References

hydrophysics

Фундаментальная и прикладная гидрофизика

Fundamental and Applied Hydrophysics

2073-66732782-5221

St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences

550.344.42

hydrophysics-1038

Research Article

ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫ

HYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSES

Количественная оценка цунамиопасности и карты цунамирайонирования

Quantitative estimates of the tsunami hazard and maps of the tsunami zoning

Кайстренко

В. М.

Kaistrenko

V. M.

Южно-Сахалинск

Yuzhno-Sakhalinsk

vict-k@mail.ru

Институт морской геологии и геофизики ДВО РАНРоссияInstitute of Marine Geology and Geophysics, FEB RASRussian Federation

2017

27112022

1033955

2022

Кайстренко В.М.

Kaistrenko V.M.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1038

Приведены сведения о наиболее значительных цунами, произошедших на Дальневосточном побережье России. Критически проанализирован исторический опыт развития методов количественной оценки цунамиопасности побережий. Дан краткий обзор логической цепочки опасность-уязвимость-риск для цунами. Рассмотрены параметры, характеризующие опасность цунами. Дан краткий обзор результатов количественных оценок потерь и разрушений. Рассмотрена вероятностная модель последовательности цунами пуассоновского типа, согласующаяся с данными о проявлениях исторических цунами на Дальневосточном побережье России. Также рассмотрены общие проблемы вероятностного подхода к оценке цунамиопасности. Выявлены параметры такой модели общего вида, определен их физический смысл и описан корректный метод получения их оценок на базе натурных данных о заплесках исторических цунами. Предложены аналитические зависимости для количественных оценок опасности цунами с использованием параметров вероятностной модели. Особо рассмотрена фаза наката цунами на берег. Для зоны одномерного наката построены зависимости максимальных (минимальных) отклонений уровня и максимальных скоростей наката (отката) от горизонтальной координаты, направленной нормально к берегу. Кратко рассмотрена проблема наката цунами с обрушенным фронтом. Обоснован выбор параметров для построения карт цунамирайонирования и приведен пример карты цунамиопасности побережья Южных Курильских островов по h100.

The information concerning the most essential tsunami events on the Russian Pacific coast is given. Methods of the quantitative estimates of the tsunami hazard and its historical developing are described. A short sketch on the logic chain hazard-vulnerability-risk is given. The parameters describing tsunami hazard are considered. A short survey on the quatitative estimates of the fatalities and damages is given. Probabilistic model of the Poissonian type for the tsunami sequence on the Far Eastern coast of the Russia is created. Some general problems related to the probabilistic approach to tsunami hazard estimation are also considered. The parameters of this model were determined and their physical meaning is explained. Correct method for the quantitative evaluation of these parameters using observational data of historical tsunamis is created. Process of the tsunami run-up is considered especially. For one-dimentional run-up, some relationships between the maximal (minimal) delevelling and maximal current velocity and horizontal coordinate are created. The problem of the run-up accompanied by wave breaking is described shortly. On the basement of the probabilistic model, some analytical formulae for the quantitative estimates of the tsunami hazard are proposed. Some variants of parameters for tsunami hazard maps are considered. An example of the tsunami hazard map in terms of h100 for the coast of the Southern Kuril Islands is given.

цунамиопасностьрисккарта цунамиопасностизаплесквероятностная модельпериод повторяемости

tsunamihazardrisktsunami hazard maprun-upprobabilistic modelrecurrence period

References1

Саваренский Е. Ф. и др. Цунами 4-5 ноября 1952 г. // Бюллетень Совета по сейсмологии. № 4. М.: АН СССР, 1958. 62 с.

Kaistrenko V., Sedaeva V. 1952 North Kuril Tsunami: New Data from Archives // Tsunami Research at the End of a Critical Decade / ed. G. T. Hebenstreit. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001. P. 91—102 (Advances in Natural and Technological Hazards Research, V. 18).

Кайстренко В. М. и др. Цунами // Атлас Курильских островов / Под ред. академика РАН В. М. Котлякова. М., Владивосток: ИПЦ «ДИК», 2009. C. 132—137.

Тихонов И. Н. Сильные землетрясения в Сахалинской области: исследования и прогнозы // Вестник ДВО РАН, 2006. № 1. С. 67—80.

Никонов А. А., Субетто А. А. Историческое цунами на Соловецких островах // Известия РГО. 2007. Т. 139, Вып. 6. С. 24—31.

Годзиковская А. А. и др. Ретроспективный анализ первичных материалов о сейсмических событиях, зарегистрированных на Кольском полуострове и прилегающей территории в ХХ веке. М.: ГС РАН, 2010. 132 с.

Евзеров В. Я. Цунами в Белом море (о событии 5 января 1888 года) // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геологическая. 2013. № 2. С. 181—183.

Евзеров В. Я. и др. Геодинамика беломорской котловины в голоцене // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 2. С. 51—58.

Никонов А. А. Необычный «взрыв» сейсмической активности в Восточной Пруссии в начале XIV в. и его значение для выяснения сейсмологического потенциала Калининградской обл. // Вопросы инженерной сейсмологии. 2013. Т. 40, № 2. С. 43—58.

Проявления конкретных цунами. Цунами 1993 и 1994 годов на побережье России / Под ред. К. Ф. Сергеева. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1997. 175 с. (Геодинамика тектоносферы зоны сочленения Тихого океана с Евразией, Т. VIII).

Kaistrenko V. et al. Manifestation of the 2011 Great Tohoku Tsunami on the Coast of the Kuril Islands: A Tsunami with Ice // Pure Appl. Geophys. 2013. V. 170. P. 1103—1114.

NGDC: Tsunami Data and Information. URL: http://www.ngdc.noaa.gov/hazard/tsu.shtml (Дата обращения: 15.05.2017).

HTDB/WLD: Historical Tsunami Database for the World Ocean. URL: http://tsun.sscc.ru/htdbpac/ (Дата обращения: 15.09.2014).

Левин Б. В., Носов М. А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: «Янус-К», 2005. 360 с.

Dominey-Howes D., Goff J. Tsunami Risk Management in Paciﬁc Island // Countries and Territories (PICTs): Some Issues, Challenges and Ways Forward, 2013. V. 170, Iss. 9—10. P. 1397—1413.

Preuss J. et al. Planning for Risk: Comprehensive Planning for Tsunami Hazard Areas // Urban Regional Research for the National Science Foundation, Arlington, V.A., 1988. 246 p.

Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации. М.: ИПЦ «ДИК», 2005. 271 с.

Wisner B. et al. AT RISK. Natural hazards, people’s vulnerability and disasters / 2nd ed. New York, 2005. 447 p.

Crichton D. The Risk Triangle // Natural Disaster Management / ed. by Ingleton J., Tudor Rose, London-Leicester, UK, 1999. P. 102—103.

Proske D. Catalogue of Risks. Natural, Technical, Social and Health Risks, Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 509 p.

Porter K. A Beginner’s Guide to Fragility, Vulnerability, and Risk. Boulder: University of Colorado, 2017. 101 p. URL: http://spot.colorado.edu/~porterka/Porter-beginners-guide.pdf (Дата обращения: 20.06.2017).

Magoon D. T. Structural Damage by Tsunamis // Proc. of the ASCE Coastal Engineering Specialty Conference, Santa Barbara, California, 1965. New York: ASCE, 1966. P. 35—68.

Hatori T. On the damage to houses due to tsunamis // Bull. Earthq. Res. Inst., 1984. V. 59. P. 433—439 (In Japanese).

Shuto N. Tsunami intensity and disasters // Tsunami in the World. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 1993. P. 197—216.

Peiris N., Pomonis A. December 26, 2004 Indian Ocean tsunami: Vulnerability functions for loss estimation in Sri Lanka // Geotechnical Engineering for Disaster Mitigation and Rehabilitation: Proceedings of the International Conference, Chu, Phoon & Yong (eds), Singapore: World Scientific Publishing Company, 2005. P. 411—416.

Saatcioglu M. et al. Performance of structures in Indonesia during the December 2004 great Sumatra earthquake and Indian Ocean tsunami // Earthquake Spectra. 2006. V. 22 (S3). P. 295—319.

Dias W.P.S. et al. Tsunami vulnerability functions from field surveys and Monte Carlo simulation // Civil Engineering and Environmental Systems. 2009. V. 26, Iss. 2. P. 181—194. doi:10.1080/10286600802435918.

Koshimura S. et al. Tsunami fragility — a new measure to identify tsunami damage // Journal of Disaster Research. 2009. V. 4, Iss. 6. P. 479—488.

Nanayakkara I., Dias P. Fragility curves for tsunami loading // Special Session on Loading Effects, 4th International Conference on Structural Engineering and Construction Management, Kandy, Sri Lanka, 2013. P. 23—30.

Macabuag J. A proposed methodology for deriving tsunami fragility functions for buildings using optimum intensity measures // Natural Hazards. 2016. V. 84, Iss. 2. P. 1257—1285.

