Стр. Сокращения 3
Введение 4
1 Общие сведения о проблеме цунами 6
2 Одномерная модель наката длинных волн на сухой берег 19
2.1 Математическое описание одномерной численной модели 19
2.2 Верификация одномерной модели распространения волны 24
2.3 Моделирование наката волны на сухой берег в одномерном 29
случае с реализацией условия подвижной твердой стенки
2.4 Мелкомасштабное цунамирайонирование Южно-Курильской 35
бухты (о. Кунашир) с применением одномерной модели наката
3 Двухмерная модель наката длинных волн на сухой берег 40
3.1 Математическое описание двухмерной численной модели 40
3.2 Верификация двухмерной модели наката 44
3.3 Мелкомасштабное цунамирайонирование Южно-Курильской 48
бухты в зоне пгт. Южно-Курильск (о. Кунашир) с применением двухмерной модели наката
Заключение 56
Список использованных источников 58
Приложение А «Блок схема одномерной численной модели 63
наката длинных волн»
Волны цунами имеют малые амплитуды в открытом океане, но при подходе к берегу подвергаются трансформации, и приводят к затоплению обширных территорий, значительному экономическому ущербу и многочисленным человеческим жертвам.
Последствия цунами носят глобальный характер. Стоит вспомнить цунами 2004 года, произошедшее в Индийском океане, которое привело к гибели более чем 200 тысяч человек, включая туристов со всего мира; или цунами 2011 года в Японии, вследствие которого произошла авария на атомной электростанции, оказавшее воздействие на экологию мира.
Повсеместно в цунамиопасных районах формируются системы предупреждения цунами (СПЦ), цель которых регистрация цунами и предупреждение населения, в рамках функционирования систем выполняются расчеты по определению времени добегания волны и оценки дальности заплеска волны на берег. Оперативный расчет оказывается не всегда возможным, поэтому в качестве превентивных мер часто выполняется цунамирайонирование регионов подверженных цунами.
Определение дальности заплеска цунами требуется для смягчения последствий, вызванных стихийным бедствием в рамках комплексного управления прибрежными зонами.
Наиболее эффективным методом определения величины горизонтального заплеска является численное моделирование. Данный способ активно развивается в последнее время в связи с технологическим прогрессом, но из-за редкости явления, плохой изученности процесса и непредсказуемости универсального решения до сих пор не существует и возникает потребность в разработке новых моделей...
Оценка дальности заплеска волны цунами на берег является неотъемлемой частью комплексного управления прибрежными зонами, в частности управления рисками проявления негативных явлений. Численное моделирование хорошо зарекомендовало себя в качестве метод расчета характеристик распространения и наката волны, как наиболее доступный и технологичный инструмент. Существует несколько подходов к описанию перемещения уреза, в том числе представленные в работах [26, 30, 35], но отсутствие общепринятого универсального решение проблемы наката делает востребованным разработку новых численных моделей.
Основным результатом исследования в рамках магистерской диссертации является реализация двухмерной численной модели наката длинных волн на сухой берег и оценка цунамиопасности для пгт. Южно-Курильск и прилежащей к нему бухты Южно-Курильская (о. Кунашир).
На начальном этапе работы была разработана одномерная численная модель наката длинной волны. Корректность выполняемых расчетов была подтверждена в ходе верификации путем сравнения результатов численного моделирования с аналитическими решениями. Заключительным этапом реализации одномерной модели стало применение данной модели для оценки величины заплеска в бухте Южно-Курильская на о. Кунашир.
На завершающем этапе была реализована двухмерная численная модель основанная на численном решении теории мелкой воды с применением условия подвижной твердой стенки апробированном на одномерной модели.
В качестве преимущества двухмерного моделирования можно указать на воспроизведение более точных условий наката, перемещение водной массы в продольном и поперечном направлениях, как в морской части, так и на суше, и возможность избежать неопределенности в ориентации волнового луча по отношению к берегу.
С помощью двухмерной численной модели была построена мелкомасштабная схема цунамирайонирования Южно-Курильской бухты и зоны пгт. Южно-Курильск, позволяющая оценить участки с наибольшей и наименьшей высотой заплеска, при различных направлениях подхода волны. Наиболее опасным для пгт. Южно-Курильск является подход волны цунами с восточного направления, в этом случае величина вертикального заплеска достигла 8 м.
Результаты, полученные при использовании предлагаемой двухмерной модели, не противоречат результатам крупномасштабного цунамирайонирования для Южно-Курильский островов, выполненной в ИМГиГ ДВО РАН. Таким образом, предлагаемые одномерная и двухмерная модели могут быть использованы в работе служб по предупреждению цунами.
