Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Следует также сказать несколько слов о некоторых любопытных биологических предвестниках цунами. Мусия [462], Терада [625] и Адаме [32] пишут о явлении люминесценции, которое было связано с цунами, вызванного землетрясением Санрику в 1933 г. Адаме [32, с. 65] сообщает:
«Имеются многочисленные сообщения об огнях, сопровождающих землетрясения. Так как эти огни наблюдались обычно одновременно с землетрясениями, то они не имеют прогностической ценности. При цунами огни нередко наблюдаются в море с берега. Возможно, что это свечение вызвано люминес-цированием планктона, возбужденного действием волны цунами [635]. Однако другие наблюдатели относят его к люминесци-рованию животных на дне моря, которые открываются во время отступления моря, предшествующего цунами. Таким
325
образом, это явление представляло бы интерес для системы предупреждения о цунами, если бы цунами начиналось с отхода воды».
Адаме упоминает также о наблюдаемом аномальном поведении рыб за несколько часов до землетрясения и цунами 1933 г. и приводит два примера: поедание донных диатомовых водорослей поверхностной рыбой и необычная миграция глубоководных рыб.
6.2. Меры защиты от цунами
Очевидно, что не существует надежного метода полной защиты от разрушений, которые приносит цунами. В некоторой степени от разрушительных волн могут защитить волноломы. Существует богатая литература, посвященная различным видам волноломов для защиты от короткопериодных волн, но здесь мы не будем останавливаться на этом вопросе.
Численные эксперименты
Ито [279, 286] сообщает об интересных результатах исследования распространения волн цунами в гавани Офунато при наличии волнолома и без него (рис. 6.3). Цунами 1896, 1933 и 1960 гг. «анесли тяжелый ущерб в районе зал. Офунато. В 1967 г. здесь был построен волнолом, а спустя год на залив обрушилось новое цунами. Таким образом, исследователи получили возможность изучить характеристики волн цунами с волноломом и без него. Ито использовал числовую модель для расчета амплитуды цунами внутри гавани для случаев с волноломом и без него. На рис. 6.3 показано, что волнолом действительно приводит к ослаблению- цунами внутри гавани. Мурти и Бойлард [456] выполнили расчет влияния гипотетического волнолома на амплитуду цунами в прол. Олберни на западном побережье Канады. Полученные ими результаты в общем находятся в соответствии с результатами Ито.
Лабораторные эксперименты
Работа Камела [306] посвящена описанию лабораторных модельных экспериментов, выполненных специально для выработки строительных критериев, необходимых для создания волноломов, которые защитили бы Хило от разрушительных цунами. Эксперименты проводились в стальном лотке длиной 148,1 м, шириной 1,8 м и глубиною 1,2 м. Отношение размеров модели к натуре составляло 1 :50. Были выполнены некоторые
326
подготовительные эксперименты на трехмерной модели для моделирования бора, образуемого при цунами. Данные о высоте и форме бора, а также о высоте и продолжительности перелива через волнолом использовались затем при экспериментах в лотке. На основе этих экспериментов Камел пришел к выводу, что попытки строительства каменных насыпей с крутым склоном в сторону гавани не приведут к желаемым результатам в случае перелива.
Вигель [691] теоретическим путем и с помощью лабораторных экспериментов исследовал прохождение волны через toh-
2,0 - Л
/ \
О 30 60 90 120 мин
Рис. 6.3. Изменение уровня воды внутри гавани с волноломом и без него [280].
1 — с волноломом, 2 — без волнолома.
кий жесткий барьер, возвышающийся над поверхностью воды и простирающийся на некоторое расстояние ниже поверхности. Цель исследования состояла в определении глубины, на которую следует заглубить барьер (на практике он представляет обшивку на свайной конструкции) для наиболее эффективной задержки волн. Вигель пришел к выводу, что жесткий барьер с незначительным заглублением не может служить эффективным средством защиты.
Сила воздействия цунами на сооружения
В работе Фукуи и других [170] показано, что максимальное давление, оказываемое волнами цунами на вертикальную (или почти вертикальную) стенку можно выразить отношением
Kmax— g2D 9
327
где К — полученная эмпирическим путем константа, равная 0,5; у — удельный вес воды; g — ускорение свободного падения; D — высота бора, а и — скорость цунами, распространяющегося в виде бора, по сухому берегу, которая задается с помощью выражения
U=I9SSVgD9 (6.2)
В нижней части стенки давление максимальное, вверх оно линейно уменьшается до нуля на высоте 1,5/).
Матлок и другие [394] исследовали разрушения различных сооружений в Хило во время действия цунами, вызванного чилийским землетрясением 1960 г. Давление на сооружения они рассматривали как сумму гидростатического давления и динамического давления pDl которое определялось из выражения
Pd=^-PCdU*, (6.3)
где р — плотность воды, а коэффициент лобового сопротивления CD задавался равным 1,2.
Теоретические и лабораторные исследования Кросса [128] являются еще одной работой, в которой рассмотрена сила удара волны цунами при ее распространении в виде бора над сухим дном. Кросс полагал, что форма фронтальной части бора определяется в основном трением и градиентом гидростатического давления, создаваемым наклонами поверхности. Еще одно допущение состояло в том, что скорость и ускорение во фронтальной зоне в основном определяются факторами, внешними по отношению к переднему краю волны, и предполагалось, что эти факторы известны. В этом смысле задача несколько напоминает задачу, связанную с мутьевыми потоками, которая рассматривалась в главе 2. Используя принцип сохранения количества движения, Кросс получил следующее выражение для силы воздействия F на стенку:
