Цунами

На морском побережье наводнение может возникнуть в результате затопления прибрежной полосы цунами, а также поверхностными гравитационными волнами подводного ядерного взрыва.

Цунами образуются при извержениях подводных вулканов в океане и землетрясениях, когда происходит сдвиг вверх или вниз протяженных участков дна. Они наиболее характерны для бассейна Тихого океана. Считается, что места возникновения цунами находятся в районах известных впадин, таких как Алеутская, Курило-Камчатская, Тускарора (у Японии), Филиппинская, Атакама (у берегов Чили и Перу) и др. Цунами представляют собой волну (или серию волн) очень большой длины, достигающей порядка нескольких десятков километров, иногда до 100 - 200 км, и сравнительно небольшой высоты от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Отмечались цунами и большей высоты. Так при извержении в 1883 году вулкана Кракатау образовались волны цунами высотой более 30 м. Профиль цунами приведен на рис. 39.

Профиль цунами

Рис. 39. Профиль цунами

На этом рисунке обозначено: т| = г|+ + г|_ - высота волны, - гребня, у|_

- глубина впадины, А, - длина волны.

Цунами распространяются на большие расстояния порядка нескольких тысяч километров. Волна в океане пологая.

Скорость распространения цунами определяется по формуле

(5.26)

где g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; Но - глубина акватории, м. Скорость может достигать до 300 м/с, то есть до « 1000 км/час (при Но ® 10000 м).

Цунами опасны у побережья. При уменьшении глубины акватории скорость распространения волны уменьшается; как следствие, уменьшается её длина и возрастает высота. При определении параметров волны на акватории переменной глубины (рис. 40) все величины, рассчитываемые для точки с глубиной Я, обозначаются индексом ( * ), а соответствующие величины на глубоководной акватории глубиной Но - индексом (0).

Выход волны на мелководье

Рис. 40. Выход волны на мелководье

Для определения высоты волны при ее выходе на мелководье рассмотрим по аналогии с [12] потенциальную энергию массы воды в гребне высотой /7() = у|+ единичной толщины. Если бы гребень имел прямоугольную форму, изображенную на рис. 40 пунктиром, то искомая энергия составляла бы значение

Е = mg = (рйд ^g = ^-pg/?oXo,

(5.27)

где т - масса воды; р - плотность воды; g - ускорение свободного падения.

В реальных условиях гребень волны имеет форму, близкую к синусоидальной. Поэтому вместо соотношения (5.27) следует записать

E = -ctpg/?02X0,

(5.28)

где величина 0 < а < 1.

При перемещении волны с относительно глубокого места (где параметры гребня ho и W2) на более мелкое, высота и длина гребня изменятся и составят А* и Х*/2. Значение энергии Е при таком перемещении волны не изменится. Тогда имеет место соотношение

(5.29)

Учитывая, что величина Х = сТ = д/gH Т, где с - скорость распространения волны, Т- ее период, Н- глубина акватории, можно получить

й’ = ло^- (5.30)

у 17*

Это соотношение известно как формула Эри-Грина [40, 41]. Длина волны на мелководье

X* — Xq

(5.31)

Пример. Волна цунами возникла в океане, где глубина 6250 м; параметры волны: длина 50 км, высота 1,5 м. Определить длину и высоту волны при ее выходе на мелководье, где глубина составляет 10 м.

Решение: 1. По формуле (5.31) вычисляем длину волны:

Л = 50000ЛЦ^_ = 2000 м = 2 км.

V 6250

2. По формуле (5.30) находим высоту волны:

Л* = 1,54

  • 6250
  • 10

= 7,5 м.

С дальнейшим уменьшением глубины акватории, когда высота гребня волны т| = (0,5 4-0,б)г| становится примерно равной глубине Я, происходит ее обрушение, то есть преобразование волны в стремительно движущийся поток высотой Ап с крутым фронтом. Данную глубину обозначают Якр, при этом hu = Нкр. Если расстояние от этой точки до берега меньше _L^ , гДе Хкр - длина 4 кр

волны при Нкр, что нередко бывает в реальных условиях, то образовавшийся гидропоток движется к берегу, практически не меняя своей высоты. Вся эта бушующая масса воды врывается на берег и продвигается по нему, пока не достигнет высоты, которую имел поток при подходе к берегу, а нередко по инерции заплескивает и дальше [41].

Скорость потока Vn, м/с, при подходе к берегу оценивается по соотношению

у,=

(5.32)

где коэффициент а =1,7 4- 1,8.

Высота h, м, и массовая скорость воды V, м/с, при движении по берегу оцениваются по соотношениям

(5.33)

где / - расстояние от уреза воды; L - наибольшая дальность выкатывания потока.

Например, при высоте потока h = 10 м и уклоне берега i = 0,001 дальность выкатывания потока L ® 9 км, при i = 0,005 значение L « 1,9 км, при i = 0,01 значение L ® 1 км.

Опасность цунами увеличивается при входе волны в бухты, сужающиеся заливы. Высота цунами при этом дополнительно увеличивается [3]:

(5.34)

где Во - ширина бухты, залива на входе, В* - аналогичная ширина в заданном створе, а величины гр,г|0,Н*,//0, имеют тот же смысл, что и в формуле (5.30). И если у побережья высота цунами достигает нередко 10 м, то в неблагоприятных по рельефу участках (клинообразных сужениях бухт с крутыми берегами) до 30 м [35,43].

К катастрофическим цунами XX века следует отнести цунами в районе о. Хонсю от подводного землетрясения 1933 г. Первые волны подошли к побережью примерно через полчаса после землетрясения. Периоды волн составляли в среднем 10-20 минут. На побережье волны достигали высоты 10 - 22 м. В одном из ущелий, по которому протекала река, высота подъёма уровня составила 28,7 м. Цунами распространились по акватории Тихого океана. Отразившись от берегов Америки, они вернулись обратно, при этом за 47 часов дважды пересекли океан.

Волны цунами, возникшие при землетрясении в Чили 21 и 22 мая 1960 г., достигали высоты 20 м и произвели опустошительные разрушения на побережье Чили и на многих островах у побережья. На некоторых островах в живых не осталось ни одного человека [35].

В нашей стране действию цунами подвержено дальневосточное побережье и особенно Камчатка и Курильские острова.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >