hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2023.16(3)-4hydrophysics-1236Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESЧисленное моделирование цунами в системе севастопольских бухтNumerical simulation of tsunami in the system of sevastopol bayshttps://orcid.org/0000-0002-1299-0983БелоконьА. Ю.BelokonA. Yu.

Александра Юрьевна Белоконь

299011

Капитанская ул., д. 2

Севастополь

РИНЦ Author ID: 852404

WoS Researcher ID: M-6839–2018

299011

Kapitanskaya Str., 2

Sevastopol

aleksa.44.33@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7524-565XЛазоренкоД. И.LazorenkoD. I.

Дмитрий Иванович Лазоренко

299011

Капитанская ул., д. 2

Севастополь

РИНЦ Author ID: 851086

WoS Researcher ID: J-1925–2015

299011

Kapitanskaya Str., 2

Sevastopol

d.lazorenko.dntmm@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9070-4460ФоминВ. В.FominV. V.

Владимир Владимирович Фомин

299011

Капитанская ул., д. 2

Севастополь

РИНЦ Author ID: 846690

WoS Researcher ID: H-8185–2015

 

299011

Kapitanskaya Str., 2

Sevastopol

v.fomin@ukr.netМорской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute, Russian Academy of SciencesRussian Federation2023191020231635261Copyright © Белоконь А.Ю., Лазоренко Д.И., Фомин В.В., 20232023Белоконь А.Ю., Лазоренко Д.И., Фомин В.В.Belokon A.Y., Lazorenko D.I., Fomin V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1236

   В рамках численного моделирования выполнено исследование проникновения волн цунами в систему Севастопольских бухт. Для моделирования распространения цунами использовалась нелинейная гидродинамическая модель SWASH. Для определения краевых условий на жидкой границе расчетной области с помощью модели цунами Черного моря рассчитаны колебания уровня вблизи Севастополя в районе глубин 90 м при прохождении волн цунами из трех потенциально возможных очагов цунами, вызванных подводными землетрясениями магнитудой 7. Анализ результатов численных экспериментов показал, что при проникновении цунами в бухты Севастополя из ближнего очага подъем уровня моря в вершинах бухт может достигать 1–2 м. При этом максимальные амплитуды колебаний уровня получены для бухт Песочная и Карантинная, где они составили 2 м. В Севастопольской бухте подъемы уровня могут достигать около 0,5–1 м. Рассчитанные мареограммы демонстрируют, что наиболее интенсивные колебания происходят в первые 3–3,5 ч действия цунами. Показано, что от волн, приходящих из удаленных очагов, прибрежная зона Севастополя защищена мысом Херсонес. Численные эксперименты показали, что защитные молы на входе в Севастопольскую бухту не оказывают существенного влияния на вызванные цунами колебания уровня моря внутри бухты.

   Within the framework of numerical simulation, a study was made of the penetration of tsunami waves into the system of Sevastopol bays. The non-linear SWASH hydrodynamic model was used to simulate the tsunami propagation. To determine the boundary conditions on the liquid boundary of the computational domain, using the Black Sea tsunami model, the level fluctuations near Sevastopol in the region of depths of 90 m were calculated during the passage of tsunami waves from three potential tsunami foci caused by underwater earthquakes of magnitude 7. It was found that in because of tsunami penetration into the bays of Sevastopol from the nearest focus, the rise in sea level in the tops of the bays could reach 1–2 m. The maximum amplitudes of level fluctuations were received in Pesochnaya and Karantinnaya bays, where they reached 2 m. In the Sevastopol Bay, the level rises were about 0.5–1 m. The most intense fluctuations were observed in the first 3–3.5 hours of the tsunami action. It is shown that the coastal zone of Sevastopol is protected from waves coming from distant foci by Cape Сhersones. Numerical experiments have shown that the protective piers at the entrance to the Sevastopol Bay do not have a significant effect on the sea level fluctuations caused by the tsunami inside the bay.

численное моделированиецунамиSWASHСевастопольская бухтарасчетные сеткивысокопроизводительные расчетыnumerical simulationtsunamiSWASHSevastopol Baycomputational gridshigh-performance calculationsРабота выполнялась в рамках научной темы МГИ № FNNN-2021–0005. Математическое моделирование выполнялось на вычислительном кластере МГИ (www.hpc-mhi.org)The investigation was carried out within the framework of the state assignment on theme No FNNN-2021-0005. Mathematical modeling was performed on the MHI computing cluster (www.hpc-mhi.org)ReferencesНиконов А.А., Гусяков В.К., Флейфель Л.Д. Новый каталог цунами в Черном и Азовском морях в приложении к оценке цунамиопасности Российского побережья // Геология и геофизика. 2018. Т. 59, № 2. С. 240–255. doi: 10.15372/GiG20180208Nikonov A.A., Gusiakov V.K., Fleifel L.D. Assessment of the Tsunami Hazard on the Russian Coast Based on a New Catalogue of Tsunamis in the Black Sea and the Sea of Azov. Russian Geology and Geophysics. 2018, 59(2), 193–205. doi: 10.1016/j.rgg.2018.01.016Yalciner A., Pelinovsky E., Talipova T., Kurkin A., Kozelkov A., Zaitsev A. Tsunamis in the Black Sea: Comparison of the historical, instrumental and numerical data // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2004. Vol. 109, Iss. C12. C12023. doi: 10.1029/2003JC002113Yalciner A., Pelinovsky E., Talipova T. et al. Tsunamis in the Black Sea: Comparison of the historical, instrumental and numerical data. Journal of Geophysical Research. Oceans. 2004, 109(C12), C12023. doi: 10.1029/2003JC002113Пелиновский Е.Н., Зайцев А.И. Оценка и картирование опасности цунами на Черноморском побережье Украины // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2011. № 3 (90). С. 44–50. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-i-kartirovanie-opasnosti-tsunami-na-chernomorskom-poberezhie-ukrainy (дата обращения: 09. 03. 2023)Pelinovsky E.N., Zaitsev A.I. Assessment and mapping of tsunami hazard on the Black Sea coast of Ukraine. Trudy Nizhegorodskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. R.E. Alekseeva. 2011, 3(90), 44–50. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-i-kartirovanie-opasnosti-tsunami-na-chernomorskom-poberezhie-ukrainy (Accessed 08. 09. 2023) (in Russian).Зайцев А.И., Пелиновский Е.Н., Ялченир А. Прогноз высот волн цунами на Черноморском побережье России // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2011. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prognoz-vysot-voln-tsunami-na-chernomorskom-poberezhie-rossii (дата обращения: 09. 03. 2023)Zaitsev A.I., Pelinovsky E.N., Yalciner A. Forecast of tsunami wave heights on the Black Sea coast of Russia. Trudy Nizhegorodskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. R.E. Alekseeva. 2011, 1, 35–43. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prognoz-vysot-voln-tsunami-na-chernomorskom-poberezhie-rossii (Accessed 08. 09. 2023) (in Russian).Доценко С.Ф. Численное моделирование цунами в Черном, Азовском и Каспийском морях как необходимый элемент региональных систем раннего предупреждения о цунами // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. Т. 2, Вып. 26. С. 287–300.Dotsenko S.F. Numerical modeling of tsunamis in the Black, Azov and Caspian seas as a necessary element of regional tsunami early warning systems. Ekologicheskaya Bezopasnost’ Pribrezhnykh i Shel’fovykh Zon i Kompleksnoe Ispol’zovanie Resursov Shel’fa. 2012, 2(26), 287–300.Доценко С.Ф., Ингеров А.В. Характеристика волн цунами сейсмического происхождения в бассейне Черного моря по результатам численного моделирования // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 3. С. 25–34.Dotsenko S.F., Ingerov A.V. Characteristics of Tsunami Waves of Seismic Origin in the Black Sea Basin Based on the Results of Numerical Modeling. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2013, 3, 25–34 (in Russian).Мазова Р.Х., Кисельман Б.А., Осипенко Н.Н., Колчина Е.А. Анализ спектральных характеристик черноморских цунами // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2013. № 2 (99). С. 52–66. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-spektralnyh-harakteristik-chernomorskih-tsunami (дата обращения: 09. 