Геомаркетинг » ОПЫТ И ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ

DOI: https://doi.org/10.25296/1997-8669-2022-16-1-8-19

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“ГеоРиск”, Том XVI, № 1/2022

ОПЫТ И ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ

Гусаров Р.Н., Кантаржи И.Г.

Гусаров Р.Н., Кантаржи И.Г., 2022. Опыт и задачи физического моделирования волн цунами. ГеоРиск, Том XVI, № 1, с. 8–19, https://doi.org/10.25296/1997-8669-2022-16-1-8-19.

На сегодняшний день остается актуальной проблема воздействия волн цунами на территории, здания и сооружения, расположенные в прибрежной зоне. Несмотря на редкость этого природного явления, последствия таких воздействий могут быть тяжелыми. Важной задачей является изучение поведения волн цунами в прибрежных зонах, а также их взаимодействия с гидротехническими сооружениями. Последние могут защитить территории от цунами, если будут способны выдержать значительные волновые нагрузки. При проектировании таких сооружений необходимо проверять их прочность и устойчивость. В соответствии с актуальными нормативными документами для проектируемых гидротехнических сооружений, которые будут располагаться в районах, подверженных цунами, помимо расчетных проверок, требуется проводить физическое моделирование. В связи с этим на протяжении последних нескольких лет в Национальном исследовательском Московском государственном строительном университете (НИУ МГСУ), на кафедре гидравлики и гидротехнического строительства, идут работы по созданию волн цунами в лабораторных условиях. В статье представлена информация о разработанной для этого экспериментальной установке, в т.ч. об истории ее создания. Дан краткий обзор современных способов генерации волн цунами в лабораторных условиях. Описаны испытания, проведенные в лаборатории гидравлики НИУ МГСУ, показаны фотографии
сконструированной установки и воспроизведенных волн, а также представлены характеристики последних. Кроме того, приводятся данные об исследовании изменения формы цунами на подходе к берегу, рассмотрены опыты и результаты фиксации форм смоделированных волн в лаборатории. При изучении такого явления, как цунами, физическое моделирование дает полезную информацию о взаимодействии волн с гидротехническими
сооружениями и помогает выявлять в них уязвимые места.

