References

hydrophysics

Фундаментальная и прикладная гидрофизика

Fundamental and Applied Hydrophysics

2073-66732782-5221

St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences

hydrophysics-1128

Research Article

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ

INTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHERE

Взаимодействие волн цунами с откосными сооружениями

Interaction of tsunami waves with sloping structures

Максимов

В. В.

Maximov

V. V.

г. Санкт-Петербург

St.-Petersburg

Нуднер

И. С.

Nudner

I. S.

г. Санкт-Петербург

St.-Petersburg

Лебедев

В. В.

Lebedev

V. V.

г. Санкт-Петербург

St.-Petersburg

Семенов

К. К.

Semenov

K. K.

г. Санкт-Петербург

St.-Petersburg

Кшевецкий

С. П.

Kshevetskii

S. P.

г. Калининград

Kaliningrad

Амосов

А. А.

Amosov

A. A.

г. Санкт-Петербург

St.-Petersburg

АО «Концерн «Океанприбор»РоссияJSC «Concern«Oceanpribor»Russian Federation

23 ГМПИ — филиал АО «31 ГПИСС»РоссияThe 23 State Marine Design Institute — Branch of «31 State Design Institute of Special Construction»Russian Federation

Балтийский федеральный университет имени Иммануила КантаРоссияImmanuel Kant Baltic Federal UniversityRussian Federation

2017

29112022

1045360

2022

Максимов В.В., Нуднер И.С., Лебедев В.В., Семенов К.К., Кшевецкий С.П., Амосов А.А.

Maximov V.V., Nudner I.S., Lebedev V.V., Semenov K.K., Kshevetskii S.P., Amosov A.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

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

https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1128

В данной работе выполнен краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований по проблеме воздействия волн цунами на элементы откосных сооружений. Приведены авторские результаты экспериментальных и теоретических исследований, которые были положены в основу руководящих документов при проектировании морских защитных гидротехнических сооружений и Свода Правил «Здания и сооружения в цунамиопасных районах. Правила проектирования», вышедшего под эгидой Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в 2017 году. Исследовалось влияние шероховатости сооружений на величину наката одиночной волны. Расчеты проводились с использованием модели длинных волн, полученной профессором Алешковым Ю.З., реализованной разностной схемой второго порядка. В данной работе рассмотрены защитные сооружения в виде откоса с вертикальной стенкой и откоса с бермой и вертикальной стенкой. Приведено сравнение расчетных данных с данными экспериментальных исследований для двух относительных высот волны. В завершающей части приводятся новые результаты, полученные при численном моделировании цунами на основе полных уравнений Эйлера (авторами построена новая, полностью консервативная схема второго порядка для численной реализации этих уравнений), и рассматриваются перспективы дальнейшего изучения проблемы взаимодействия цунами с защитными сооружениями.

In this paper, a brief review of theoretical and experimental studies on the effect of tsunami waves on elements of sloping structures is considered. Authors' results of experimental and theoretical studies, which were used as the basis for guiding documents for the design of marine protective hydraulic structures and the Code of Rules "Buildings and Structures in tsunami-prone areas. Rules of Design", published under the auspices of the Ministry of Construction and Housing and Communal Services of the Russian Federation in 2017. The influence of the roughness of structures on the magnitude of the solitary wave runup was investigated. The calculations were carried out using the long-wave model obtained by Professor Yu. Z. Aleshkov, realized by a difference scheme of the second order. In this paper, we consider protective structures in the form of a slope with a vertical wall and a slope with a berm and a vertical wall. Comparison of the calculated data with the experimental data for two relative wave heights is given. In the final part, new results obtained in the numerical modeling of tsunami based on the complete Euler equations are presented (the authors constructed a new, completely conservative second-order scheme for the numerical realization of these equations) and discusses the prospects for further study of the problem of tsunami interaction with protective structures.

цунамизащитные сооруженияоткосные сооружениявзаимодействие волн цунами

tsunamiprotecting structuressloping structuresinteraction of tsunami waves

References1

Стокер Дж. Дж. Волны на воде. Математическая теория и приложения. М.: ИЛ, 1959.

Алешков Ю. З. Полная модель процесса распространения длинных волн и их взаимодействия с вертикальной стенкой // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1985. № 3. С. 173—176.

Алешков Ю. З. Полная модель распространения волн цунами // Исследования цунами. 1987. № 2. С. 113—122.

Алешков Ю. З. Математическое моделирование процессов генерации, распространения и силового воздействия на морские гидротехнические сооружения // Труды Всесоюзного совещания по численным методам в задачах волновой гидродинамики. Красноярск: изд-во ВЦ СО АН СССР, 1991. С. 41—46.

Железняк М. А., Пелиновский Е. Н. Физико-математические модели наката цунами на берег // Накат цунами на берег. Горький: изд-во ИПФ АН СССР, 1985. С. 8—33.

Лятхер В. М., Милитеев А. Н. Расчет наката длинных гравитационных волн на откос // Океанология. 1974. № 1. С. 37—43.

Федотова З. И., Хакимзянов Г. С. Нелинейно-дисперсионные модели волновой гидродинамики для подвижного дна / Тр. IX всероссийской конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 326—331.

Захаров Ю. Н. Об одном численном алгоритме решения нелинейно-дисперсионных уравнений Алешкова Ю. З. // Труды Всесоюзного совещания по численным методам в задачах волновой гидродинамики. Красноярск: изд-во ВЦ СО АН СССР, 1991. С. 64—69.

Карев В. Ю., Компаниец Л. А., Новиков В. А., Чубаров Л. Б. Алгоритм численной реализации плановых нелинейно-дисперсионных моделей Алешкова и Грина—Нагди // Труды Всесоюзного совещания по численным методам в задачах волновой гидродинамики. Красноярск: изд-во ВЦ СО АН СССР, 1991. С. 116—121.

Мазова Р. Х., Пелиновский Е. Н. Накат волн цунами на берег без обрушения // Волны и дифракция. М.: ИРЭ АН СССР, 1981. Т. 2. С. 265—268.

Манойлин С. В., Максимов В. В., Федоров А. С. Трансформация нелинейных длинных волн на шельфе // Исследования по цунами. М.: Изд-во АН СССР, 1988. С. 81—85.

Матвеева М. С. Численная модель распространения длинных волн // Труды Всесоюзного совещания по численным методам в задачах волновой гидродинамики. Красноярск: изд-во ВЦ СО АН СССР, 1991. С. 75—79.

Шокин Ю. И., Бейзель С. А., Федотова З. И., Чубаров Л. Б. Об использовании методов численного моделирования для решения прикладных задач проблемы цунами // Тр. междунар. конф. «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». Павлодар: ТОО НПФ «ЭКО», 2006. Т. I. С. 36—51.

Камынин Е. Ю., Максимов В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов Г. С. Исследование взаимодействия уединенной волны с частично погруженным сооружением // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. № 4(10). С. 39—54.

Максимов В. В., Манойлин С. В., Нуднер И. С. Взаимодействие длинной одиночной волны с морскими гидротехническими сооружениями (экспериментальный подход) // Совместный выпуск. Вычислительные технологии. Т. 13, Вестник КАЗНУ им. Аль-Фараби. Сер. Матем., мех., информатика. № 3 (58). Часть II. Алматы-Новосибирск, 2008. С. 361—364.

Манойлин С. В., Максимов В. В. Взаимодействие волн типа цунами с защитными сооружениями // Гидротехническое строительство. 1986. № 4. С. 32—34.

Манойлин С. В., Максимов В. В., Федоров А. С. Изучение взаимодействия между длинными волнами и преградами сложной формы // Морской гидрофизический журнал. Севастополь, 1987. № 3. С. 24—28.

Манойлин С. В., Максимов В. В., Нуднер И. С. Взаимодействие одиночной волны с преградами сложной конфигурации // Тр. IX всероссийской конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 441—443.

Манойлин С. В., Максимов В. В., Нуднер И. С. Математическое и физическое моделирование наката одиночной волны на гладкий откос // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-22. Сб. трудов XXII Междунар. научн. конф.: в 10 т. Т. 5. Секция 5/ Под общей ред. В. С. Балакирева. Псков: Изд-во Псков. гос. политехн. ин-та, 2009. С. 70—71.

Нуднер И. С., Максимов В. В. Воздействие волн цунами на морские гидротехнические сооружения // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 2. С. 45—56.

Нуднер И. С., Манойлин С. В., Максимов В. В. Воздействие одиночной волны на сооружения // Тр. междунар. конф. «Шестые Окуневские чтения» 23—27 июня 2008 г., СПб.: Материалы докладов. Т. II. Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2008. С. 10—16.

Manoilin S. V., Maksimov V. V. Interaction of tsunami type waves with protective structures // Hydrotechnical construction. 1986. V. 20, N. 4. P. 237—240.

Марчук Ан. Г., Чубаров Л. Б., Шокин Ю. И. Численное моделирование волн цунами. Новосибирск: Наука, 1983.

Федотова З. И. Обоснование численного метода для моделирования наката длинных волн на берег // Вычислительные технологии. 2002. Т. 7, № 5. С. 58—76.

Хакимзянов Г. С., Шокин Ю. И., Барахнин В. Б., Шокина Н. Ю. Численное моделирование течений жидкости с поверхностными волнами. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001.

Шокин Ю. И., Чубаров Л. Б., Марчук Ан. Г., Симонов К. В. Вычислительный эксперимент в проблеме цунами. Новосибирск: Наука, 1989.

Chubarov L. B., Fedotova Z. I. An Effective High Accuracy Method for Tsunami Runup Numerical Modeling // Submarine Landslides and Tsunamis. Book Series: NATO SCIENCE SERIES: IV. Eds: Ahmet C. et al. 2003. Kluwer Academic Publishers. P. 203–216.

Вольцингер Н. Е., Клеванный К. А., Пелиновский Е. Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

Диденкулова И. И. Моделирование наката длинных волн на плоский откос и анализ реальных событий. Дисс. … к.ф.-м.н. Нижний Новгород, 2006.

Пелиновский Е. Н. Нелинейная динамика волн цунами. Горький: изд-во ИПФ АН СССР, 1982.

Пелиновский Е. Н. Гидродинамика волн цунами. Нижний Новгород: изд-во ИПФ РАН, 1996. 276 с.

Pelinovsky E. N., Stepanyants Yu., Talipova T. Nonlinear dispersion model of sea waves in the coastal zone // J. of Korean Society Coastal and Ocean Engineers. 1993. V. 5, N. 4. P. 307—317.

Pelinovsky E. Nonlinear hyperbolic equations and run-up of huge sea waves // Applicable Analysis. 1995. V. 57. P. 63—84.

Алешков Ю. З. Теория взаимодействия волн с преградами. Л.: изд-во ЛГУ, 1990.

Кульмач П. П., Филиппенок В. З. Воздействие цунами на морские гидротехнические сооружения. М.: Транспорт, 1984.

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

Carrier G. F., Greenspan H. P. Water waves of finite amplitude on a sloping beach // J. Fluid Mech. 1958. V. 4. P. 97—109.

Keller H. B., Levine D. A., Whitham G. H. Motion of a bore over sloping beach // J. Fluid Mech. 1960. V. 7. P. 302—316.

Shen M. C., Meyer R. E. Climb of a bore on a beach. Part 3. Run-up // J. Fluid Mech. 1963. V. 16. P. 113—125.

Sielecki A., Wurtele M. The numerical integration of the nonlinear shallow water equations with sloping boundaries // J. Compt. Physics. 1970. V. 6. P. 219—236.

Spielvogel L. Q. Single-wave run-up on sloping beaches // J. Fluid Mech. 1976. V. 74, N. 4. P. 685—694.

Hibberd S., Peregrine D. H. Surf and run-up on a beach: A uniform bore // J. Fluid Mech. 1979. V. 95. Part 2. P. 323—345.

Pedersen G., Gjevik B. Run-up of solitary waves // J. Fluid Mech. 1983. V. 135. P. 283—290.