Yeh H. Maximum fluid forces in the tsunami runup zone // Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 2006. V. 132, Iss. 6. P. 496—500.

Кайстренко В. М. и др. Накат и трансформация волн цунами на мелководье // Метеорология и гидрология. 1985. № 10. С. 68—75.

Tsunami Glossary / Technical Series 85, Paris: Intergovernmental Oceanographic Commission UNESCO, 2016. 45 p.

Geist E. L., Parsons T. Distribution of tsunami interevent times // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. L026l2.

Golitsyn G. S. The place of Gutenberg-Richter law among other statistical laws of nature // Problems of dynamics of the lithosphere and seismicity. Vychislitelnaya Seismologia. Iss. 32. P. 138—161.

Родкин М. В. и др. О возможных реализациях закона распределения редких сильнейших землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 4. С. 893—904.

Писаренко В. Ф., Родкин М. В. Неустойчивость параметра Мmax и альтернатива его применению // Физика Земли. 2009. № 12. С. 48—59.

Pisarenko V. F., Sornette D. Characterization of the frequency of extreme earthquake events by the generalized Pareto distribution // Pure Appl. Geophys. 2003. V. 160, No 12. P. 2343—2364.

Choi B.H. et al. Distribution Functions of Tsunami Wave // Natural Hazards. 2002. V. 25. P. 1—21.

Го Ч. Н. Статистические свойства заплесков цунами на побережье Курильских островов и Японии; ИМГиГ ДВНЦ АН СССР. Препринт. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1987. 41 c.

Kaistrenko V. Tsunami recurrence versus tsunami height distribution along the coast // Pure Appl. Geophys. 2011. V. 168, No 11. P. 2065—2069.

Kaistrenko V. Tsunami Recurrence Function: Structure, Methods of Creation, and Application for Tsunami Hazard Estimates / V. Kaistrenko // Pure Appl. Geophys. 2014. V. 171. P. 3527—3538.

Cox D. C. Tsunami height-frequency relationship at Hilo // Informat. Report: Hawaii, Hawaii Inst. Geophys., University of Hawaii, 1964. 4 p.

Cox D. C. Frequency Distributions of Tsunami Runups in Hawaii. Honolulu (HI): Environmental Center, University of Hawaii at Manoa, 1978.

Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. 439 с.

Pelinovsky E., Mazova R. Exact analytical solutions of nonlinear problems of tsunami wave runup on slopes with different profiles // Natural Hazards. 1992. V. 5. P. 227—249.

Гумбель Э. Статистика экстремальных значений / Пер. c англ. М.: Мир, 1965. 451 с.

Мазова Р. Х. и др. Статистические данные о характере наката волн цунами // Океанология. 1983. Т. 23, № 6. С. 932—937.

Kaistrenko V. et al. A new paradigm of tsunami safety solution // Proc. Int. Tsunami Symp. Seattle, Washington, 2001. P. 303—313.

Cho Y. S. Safety analysis of Ulchin nuclear power plant against Nihonkai-Chubu earthquake tsunami // Nuclear engineering and design. 2004. V. 228. Is. 1—3. P. 393—400.

Uri ten Brink et al. Evaluation of Tsunami Sources with the Potential to Impact the U.S. Atlantic and Gulf Coasts // Report “The Current State of Knowledge Regarding Potential Tsunami Sources Affecting U.S. Atlantic and Gulf Coasts”, submitted to the Nuclear Regulatory Commission on September 30, 2007. 322 p.

Noggerath J. et al. Fukushima: The myth of safety, the reality of geosciences // Bulletin of the Atomic Scientists. 2011. V. 67(5). P. 37—46.

Seo J-W. et al. Safety Analysis against Tsunami Attacks at a Nuclear Power Plant Site // J. Appl. Math. 2013. V. 2013. Article ID 984038.

Безопасность атомных электростанций: проектирование / Конкретные требования безопасности № SSR-2/1. Нормы МАГАТЭ по безопасности. URL: http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1534r_web.pdf (дата обращения: 15.05.2017).

Магун О. Т., Арно Н. Л. Долгосрочный прогноз затопления от цунами для Кресент-Сити. Калифорния, США // Волны цунами. Южно-Сахалинск: Труды САХКНИИ, Вып. 32. 1973. С. 168—182.

Houston J. R. et al. Tsunami-wave elevation frequency of occurrence for the Hawaiian Islands // Tech. Rpt. H-77-16U.S.: Vicksburg, Miss., Army Engineer Waterways Expt. Sta. Hydraulics Lab., 1977. 63 p.