1. Алексеева А.В., Беляев Н.Д., Лебедев В.В., Нуднер И.С., Семенов К.К., Щемелинин Д.И., 2018. Размыв дна у гравитационной платформы от фронтального воздействия регулярных волн и течений. Гидротехническое строительство, № 1, с. 35–44.
2. Белоусов А.Б., Белоусова М.Г., 2011. Вулканические цунами: от Кракатау до Карымского. Природа, № 6, с. 26–34.
3. Беляев Н.Д., Лебедев В.В., Нуднер И.С., Семенов К.К., Щемелинин Д.И., 2022. Методика расчета экстремальных нагрузок на плавучий объект от прямого воздействия волн цунами на основе экспериментальных исследований. Гидротехническое строительство, № 3, с. 46–50.
4. Диденкулова И.И., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., 2007. Накат одиночных волн различной формы на берег. Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана, Том 43, № 3, с. 419–425.
5. Иванова А.А., Куликов Е.А., Файн И.В., Баранов Б.В., 2018. Генерация цунами подводным оползнем вблизи восточного побережья о. Сахалин. Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия, № 2, с. 111–116.
6. Кантаржи И.Г., Акулинин А.Н., 2017. Физическое моделирование воздействия волн цунами на береговые сооружения. Фундаментальная и прикладная гидрофизика, Том 10, № 3, с. 78–90, https://doi.org/10.7868/S2073667317030078.
7. Кантаржи И.Г., Губина Н.А., Гусаров Р.Н., 2021. Воздействие длинных волн на береговые гидротехнические сооружения. Гидротехническое строительство, № 2, с. 48–52.
8. Котицына С.С., Кантаржи И.Г., 2020. Разрушения в порту, производимые волнами цунами. Гидротехническое строительство,
№ 11, с. 33–38.
9. Куприн А.В., Новаков А.Д., Кантаржи И.Г., Губина Н.А., 2020. Местные и общие размывы, вызываемые волнами цунами. Гидротехническое строительство, № 10, с. 46–51.
10. Пиляев С.И., Губина Н.А., 2010. Волновые расчеты при проектировании портов. Изд-во МГСУ, Москва.
11. Шелушинин Ю.А., Макаров К.Н., 2019. Проблемы и перспективы гидравлического моделирования волновых процессов в искаженных масштабах. Строительство: наука и образование, Том 9, Вып. 2(32), с. 1–15, https://doi.org/10.22227/2305-5502.2019.2.4.
12. Alekseeva A.V., Lebedev V.V., Nudner I.S., Shchemelinin D.I., Belyaev N.D., Semenov K.K., 2018. Seafloor scour near gravity platforms from the frontal impact of regular waves and currents. Power Technology and Engineering, Vol. 52, No. 2, ID 615, https://doi.org/10.1007/s10749-019-00996-z.
13. Charvet I., Eames I., Rossetto T., 2013. New tsunami runup relationships based on long wave experiments. Ocean Modelling, Vol. 69, pp. 79–92, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2013.05.009.
14. Hammack J.L., 1973. A note on tsunamis: their generation and propagation in an ocean of uniform depth. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 60, Issue 4, pp. 769–799, https://doi.org/10.1017/S0022112073000479.
15. Heller V., Spinneken J., 2013. Improved landslide-tsunami predictions: effects of block model parameters and slide model. Journal of Geophysical Research: Oceans, Vol. 118, Issue 3, pp. 1489–1507, https://doi.org/10.1002/jgrc.20099.
16. McGovern D.J., Robinson T., Chandler I.D., Allsop W., Rossetto T., 2017. Pneumatic long-wave generation of tsunami-length waveforms and their runup. Coastal Engineering, Vol. 138, pp. 80–97, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2018.04.006.
17. Mohammed F., Fritz H.M., 2012. Physical modeling of tsunamis generated by three-dimensional deformable granular landslides. Journal of Geophysical Research: Oceans, Vol. 117, Issue C11015, https://doi.org/10.1029/2011JC007850.
18. Nudner I.S., Semenov K.K., Lebedev V.V., Khakimzyanov G.S., Zakharov Y.N., 2019. Numerical model of the hydrowave laboratory for studying the interaction of sea waves with hydrotechnical structures. Computational Technologies, Vol. 24, No. 1, pp. 86–105, https://doi.org/10.25743/ICT.2019.24.1.007.
19. Rossetto T., Allsop W., Charvet I., Robinson D.I., 2011. Physical modelling of tsunami using a new pneumatic wave generator. Coastal Engineering, Vol. 58, Issue 6, pp. 517–527, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.01.012.
20. Titov V.V., Synolakis C.E., 1995. Modeling of breaking and nonbreaking long-wave evolution and runup using VTCS-2. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 121, No. 6, pp. 308–316, https://doi.org/10.1061/(asce)0733-950x(1995)121:6(308).
21. Wiegel R.L., 1955. Laboratory studies of gravity waves generated by the movement of a submerged body. Eos, Transactions American Geophysical Union, Vol. 36, No. 5, pp. 759–774, https://doi.org/10.1029/TR036i005p00759.
22. Zakharov Y.N., Zimin A.I., Nudner I.S., Yashin M.E., 2020. Mathematical modeling of a hydraulic flume for carrying out numerical experiments on coastal waves and erosion of cohesive soil. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1441, No. 1, ID 012182, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1441/1/012182.

ГУСАРОВ Р.Н.*
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия, romanzets@yandex.ru
Адрес: Ярославское шоссе, д. 26, г. Москва, 129337, Россия
КАНТАРЖИ И.Г.
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия, kantardgi@yandex.ru

GeoRisk World, Vol. XVI, No. 1/2022

EXPERIENCE AND TASKS OF PHYSICAL MODELING OF TSUNAMI WAVES

Gusarov R.N., Kantargi I.G.

Gusarov R.N., Kantargi I.G., 2022. Experience and tasks of physical modeling of tsunami waves. GeoRisk World, Vol. XVI, No. 1, pp. 8–19, https://doi.org/10.25296/1997-8669-2022-16-1-8-19.