Kim S. K., Liu Ph. L.-F., Liggett J. A. Boundary integral equation solutions for solitary wave generation, propagation and run-up // Coastal Engng. 1983. V. 7. P. 299—317.

Synolakis C. E. The runup of solitary waves // J. Fluid Mech. 1987. V. 185. P. 523—545.

Tadepalli S., Synolakis C. E. The run-up of N-waves on sloping beaches // Proc. R. Soc. Lond. A. 1994. V. 445. P. 99—112.

Liu Ph. L.-F., Cho Yo-S., Briggs M. J., Kanoglu U., Synolakis C. E. Runup of solitary waves on a circular island // J. Fluid Mech. 1995. V. 302. P. 259—285.

Titov V. V., Synolakis C. E. Modelling of Breaking and Non-breaking Long Wave Evolution and Runup using VTCS-2 // J. of Waterways, Ports, Coastal and Ocean Engineering. 1995. V. 121. N. 6. P. 308—316.

Titov V. V., Synolakis C. E. Numerical modeling of tidal wave runup // J. of Waterways, Ports, Coastal and Ocean Engineering. 1998. V. 124, N. 4. P. 151—171.

Liu Ph. L.-F., Yeh Harry, Synolakis Costas (eds). Advanced numerical models for simulating tsunami waves and runup. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2008. 341 p.

Maiti Sangita, Sen Debabrata. Computation of solitary waves during propagation and runup on a slope // Ocean Engineering. 1999. V. 26. P. 1063—1083.

Liu Ph. L.-F., Lynett P., Synolakis C. E. Analytical solutions for forced long waves on a sloping beach // J. Fluid Mech. 2003. V. 478. P. 101—109.

Carrier G. F., Wu T. T., Yeh H. Tsunami runup and drawdown on a plane beach // J. Fluid Mech. 2003. V. 475. P. 449—461.

Kanoglu U. Nonlinear evolution and runup-rundown of long waves over a sloping beach // J. Fluid Mech. 2004. V. 513. P. 363—372.

Максимов В. В., Фомин А. Н. Моделирование наката одиночной волны на защитные гидротехнические сооружения // Вестник СПГУТД. Сер. 1: Естественные и технические науки. 2014. № 2. С. 33—37.

Baldock T. E., Cox D., Maddux T., Killian J., Fayler L. Kinematics of breaking tsunami wavefronts: A data set from large scale laboratory experiments // Coastal Engineering. 2009. V. 56. P. 506—516.

Chang Yu-Hsuan, Hwang Kao-Shu, Hwung Hwung-Hweng. Large-scale laboratory measurements of solitary wave inundation on a 1:20 slope // Coastal Engineering. 2009. V. 56. P. 1022—1034.

Hsiao Shih-Chun, Hsu Tai-Wen, Lin Ting-Chieh, Chang Yu-Hsuan. On the evolution and run-up of breaking solitary waves on a mild sloping beach // Coastal Engineering. 2008. V. 55. P. 975—988.

Lee Y., Raichlen F. Solitary Wave Runup on Plane Slopes // J. of Waterways, Ports, Coastal and Ocean Engineering. 2001. V. 127, N. 1. P. 33—44.

Lin Chang, Hwung Hwung-Hweng. Observation and measurement of the bottom boundary layer flow in the prebreaking zone of shoaling waves // Ocean Engineering. 2002. V. 29. P. 1479—1502.

Pudjaprasetya S. R., Groesen E. Van, Soewono E. The splitting of solitary waves running over a shallow water // Wave Motion. 1999. V. 29. P. 375—389.

Афанасьев К. Е., Максимов В. В., Нуднер И. С., Семенов К. К., Стуколов С. В. Численное моделирование работы опытового волнопродуктора одиночных волн // Труды XI Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2012. С. 201—203.

Максимов В. В., Кшевецкий С. П. Новый метод моделирования внутренних волн в стратифицированной жидкости конечной глубины, создаваемых течением и подводной горой // Тр. IX всероссийской конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 180—182.

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