Okada M., Tada M. Historical study of Tsunami at Miyako, Japan // Tsunamis — Their Seience and engineering. Tokyo: TERRAPUB, 1983. P. 121—130.

Rascon O. A., Villarreal A. G. On a Stochastic Model to Estimate Tsunami Risk // J. Hydraulic Res. 1975. V. 13, No. 4. P. 383—403.

Wiegel R. L. Protection of Crescent City, California, from Tsunami Waves // Report for the Redevelopment Agency of the City of Crescent City, 5 March 1965: Berkeley, California. 1965. 114 p.

Wigen S.O. Historical Study of Tsunamis at Tofino, Canada // Tsunamis - Their Seience and engineering. Tokyo: TERRAPUB, 1983. P. 105-119.

Пинегина Т. К., Разжигаева Н. Г. Исследования палеоцунами на дальневосточном побережье России // Мировой океан / Под общ. ред. Л. И. Лобковского. Т. I. Геология и тектоника океана. Катастрофические явления в океане / Н. П. Лаверов, Н. В. Короновский, Л. И. Лобковский и др. М.: Научный мир, 2013. С. 488—498.

Post-Tsunami Survey Field Guide / IOC Manuals and Guides No. 30. Paris: Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO, 1998. 45 р.

Satake K. et al. Tide gauge response to tsunamis: Measurements at 40 tide gauge stations in Japan // Journal of Marine Research. 1988. V. 46, No 3. P. 557—571.

Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами / Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 957 с.

Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований: Преобразования Фурье, Лапласа, Меллина / Пер. с англ. М.: Наука, 1969. 344 с.

Camfield F. Insufficient Data Effect on Tsunami Flood Level Predictions – Summary // Proc. Int. Tsunamy Symp., Seattle, August 17—19. Seattle, 1987. P. 247—251.

Иконникова Л. Н. Атлас цунами. М.: ДВНИГМИ, 1963. 53 с.

Costello J. A. Tsunamis: Hazard Definition and Effects on Facilities // file report 85-533. Reston, Virginia: U.S. Geological Survey. 1985.

Го Ч. Н. и др. Количественная оценка цунамиопасности и схема цунамирайонирования Тихоокеанского побережья СССР // Тихоокеанский ежегодник. Владивосток: ДВО АН, 1988. С. 9—16.

Пелиновский Е. Н., Плинк Н. Л. Предварительные схемы цунамирайонирования побережья Курило-Камчатской зоны на основе одномерных расчетов (модельный очаг). Препринт № 5. Горький: ИПФ АН СССР, 1980. 16 с.

Chung J. Y. et al. Tsunami hazard estimation for eastern Korean coast // Tsunami’93. Proc. IUGG / IOC Int. Tsunami Symp. Wakayama, Japan, 1993. P. 409—422.

Куликов Е. А. и др. К вопросу о долгосрочном прогнозе цунами (на примере побережья Перу и Северного Чили) // Океанология. 2005. Т. 45, № 4. С. 544—556.

Кайстренко В. М. и др. Оценка цунамиопасности и построение карт цунамирайонирования для побережья Сахалинской области. Проблема нормативов // Строительная индустрия Сахалина. 2014. № 19. C. 38—43.

Гусяков В. К. и др. Оценка цунамиопасности побережья Охотского моря от региональных и удаленных источников // Вулканология и сейсмология. 2015. № 4. C. 59—72.

Доценко С. Ф. Оценки параметров волн цунами вдоль южного побережья Крымского полуострова // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 3. С. 3—10.

Yalciner A. et al. Tsunamis in the Black Sea: comparison of the historical, instrumental and numerical data // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, No C12. Article Number: C12023.

Зайцев А. И. и др. Прогноз высот волн цунами на Черноморском побережье России // Тр. Нижегородского гос. техн. университета им. Р. Е. Алексеева. 2011. № 1 (86). C. 35—43.

González F. I. et al. Probabilistic tsunami hazard assessment at Seaside, Oregon, for near- and far-field seismic sources // J. Geoph. Res. 2009. V. 114. C11023.

Leonard L. et al. Tsunami hazard assessment of Canada // Natural Hazards. 2014. V. 70, No 1. P. 237—274.

Okal E. A. et al. Tsunami simulations for regional sources in the South China and adjoining seas // Pure Аppl. Geophys. 2011. V. 168, No 6—7. P. 1153—1173.

U.S. National Tsunami Hazard Mitigation Program (NTHMP). URL: http://nws.weather.gov/nthmp/ (Дата обращения: 15.05.2017).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.