А), где й (х) коэффициент усиления, определяемый расчетом и зависящий от топографии; Т период наблюдения; !яА оценка частоты сильных цунами, которая находится по функции распределения. Для анализа натурных данных по накату цунами строятся функции повторяемости высот цунами; — = А10 где А .
коэффициент, характеризующий повторяемость сильных цунами; Я -. коэффициент, характеризующий степень цунами- опасности, обычно сильно изменяется вдоль побережья: п число цунами за 1 лет с высотой, превышающей пороговое значение Н. Например для Усть-Камчатска эта формула принимает вид 0 14. 10 — н1цэ Для Усть-Камчатска максимальный заплеск, возможный раз в 100 лет, равен Нщв = 2,2 м. Цунамирайонирование является важнейшей процедурой, которая должна предшествовать проектированию и строительству во многих регионах нашей страны.
Рис. 10.6, 10.7 демонстрируют, что российское побережье Черного моря, вопреки широко распространенным представлениям, является цунамиопасным регионом. Системы предупреждения о цунами (СПЦ) начали появляться в середине ХХ века. Первой в 1948 г. была создана система в Гонолулу. Затем па ее базе была создана международная 1л.
1О. Волне~ о океане 222 47'с, ш. 40' с. ш. 41 в.д. 28' в. д. Рис. 10.6. Высоты исторических цунами в с1ерном море: а по описа- ниям; б . по мареографным данным 46' с. ш. 41' с. ш. 28' в. д. 41' в. д. Рис. 10.7. Наиболее вероятные зоны сейсмической генерации цунами в Черном море система предупреждения.
Позже начали появляться региональные системы предупреждения о цунами. Первая из них японская действует с 1952 г. Советская служба предупреждения действует с 1958 г. В 1967 г, был создан Аляскинский центр в г. Пальмере. С 1971 г. и 1977 г. действуют 2 региональных центра па Гавайских островах. С 1985 г. действует система предупреждения во Французской Полинезии. С 1987 г.
работает система предупреждения цунами в Чили. 1'л. 10. Волны «ок«ая« Советская (российская) иэужба предупреждения на Дальнем Востоке начала создаваться после Постановления СМ СССР от 23.10.1956. Дальний Восток протянулся на 4500 км от мыса Дежнева до Владивостока. Вдоль Курило-Камчатской островной дуги расположены глубоководный желоб, поле действующих вулканов и пояс землетрясений длиной около 1 900 км. Сейсмичность этого района одна из самых высоких в мире, только северо- восток Японии впереди. 80% землетрясений в СССР приходится па Курило-Камчатскую область. Катастрофическое цунами 4 ноября 1952 г.
уничтожило г. Северо-Курильск. Система была введена в строй в 1958-.1959 гг. и включала три специализированные цунами-станции в Петропавловске- Камчатском, Южно-Сахалинске, Курильске, пункты гидрометеорологических наблюдений за уровнем, каналы оповещения населения об угрозе цунами. Каждая из цунами-станций в тревожный период действует автоматически только в своем административном районе.
В систему предупреждения входит сейсмическая и гидрофизическая подсистемы. Сейсмическую систему образуют 6 сейсмостанций Академии наук: «Южно-Сахалинск», «Шикотан», «Курильск», «Северо-Курильск», «Петропавловск», «Владивостокм Гидрофизическая подсистема базируется на использовании прибрежных гидрометеостанций: 15 из Камчатского УГКС, 5 из Приморского УГКС, 33 из Сахалинского УГКС. Основным рабочим методом является сейсмический, основанный на регистрации опережающих цунами сейсмических волн. Заблаговременность прогноза определяется разностькэ времен прихода сейсмических волн на цунами-станцию и волн цунами к ближайшему участку побережья.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
