Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Были проведены два типа экспериментов: 1) с моделями островов в форме круговых цилиндров; 2) с моделями островов, форма которых описывается уравнением (4.194).
Глубина воды h при га ^ г ^ гь равна
где Zi0 — глубина воды для (г — радиальная координата,
га — радиус вершины цилиндрического острова, гь — радиус основания морской горы, на которой расположен остров, причем показатель степени б может принимать значения от 0 до 1). Из этой формулы видно, что у берега острова, при г = га, глубина равна h0(rjrb)2.
Теоретические работы по изучению усиления длинных волн вокруг круглых островов выполнялись и раньше (например, Хавелок [216], Хомма [239], Ии [713], Вонг и другие [708], Уеб-стер и Перри [677]), но экспериментальные исследования этого вопроса отставали от теоретических. Можно указать лишь работы Вайнера [680] и Лэйрда [343], выполнивших эксперименты
(4.195)
234
с круговыми цилиндрами, а также Вонга и других [708], рассмотревших влияние подводных форм рельефа. Таким образом, исследования Вильямса и Карта [699] могут рассматриваться как первый обширный и всесторонний цикл экспериментов по этой проблеме.
Вильяме и Карта следующим образом [699, с. 299] описывают различные типы геометрии использованного в их эксперименте острова: «Использовано пять различных типов морской горы, служащей основанием острова: одна гора с вогнутым склоном, два усеченных конуса и две горы с выпуклыми склонами. На основание с выпуклым параболическим склоном устанавливались три различные цилиндрические вершины, образующие три варианта острова, а на каждое из остальных четырех оснований — по пять различных вершин. «Острова» помещались в волновой лоток, толщина слоя воды в котором равнялась высоте основания острова. Острова в виде круговых цилиндров без основания устанавливались в воде с глубиной от 25 до 15 см. Колебания поверхности воды в нескольких азимутальных направлениях вокруг «береговой линии» цилиндрической вершины и вокруг круговых цилиндров записывались на волнорегистра-тор и при известных параметрах падающей волны вычислялись коэффициенты усиления».
Некоторые важные результаты, полученные Уильямсом и Карта, заключаются в следующем: для диапазона волновых чисел kf определяемых соотношением kra ^ 3, как следует из теории Хавелока, коэффициент усиления не зависит от отношения Я/й0, где І — длина волны. Основываясь на втором типе экспериментов Уильяме и Карта пришли к следующим выводам.
«1. Основание острова фокусирует падающую волновую энергию к цилиндрической вершине острова, причем степень фокусировки меньше для вогнутого склона (б<0,5) и больше для выпуклого (б>0,5). При б ^ 0,25 и длинах волн, равных или превосходящих тройной диаметр основания острова, этот фокусирующий эффект пренебрежимо мал.
2. Усиление увеличивается с увеличением диаметра основания по отношению к длине волны, так как при этом относительно большее основание может фокусировать волновую энергию.
3. Коэффициенты усиления изменяются вокруг цилиндрической вершины острова таким же образом, как и вокруг прямого цилиндра того же радиуса. Это подобие уменьшается по мере того, как основание острова становится более выпуклым и по мере того, как значение га стремится к нулю.
4. Теория Уэбстера и Перри справедлива по крайней мере для нулевого азимутального угла, для длинных волн с длинами равными и большими, чем диаметр основания острова.
5. Теория Хомма справедлива при всех азимутальных углах по крайней мере для длинных волн, длина которых примерно равна 2/з диаметра острова.
235
Ивасаки [282] выполнил лабораторные эксперименты для моделирования резонансного усиления волн цунами в гаванях, отделенных от открытого моря волноломами с проходами различных размеров. Он нашел, что если волнолом находится в устье залива, то пик первой моды не наблюдается. Когда отношение сечения проходов к полной площади сечения устья менее 0,2, пик второй моды становится острее.
Резонансное усиление в конкретных районах
Эксперименты для Северного Хонсю. Огивара и Окита [498] исследовали цунами на тихоокеанском побережье Северного Хонсю в Японии путем лабораторных экспериментов. Хорошо известно, что это побережье очень цунамиопасно. В этих экспериментах моделировался район зал. Сидзукава, расположенного в южной части района Санрику и связанного с Тихим океаном относительно узким проходом. Во время цунами 1896 и 1933 гг. г. Сидзукава-Чо, расположенному во внутренней части залива, был причинен сильный ущерб. В этих экспериментах изучались формы волны в гавани, причем особое внимание уделялось влиянию волноломов, построенных после цунами 1933 г.
В деревянном лотке размером 240X120X60 см в горизонтальном масштабе 1 : 1500 и вертикальном масштабе 1 : 125 была построена модель гавани Сидзукавы. Генератором волнения являлась железная пластина, подвешенная на одном конце, а волновые движения измерялись специальными регистраторами. Вертикальное движение воды регистрировалось также ламповым устройством на бумаге на вращающемся барабане. Толчком вперед железной пластины создавалась волна в виде первоначального возвышения, а толчком назад — волна 1b виде начальной впадины,
