Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Харлеман и Иппен [201, с. 204] так резюмируют свои выводы: «а. Показано, что скорость распространения длинной волны на мелкой воде является функцией глубины, длины волны и параметра, зависящего от шероховатости дна и стенок. Эффект трения уменьшает скорость волны по сравнению со значением
C=^gD. Возможно, что ограниченные группы волн, подобные цунами, становятся вследствие трения дисперсионными.
б. Воздействие трения на распространение волн, по-видимому, не зависит от периода для стационарного цуга длинных осциллирующих волн.
в. При прочих неизменных условиях уменьшение амплитуды волн приводит к уменьшению фрикционного эффекта и приближению скорости к значению У gD. Это заключение, вероятно, справедливо лишь для волн с довольно большой амплитудой. При малом отношении амплитуды волн к глубине фрикционный эффект, по существу, от амплитуды не зависит.
г. Уменьшение шероховатости ведет к увеличению скорости
и приближению ее к значению У gD .
д. Измеренная скорость диссипации энергии определенно принадлежит к турбулентному режиму. Декремент затухания амплитуды волны в 107 раз превышает то значение, которое отвечает молекулярной вязкости».
Современные работы
Много экспериментальных работ посвящено проблеме рефракции. Бейтинджани и Братер [69] описывают эксперименты с рефракцией волн в призматическом канале. Чао и Пирсон [115] выполнили эксперименты для изучения рефракции вблизи прямолинейной каустики. Они разработали также линейную теорию, и теоретические результаты хорошо согласуются с данными опытов.
Для воспроизведения распространения цунами Кривошей [337] воспользовалась лабораторными моделями бассейна с реальной геометрией и гидравлическим лотком. Первая модель изображала часть Тихого океана. На ней исследовалось 'влияние рефракции и положения эпицентра землетрясения на угол подхода цунами к берегу и характер изменения волн в процессе их распространения. Вторая модель воспроизводила участок Тихоокеанского побережья СССР. На ней изучались высоты волн и заплеск цунами на берег. Горизонтальные масштабы этих
167
моделей составляли 1 :65 000 и 1 :5000, а вертикальные соответственно 1 : 12 500 и 1 : 350. При моделировании соблюдалось гравитационное подобие по числу Фруда для модели и прототипа.
В лотке Кривошей исследовала следующие вопросы: влияние искажения масштаба на результаты моделирования, закономерности трансформации -волн при различных наклонах дна в мелководной зоне, формирование и развитие вторичных волн, так называемых ондуляций, на основной длинной волне.
На модели части Тихого океана цунами возбуждались пневматическим волнопродуктором, располагавшемся на дне так, чтобы он занимал в масштабе модели площадь очага цунами. Волнопродуктор возбуждал волны с периодом от 1,5 до 2,0 с, что соответствует 15—20 мин в натуре. Для регистрации вертикальных движений уровня воды применялись электрические датчики, расположенные в 25 точках модели. Кривошей [337, с. 353] приходит к следующим выводам:
«1. Вследствие решающего воздействия рефракции положение очага цунами не оказывает влияния на угол подхода цунами к берегу в рассматриваемом заливе.
2. При движении от эпицентра к берегу высота волны цунами сначала уменьшается из-за диссипации энергии, а затем возрастает за счет уменьшения глубины».
Вторая, более крупномасштабная модель была предназначена для воспроизведения волнового движения в прибрежной зоне. Волны, соответствующие периоду 10 мин в натуре, возбуждались генератором, расположенным на расстоянии двух длин волны от берега. Эти эксперименты показали, что относительная высота волны, определяемая как отношение высоты гребня в данной точке к высоте гребня у волнопродуктора, уменьшается от 1,0 до 0,6 на пути с однородной глубиной 200 м; в то же время относительный период возрастает от 1,0 до 2,2 и несколько уменьшается в заливе.
Кривошей выполнила четыре серии экспериментов в гидравлическом лотке. Эксперименты первой серии проведены при одинаковых горизонтальном и вертикальном масштабах 1 :200. Они показали:
«1. Масштабное искажение практически не влияет на подъем уровня воды в рассмотренных точках.
2. Длина волны имеет важное значение для глубины затопления».
Вторая и третья серии экспериментов, проделанные с различными наклонами дна, показали, что высота гребня волны изменяется очень незначительно при распространении над постоянной глубиной, но наклон переднего фронта при этом немного возрастает. Важной особенностью является возникновение вторичных колебаний (ондуляций) на длинных волнах. Кривошей заметила, что появление этих ондуляций является первым признаком разрушения волны и может влиять на затопление бе-
168
рега. Она получила следующую формулу для времени T появ* ления первых ондуляций в идеальной жидкости:
где F — площадь поперечного сечения потока; W — скорость распространения на однородной глубине Я; В — ширина канала; g— ускорение свободного падения; а0 — скорость изменения начального расхода, которым возбуждалась волна.
Кривошей [337, с. 359] установила, что ее экспериментальные результаты хорошо согласуются с формулой (3.173), и сделала следующие выводы:
