Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Эксперименты при t]/jD<0,18 и LjD<0,9 дают следующие результаты: 1) возникающие волновые цуги имеют дисперсионный характер; 2) вариации высоты и протяженности начального возмущения не влияют на фазовые скорости; 3) фазовые периоды согласуются с теорией Кранцера и Келлера [335], а для глубокой воды — с теорией Уноки и Накано [641, 642]; 4) форма волн свидетельствует о наличии интерференции; 5) при начальном возвышении головная часть волнового цуга обратна по знаку и подобна по форме волне, возникающей при начальной депрессии (т]Возв = —%епр). Вероятно, это может объяснять первоначальный уход воды от берега при подходе первой волны, о котором сообщалось в связи с некоторыми цунами; 6) амплитуды головных волн прямо пропорциональны высоте начального возмущения; 7) амплитуды волн недостаточно удовлетворительно согласуются с теоретическими результатами Уноки и Накано. В общем случае измеренные амплитуды волн меньше теоретических. Это не удивительно, так как теория Уноки и Накано справедлива лишь для глубокой воды.
Миллер [415, 416] выполнил эксперименты по импульсивному возбуждению волн в волновом лотке постоянной ширины и постоянной глубины. В качестве подходящих безразмерных переменных Миллером были выбраны следующие величины: 1) отношение смещения поршня к невозмущенной толще воды IjD
и 2) число Фруда для поршня, равное Fv = Vf У gD, где V — скорость движения поршня. Было проделано несколько экспериментов с различными сочетаниями IjD и Fy.
Миллер отдельно рассмотрел четыре возможных типа волнового движения в этих экспериментах: синусоидальную волну, уединенную волну, волновой бор и полностью развитый бор. Его результаты показали, что: 1) полностью развитый бор быстро затухает, переходя в волновой бор; 2) головная волна волнового бора постепенно принимает вид уединенной волны, оставляя позади за собой остальную часть волны. В нескольких случаях второй и даже третий гребень цуга в свою очередь принимают вид уединенных волн; 3) синусоидальная волна, образованная при малых смещениях поршня, постепенно трансформи-
88
руется по мере того, как глубина ложбины уменьшается, и в конце концов возникает уединенная волна.
Уильяме и Джордан [697] создали лабораторную модель для изучения так называемых двугорбых волн, теория которых была разработана Батлером [101]. Эти двугорбые волны или волны с двумя гребнями могут быть описаны выражением
4= 1024s;c2(a + 8х)*екр*9 (2.48)
где безразмерные переменные х и г\ обозначают соответственно отрицательные расстояния от уреза воды на краю пляжа (х = = 0) и возвышение свободной поверхности. Два параметра а и р определяют относительную высоту гребней и расстояние между ними; є — параметр увеличения вертикального масштаба, который может зависеть от обрушения волн.
Параметры а и р и положение гребней определяют характерную длину /0, используемую для нормировки х, а характерная высота а/0 (где а — уклон пляжа) использована для нормировки параметра ц. Батлер вычислил возвышение йак функцию времени для двугорбых волн при условии, что их передний край достиг пляжа и скорость частиц здесь в начальный момент равна нулю.
Уильяме и Джордан выполнили лабораторные эксперименты для проверки вычислений Батлера. Их волновой лоток, сделанный прозрачным, имел размер 7,6X0,3 м с максимальной глубиной 0,46 м и уклоном пляжа 1J7. Волнопродуктор, сделанный из нескольких полос, опускался в воду вертикально, и создаваемые таким образом волновые профили записывались датчиками сопротивления. Эффекты поверхностного натяжения около пляжа уменьшались за счет покрытия пляжа смесью воды и детергента.
Результаты эксперимента не дали хорошего согласия с теоретической формой волны: вероятно, теория недостаточно полно описывает двугорбые волны. Для интерпретации прибрежных записей цунами требуются дальнейшие теоретические исследования и эксперименты.
Ле Меоте [358] несколько упростил решения Кадзиуры [304] и Кранцера и Келлера [335] путем идентификации двух параметров Лотах и Ry которые определяют амплитуду А волновой
огибающей. Корреляции между результатами его упрощенной теории и данными натурных наблюдений при взрыве мощностью 4363 кг тринитротолуола показали, что, за исключением неодно-родностей, вызванных помехами (ветровые волны), рефракцией и интерференцией из-за отражения волн от границ, хорошее согласие, безусловно, может быть достигнуто.
Однако теоретическая модель имеет некоторые ограничения. Большая часть имеющихся сопоставлений с натурой основывается на данных, полученных при взрывах мощностью от 0,23 до нескольких сот килограммов тринитротолуола. Надежность
89
экстраполяции результатов на крупные взрывы типа ядерных (до 1010 кг тринитротолуола) остается неясной. Ле Меоте [358, с. 18] предупреждает, что «в действительности подобие никогда не достигается, поэтому нельзя ожидать никакого простого закона масштабирования, пригодного для всего интересующего нас диапазона мощности источника. В частности, аналогия между химическими и ядерными источниками большей мощности может быть насилием над подобием; действительно, было бы странным, если бы это не произошло. Поэтому экстраполяция от химических источников малой мощности к источникам больших масштабов должна производиться со значительной долей предосторожности».