To date, the problem of the impact of tsunami waves on the territories, buildings, and structures located in the coastal zone remains urgent. Despite the rarity of this natural phenomenon, the consequences of such waves can be severe. An important task is to study the behavior of tsunami waves in coastal zones, as well as their interaction with hydraulic structures. Hydraulic structures capable of withstanding significant wave loads can protect territories from tsunamis. When designing such structures, it is necessary to conduct a thorough check of their strength and stability. In accordance with regulatory documents, physical modeling is required for projected hydraulic structures that will be located in areas prone to tsunamis, in addition to design checks. In this regard, over the past few years, at the Moscow State (National Research) University of Civil Engineering, at the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering, work has been underway to create tsunami waves in laboratory conditions. The paper provides information about the experimental installation developed for this purpose, including about the history of its creation. A brief overview of modern methods of creating tsunami waves in laboratory conditions is given. The tests carried out in the laboratory of hydraulics of the Moscow State (National Research) University of Civil Engineering are described, photographs of the constructed installation and reproduced waves are shown, and the characteristics of the latter are presented. In addition, data on the study of changes in the shape of a tsunami on the approach to the shore are presented, experiments and results of fixing the shapes of simulated waves in the laboratory are considered. When studying such a phenomenon as a tsunami, physical modeling provides useful information about the interaction of waves with various hydraulic structures and helps to identify vulnerabilities in them.

physical modeling hydraulic structures tsunami experimental installation laboratory studies wave wave form

1. Alekseeva A.V., Belyaev N.D., Lebedev V.V., Nudner I.S., Semenov K.K., Shchemelinin D.I., 2018. Scour of the seafloor near the gravity platform from frontal impact of regular waves and currents. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo, No. 1, pp. 35–44. (in Russian)
2. Belousov A.B., Belousova M.G., 2011. Volcanic tsunamis: from Krakatoa to Karymsky. Priroda, No. 6, pp. 26–34. (in Russian)
3. Belyaev N.D., Lebedev V.V., Nudner I.S., Semenov K.K., Shchemelinin D.I., 2022. Method for calculating extreme loads on a floating object from the direct impact of tsunami waves based on experimental studies. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo, No. 3, pp. 46–50. (in Russian)
4. Didenkulova I.I., Kurkin A.A., Pelinovsky E.N., 2007. Run-up of solitary waves on slopes with different profiles. Izvestiya Rossiyskoy Akademii Nauk. Fizika Atmosfery i Okeana, Vol. 43, pp. 419–425. (in Russian)
5. Ivanova A.A., Kulikov E.A., Fine I.V., Baranov B.V., 2018. Generation of a tsunami from the submarine landslide near the east coast of Sakhalin Island. Physics of the Earth, atmosphere and hydrosphere. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 3: Fizika. Astronomiya,
No. 2, pp. 111–116. (in Russian)
6. Kantardgi I.G., Akulinin A.N., 2017. Physical modeling of tsunami waves impact on shore structures. Fundamental and Applied Hydrophysics, Vol. 10, No. 3, pp. 78–90, https://doi.org/10.7868/S2073667317030078. (in Russian)
7. Kantarzhi I.G., Gubina N.A., Gusarov R.N., 2021. Effects of long waves on coastal hydraulic structures. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo, No. 2, pp. 48–52. (in Russian)
8. Kotitsyna S.S., Kantarzhi I.G., 2020. Destruction in the port caused by the tsunami waves. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo, No. 11,
pp. 33–38. (in Russian)
9. Kuprin A.V., Novakov A.D., Kantarzhi I.G., Gubina N.A., 2021. Local and general scour caused by tsunami waves. Gidrotekhnicheskoe Stroitelstvo, No. 10, pp. 46–51. (in Russian)
10. Pilyaev S.I., Gubina N.A., 2010. Wave calculations in the design of ports. Publishing house of the Moscow State Construction University, Moscow. (in Russian)
11. Shelushinin Y.A., Makarov K.N., 2019. Problems and prospects for hydraulic modeling of wave processes in the distorted scales. Construction: Science and Education, Vol. 9, Issue 2(32), pp. 1–15, https://doi.org/10.22227/2305–5502.2019.2.4. (in Russian)
12. Alekseeva A.V., Lebedev V.V., Nudner I.S., Shchemelinin D.I., Belyaev N.D., Semenov K.K., 2018. Seafloor scour near gravity platforms from the frontal impact of regular waves and currents. Power Technology and Engineering, Vol. 52, No. 2, ID 615, https://doi.org/10.1007/s10749-019-00996-z.
13. Charvet I., Eames I., Rossetto T., 2013. New tsunami runup relationships based on long wave experiments. Ocean Modelling, Vol. 69, pp. 79–92, https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2013.05.009.
14. Hammack J.L., 1973. A note on tsunamis: their generation and propagation in an ocean of uniform depth. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 60, Issue 4, pp. 769–799, https://doi.org/10.1017/S0022112073000479.
15. Heller V., Spinneken J., 2013. Improved landslide-tsunami predictions: effects of block model parameters and slide model. Journal of Geophysical Research: Oceans, Vol. 118, Issue 3, pp. 1489–1507, https://doi.org/10.1002/jgrc.20099.
16. McGovern D.J., Robinson T., Chandler I.D., Allsop W., Rossetto T., 2017. Pneumatic long-wave generation of tsunami-length waveforms and their runup. Coastal Engineering, Vol. 138, pp. 80–97, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2018.04.006.
17. Mohammed F., Fritz H.M., 2012. Physical modeling of tsunamis generated by three-dimensional deformable granular landslides. Journal of Geophysical Research: Oceans, Vol. 117, Issue C11015, https://doi.org/10.1029/2011JC007850.
18. Nudner I.S., Semenov K.K., Lebedev V.V., Khakimzyanov G.S., Zakharov Y.N., 2019. Numerical model of the hydrowave laboratory for studying the interaction of sea waves with hydrotechnical structures. Computational Technologies, Vol. 24, No. 1, pp. 86–105, https://doi.org/10.25743/ICT.2019.24.1.007.
19. Rossetto T., Allsop W., Charvet I., Robinson D.I., 2011. Physical modelling of tsunami using a new pneumatic wave generator. Coastal Engineering, Vol. 58, Issue 6, pp. 517–527, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.01.012.
20. Titov V.V., Synolakis C.E., 1995. Modeling of breaking and nonbreaking long-wave evolution and runup using VTCS-2. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 121, No. 6, pp. 308–316, https://doi.org/10.1061/(asce)0733-950x(1995)121:6(308).
21. Wiegel R.L., 1955. Laboratory studies of gravity waves generated by the movement of a submerged body. Eos, Transactions American Geophysical Union, Vol. 36, No. 5, pp. 759–774, https://doi.org/10.1029/TR036i005p00759.
22. Zakharov Y.N., Zimin A.I., Nudner I.S., Yashin M.E., 2020. Mathematical modeling of a hydraulic flume for carrying out numerical experiments on coastal waves and erosion of cohesive soil. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1441, No. 1, ID 012182, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1441/1/012182.

