Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Улучшение технологии эксперимента [281] со времен опытов Такахаси [618] позволило изготавливать более эффективные генераторы цунами. Химмак и Райхен [191] выполнили теоретические вычисления и лабораторные эксперименты по возбуждению цунами движениями дна и исследованию последующего распространения волн вблизи очага. В экспериментах моделировались только двумерные волны, в то время как теория охватывала и трехмерные случаи. Авторы ввели параметр «отношение времени к длине», который безразмерен и включает продолжительность движения дна, глубину, силу тяжести и протяженность возмущения в направлении распространения волны. Некоторые параметры цунами, такие, как максимальная амплитуда и длина головной волны, могут быть выражены как функция этого отношения.
Значение параметра «отношение времени к длине» определяет три режима: режим импульса, когда детали движения дна
энергию воды, равна Sphpg [D-
(2.47)
85
не оказывают существенного влияния на форму возбуждаемых волн; режим, который соответствует очень медленному движению дна, когда форма волн сильно зависит от особенностей движения дна, и режим промежуточный между первыми двумя.
Хванг и Так [260] выполнили также лабораторные эксперименты, в которых подвешенная пластина, способная двигаться вверх, моделировала движение дна. Они признают, что из-за ограниченности их теории и экспериментов сопоставление было только качественным.
Эксперименты Гарсиа
Упомянем исследование Гарсиа [173] по численному моделированию цунами, вызванного движением дна на восточном краю
Рис. 2.17. Разброс данных и волновые характеристики вертикальной степы в зависимости FrCp=VcPZ)^gO от отношения К/D для х//)=10,0 [173].
/ — район образования бора, // — район обрушения волны, /// — район без обрушения волны. / — лабораторные измерения, 2 — численные измерения, 3 — данные работы Даса и Вигеля [134]. к — максимальное смещение границы и Tj — высота гребня первой волны,
подводного откоса Мендосино около Калифорнии. Он выполнил также четыре серии лабораторных экспериментов для проверки своих численных вычислений.
На восточном конце откоса Мендосино вдоль разлома Сан-Андрее задавался очаг и моделировались как смещение океан-
86
ского дна, так и оползни. Были детально рассмотрены два различных профиля дна «а восточном конце этого откоса по меридианам 125°30' и 128° з. д.
В экспериментах смещения были таковы, что пограничное
число Фруда Frcp= Vc^gd имело умеренное значение (рис. 2.17). Здесь d — глубина воды; Уср —средняя скорость движения стенки. В четырех сериях экспериментов исследовались волны, создаваемые движением вертикальной стенки, а также движением наклонной стенки с наклонами 1:1 и 1:2 и движением подводной ступени.
На рис. 2.17 показаны результаты экспериментов с вертикальной стенкой и численных расчетов Гарсиа [173] и данные Даса и Вигеля [134].
Волны, возникающие при взрывах
Принс [529—531] экспериментально изучил характеристики волн, порождаемых локальным возмущением на поверхности воды или вблизи нее. Обычно в экспериментах, связанных с такими проблемами, задается одно или более из трех первоначальных состояний: а) начальное возмущение или депрессия поверхности при нулевых скоростях; б) невозмущенная поверхность с начальным распределением поверхностного импульса и в) невозмущенная поверхность с начальным распределением подводного импульса (подводный взрыв). В статье [531] он рассматривает случай а).
Его эксперименты были выполнены в лотке размером 18,3 X X0,3 м. Подъем или опускание воды могло создаваться в одном конце лотка при сохранении жидкости в покое, на противоположном конце размещался поглотитель энергии волн. Вертикальное движение воды регистрировалось в пяти различных точках по длине лотка. В этих экспериментах важными параметрами были невозмущенная глубина воды D9 высота т) подъема или депрессия и горизонтальные размеры возмущения L. Эксперименты были выполнены при следующих значениях этих параметров: D9 равном 6,1; 10,7; 15,2 и 70,1 см; ц9 равном ±3,0; ±6,1 и ±9,1 см и L9 равном 10; 30,5 и 61 см.
Результаты экспериментов сопоставлялись со значениями, вычисленными по теориям Уноки и Накано [641, 642] и Кран-цера и Келлера [335]. Правда, двумерная теория Уноки и Накано справедлива лишь для первоначального возвышения конечного участка воды бесконечной глубины, но трехмерная теория Кранцера и Келлера применима для начального подъема или опускания конечного района воды с конечной глубиной.
Принс [529—531] различает следующие типы головных частей волнового цуга: 1) головная волна с характеристиками
87
колебаний, типичными для дисперсной волновой системы; 2) головная волна со скоростью распространения, типичной для уединенной волны, сопровождающаяся ложбиной, связывающей ее с дисперсной системой; 3) головная одиночная волна с характеристиками уединенной одиночной волны (солитона), отделенная от дисперсной системы более или менее равным участком, и 4) головная часть волн сложной формы, которая при движении вперед распадается на несколько волн с характеристиками уединенных волн, отделенных от дисперсной части волнового цуга.
