Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Накано [482] использовал концепцию вихревой дорожки для объяснения взаимодействия течений в заливе. Когда струя воды прорывается через узкое отверстие типа пролива (на рис. 4.13 заштрихованы края этих отверстий) в более широкий район типа залива, может возникать либо симметричная система вихрей (рис. 4.13 а), либо асимметричная система (рис. 4.13, б). Можно показать, что устойчива только асимметричная система.
215
На рис. 4.13 в показаны линии тока этой устойчивой системы. Струя воды колеблется с частотой N. Пусть / — расстояние между любыми двумя последовательными вихрями, а и — скорость перемещения вихрей. Тогда
N--
(4.153)
Если эта частота N совпадает с частотой собственных колебаний залива, то в нем могут возбуждаться вторичные онду-ляции.
Общеизвестно, что западное побережье Канады подвержено воздействию цунами, но менее широко известно, что то же справедливо для восточного побе-
1) <<//Ав)
Q)
Q)
G)
G)
режья. Единственное цунами, вызвавшее жертвы в Канаде, произошло в южной части о. Ньюфаундленда 18/XI 1929 г. Таким образом, проблема вторичных ондуляций относится и к восточному побережью Канады. Хонда и Доусон [241] изучили вторичные ондуляций в гаванях Сидни, Трепасси, Порт-о-Баск, Галифакс, Сауст-вест-Пойнт и о. Антикости на восточном побережье Канады.
Мурти и Виген [461] применили классификацию вторичных ондуляций Накано к некоторым бухтам Тихого океана, а также к заливам Португалии и Ньюфаундленда и нашли, что эта классификация полезна. Необходимо только тщательно различать вторичные ондуляций и «вторичные цунами». Ройер и Рейд [562] наблюдали так называемые вторичные цунами на записи самописцев уровня моря, зарегистрированных на о. Уэйк при цунами от Алеутского землетрясения в марте 1957 г. Для анализа данных использовался полосовой фильтр определенной ширины. Волны, которые появлялись на записи через несколько часов после основного цунами, считались длинными гравитационными волнами, вызванными вторичными толчками землетрясения (афтершоками). Хотя афтершоки не вызывали постоянных смещений дна, они сопровождались кратковременными смещениями, которые вызывали вторичные цунами.
Рис. 4.13. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая возникновение вторичных волн из-за течений [482].
216
4.3. Проявления цунами и затопление берега в конкретных районах
Исозаки и Уноки [278] при помощи двумерной численной модели исследовали влияние цунами на Токийский залив. На рис 4.14 показано удовлетворительное согласие наблюденных и вычисленных колебаний уровня.
Рис. 4.14. Сравнение наблюденных (j) и рассчитанных (2) уровней воды для чилийского землетрясения в мае 1960 г. [278].
а — Йокосука, б — Иокагама, в — Кавасаки, г — Цукидзи.
Стрит и другие [602] описали два численных эксперимента по моделированию поведения цунами на мелководье. Для получения детальной информации о волновых процессах у берега были учтены нелинейные эффекты, в том числе эффекты за счет конечной амплитуды колебаний. Программа расчета, названная «Суммак», является модификацией метода «МАС», разработанного в Лос-Аламосской лаборатории [681]. Для более грубого моделирования была составлена другая программа, «Аппсим». Мадер [389] также использовал численный метод для моделирования цунами. Бэрчфилд и Мурти [81] разработали «вытянутую координатную систему» для моделирования бассейнов, соединенных узкими проходами, в которых нельзя использовать обычную прямоугольную сетку. Несмотря на то что эта работа была
,217
выполнена для штормовых нагонов, ее результаты можно применить также и для цунами.
Некрасов [488] теоретически исследовал трансформацию цунами на континентальном шельфе, в частности сильное отражение, происходящее на континентальном склоне и от береговой линии. Когда цуг волн с уменьшающимися амплитудами подходит к берегу, из-за указанных отражений на записи этих волн наибольшей не обязательно будет первая. Наибольшим может оказаться второй, третий или даже более поздний подъем уровня на данных самописца уровня моря. Таким образом, запись не отражает первоначальную последовательность волн, и искажение, среди многих причин, зависит от характеристик континентального шельфа.
Мурти и Генри [458] изучили распространение цунами в сложной системе заливов на западном побережье Канады (рис. 4.15 а). Использовались так называемые уравнения речного потока (Дронкерс [148])
где ось X в каждой точке направлена по касательной к оси каждого залива; Q — объем воды, переносимый через вертикальное поперечное сечение площадью А; В— ширина потока на поверхности; г] — отклонение уровня воды от равновесного состояния; С — коэффициент Шези и g — ускорение свободного падения. Коэффициент Шези принят равным 55 м 1/2/с
Вышеприведенные уравнения интегрировались по времени для несмещенной сетки; при этом использовался так называемый «метод сегментов», разработанный Генри [225]. Принцип этого метода может быть описан следующим образом [225]: «Предлагается метод, который облегчает численное и численно-аналоговое (смешанное) моделирование приливных движений в прибрежном заливе или в речной системе, в которых имеется множество разветвлений, слияний, островов и т. д. Залив разделяется на частично перекрывающие друг друга сегменты, и приливное движение рассчитывается для каждого сегмента отдельно в пределах промежутка времени, достаточно малого для того, чтобы ошибки из-за пренебрежения соседними сегментами были ограничены районами перекрытия. В конце каждого указанного промежутка времени приливное движение для всей системы находится путем отбрасывания частей решения, относящихся к районам перекрытия различных сегментов и соединения оставшихся частей.