ROMAN N. GUSAROV*
Moscow State (National Research) University of Civil Engineering; Moscow, Russia; romanzets@yandex.ru
Address: Bld. 26, Yaroslavskoe Hwy, 129337, Moscow, Russia
IZMAIL G. KANTARGI
Moscow State (National Research) University of Civil Engineering; Moscow, Russia; kantardgi@yandex.ru

Статьи из журнала

ОПЫТ И ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛН ЦУНАМИ

“ГеоРиск”, Том XVI, № 1/2022

Авторы: Гусаров Р.Н., Кантаржи И.Г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ПЛАВУЧИЙ ОБЪЕКТ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЛН ЦУНАМИ

“ГеоРиск”, Том XVI, № 1/2022

Авторы: Беляев Н.Д., Лебедев В.В., Нуднер И.С., Семенов К.К., Щемелинин Д.И.

В статье представлены результаты опытов по физическому моделированию взаимодействия длинных волн типа цунами с плавучим хранилищем газа. Предполагается, что при транспортировке сжиженного природного газа в страны Азии такие хранилища будут ...

ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЦУНАМИ

“ГеоРиск”, Том XVI, № 1/2022

Авторы: Клячко М.А., Зайцев А.И., Талипова Т.Г., Пелиновский Е.Н.

Статья посвящается 70-летию самого большого стихийного бедствия в российской истории — трагическому цунами 5 ноября 1952 г. на северных Курильских о-вах и п-ове Камчатка. В качестве доказательства высокой опасности цунами ...

ОЦЕНКА ОПОЛЗНЕВОЙ ОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТАРНОГО УРОВНЯ НА ПРИМЕРЕ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА В КОММУНЕ ЧУНГЧАЙ (ШАПА, ВЬЕТНАМ)

“ГеоРиск”, Том XVI, № 1/2022

Авторы: Фоменко И.К., Зыонг В.Б., Нгуен Ч.К., Зеркаль О.В., Горобцов Д.Н., Сироткина О.Н.

Научно-обоснованный прогноз реакций литосферы на различные виды природных и техногенных воздействий, а также оценка на этой основе оползневой опасности с учетом иерархии природно-технических систем (ПТС) дают возможность правильно спланировать мероприятия ...