Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
4.4. Лабораторные эксперименты
Эксперименты по резонансному усилению при правильной форме бассейна
Вначале проанализируем некоторые лабораторные эксперименты, рассматривающие резонанс и усиление при правильных геометрических формах бассейна, которые можно считать сильно идеализированными (если не вообще нереальными) для природных условий. Накано и Абе [483] предположили, что приливное или любое другое океанское течение, идущее касательно к заливу, может создать стоячее колебание в заливе. В литературе такие колебания иногда называют 'вторичными. Накано и Абе дают пример колебаний в прол. Наруто (во Внутреннем Японском море) с периодом 2,5 мин и амплитудой 18 см. Наблюдения показывают, что при увеличении течения амплитуда колебания также возрастает. Они приписали это колебание основной моде небольшого зал. Шиоясуми.
231
Накано и Абе [483, с. 396] объяснили механизм возбуждения стоячих колебаний течениями следующим образом: «...когда скорость течения превосходит определенный предел, на обеих сторонах струи течения образуются периодические и несиммет-
о. Уруп
OXij 2,0-2,5 M
2,5-3,0 м
3,0-3,5 м
10 20 им J_I
в)
о. Уруо
О 10 20 км
Рис. 4.18.
а — обобщенный источник цунами (точки), принятый при расчетах; б районирование побережья о. Уруп по амплитуде цунами; в — районирование побережья о. Уруп по периоду цунами; г — районирование северной части Камчатского залива по амплитуде [589].
ричные вихри Кармана, в результате чего возникает тенденция к колебаниям струи в горизонтальной плоскости, а это вызывает стоячее колебание воды в заливе. Когда период колебаний струи совпадает с собственным периодом колебаний залива, в нем развивается сильное колебание за счет резонанса».
232
Накано и Абе выполнили эксперименты для !проверки этой гипотезы. Они показали, что существует следующее соотношение:
где / — среднее расстояние между двумя соседними вихрями Кармана с одной стороны течения; и — скорость распространения вихревой системы и T — период стоячего колебания ? заливе.
* Мне кажется, что хотя идея Накано и Абе интересна, полученных материалов недостаточно для окончательных выводов, и желательно продолжение экспериментов.
Хванг и Лин [258] исследовали влияние локальной геометрии на волновое заливание берега (нагон) путем проведения трех экспериментов. В первом эксперименте изучались колебания в прямоугольной гавани при периодическом волновом возмущении, а во втором — при непериодическом волновом возмущении. Третий эксперимент относится к трехмерному заливу.
Первые два эксперимента выполнялись на прямоугольной модели гавани, а третья — на идеализированной модели трехмерного залива. Боковые стенки гавани были вертикальными и неподвижными, а передние и задние могли изменять свой наклон. Размер входа в гавань мог изменяться при помощи откосных крыльев. Заливание задней стенки измеряли резисторным уровнемером. Трехмерный залив был S-образной формы с уклоном пляжа Ys и везде перпендикулярен местной береговой линии. Согласно Хвангу и Лину [258, с. 412], «эта модель с выпуклой береговой линией у входа и вогнутым участком в вершине гавани располагается рядом со стенкой бассейна и представляет половину залива с общими чертами, характерными для многих природных заливов. При таком устройстве эффект рефракции проявлялся в конвергенции ортогоналей на входе и в их дивергенции в вершине; таким образом, можно было наблюдать общие эффекты, обусловленные трехмерностью».
Высота падающей волны принималась как средняя из высоты волны Hn в узле и высоты HА в пучности, причем для минимизации эффектов мелководья было сделано так, что точки узла и пучности располагались в районе с постоянной одинаковой глубиной.
Для непериодического волнового возбуждения Хванг и Лин рассчитали максимальное волновое заливание по следующей формуле Келлера и Келлера [317, 318]:
(4.193)
sh
(4.194)
233
где R — волновое заливание; а — угол наклона пляжа; H — высота волны на некоторой начальной глубине и L—длина волны на этой глубине.
Они сравнили значения, полученные экспериментально, с рассчитанными по этой формуле и обнаружили, что в большинстве случаев экспериментальные значения значительно больше вычисленных.
Для экспериментов с трехмерным заливом были использованы три варианта глубины бассейна, а периоды и высоты падающих волн изменялись в широком диапазоне. Эти эксперименты показали, что от одного места к другому степень заливания может изменяться в 20 раз. Авторы приписали такую большую изменчивость влиянию рефракции и резонансу в заливе. Эксперименты показали также, что в зависимости от периода волны в одном и том же месте значение заливания может изменяться в семь раз. Другими важными результатами были следующие (Хванг и Лин [258, с. 424]): «...По-видимому, заливание больше внутри залива, если падающая волна длинная, и больше на входе, когда волна короткая. В общем случае распределение заливания более равномерно для более длинных падающих волн, а для коротких волн распределение заливания очень неравномерно».
Вильяме и Карта [699] экспериментально изучили усиление длинных волн круглыми островами. Они выполнили эксперименты в волновом лотке длиной 5,2 м, шириной 1,4 м и максимальной глубиной 0,15 м. В качестве генератора волны служила вращающаяся пластина, подвешенная на петлях на высоте 0,45 м над дном лотка. На противоположной стороне волны гасились на пляже с уклоном Ve.