03. 2023).Mazova R. Kh., Kiselman B.A., Osipenko N.N., Kolchina E.A. Analysis of spectral characteristics of Black Sea tsunami. Trudy Nizhegorodskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. R.E. Alekseeva. 2013, 2(99), 52–66 (in Russian). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-spektralnyh-harakteristik-chernomorskih-tsunami (Accessed 08. 09. 2023).Лобковский Л.И., Мазова Р.Х., Баранова Е.А. и др. Численное моделирование распространения черноморских и азовоморских цунами через Керченский пролив // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 111–122. doi: 10.22449/0233–7584–2018–2–111–122Lobkovsky L.I., Mazova R. Kh., Baranova E.A., Tugaryov A.M. Numerical simulation of propagation of the Black Sea and the Azov Sea tsunami through the Kerch Strait. Physical Oceanography. 2018, 25(2), 102–113. doi: 10.22449/1573-160X-2018-2-102-113Баранова Е.А., Мазова Р.Х. Цунамиопасность Крымского побережья Черного моря и Керченского пролива при катастрофических цунамигенных землетрясениях, близких по локализации к историческому Ялтинскому землетрясению 12 сентября 1927 года // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 123–138. doi: 10.22449/0233–7584–2020–2–123–138Baranova E.A., Mazova R. Kh. Tsunami hazard for the Crimean Coast of the Black Sea and the Kerch Strait at the catastrophic tsunamigenic earthquakes, the locations of which are close to that of the historical Yalta earthquake on September 12, 1927. Physical Oceanography. 2020, 27(2), 110–125. doi: 10.22449/1573-160X-2020-2-110-125Никонов А.А. Повторяемость цунами на берегах Черного и Азовского морей // Физика Земли. 1997. Т. 33. С. 72–87.Nikonov A.A. Tsunami frequency on the shores of the Black and Azov Seas. Fizika Zemli. 1997, 33, 72–87 (in Russian).Никонов А.А. Неизвестное землетрясение в Крыму // Природа. 1995. № 8. С. 88–93.Nikonov A.A. Unknown earthquake in Crimea. Priroda, 1995, 8, 88–93 (in Russian).Безушко Д.И., Мироненко И.Н., Мурашко А.В. Цунами Черноморского побережья Украины // Вісник Одеського національного морського університету. 2015. № 1 (43). С. 82–90. URL: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=Vonmu_2015_1_9Bezushko D.I., Mironenko I.N., Murashko A.V. Tsunami of the Black Sea coast of Ukraine. Vestnik Odesskogo Natsionalnogo Morskogo Universiteta. 2015, 1(43), 82–90 (in Russian). URL: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=Vonmu_2015_1_9 (Accessed 08. 09. 2023).Фомин В.В., Белоконь А.Ю., Харитонова Л.В., Алексеев Д.В. Численное моделирование проникновения волн цунами в Балаклавскую бухту // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 4. С. 405–421. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/710Fomin V.V., Belokon A. Yu., Kharitonova L.V., Alekseev D.V. Numerical Simulation of Tsunami Wave Propagation to the Balaklava Bay. Physical Oceanography. 2022, 29(4), 379–394. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/710СП 292.1325800.2017 Здания и сооружения в цунамиопасных районах. Правила проектирования. Москва, 2017. 147 с. URL: https://docs.cntd.ru/document/456088760SP 292.1325800.2017. Buildings and Structures on Tsunami Hazardous Areas. Regulations of Design. Moscow, 147 p. (in Russian). URL: https://docs.cntd.ru/document/456088760 (Accessed 08. 09. 2023).СП 14.13330.2018 Свод правил. Строительство в сейсмических районах, 2018. 238 с. URL: https://docs.cntd.ru/document/550565571SP 14.13330.2018. Seismic Building Design Code. Moscow, 238 p. URL: https://docs.cntd.ru/document/550565571 (Accessed 08. 09. 2023) (in Russian).Стокозов Н.А. Морфометрические характеристики Севастопольской и Балаклавской бухт // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. Вып. 23. С. 198–208.Stokozov N.A. Morphometric characteristics of the Sevastopol and Balaklava bays. Ekologicheskaya Bezopasnost’ Pribrezhnykh i Shel’fovykh Zon i Kompleksnoe Ispol’zovanie Resursov Shel’fa. 2010, 23, 198–208 (in Russian).Алексеев Д.В., Иванов В.А., Иванча Е.В., Фомин В.В., Черкесов Л.В. Оценка защитных молов на характеристики ветрового волнения в Севастопольской бухте // Метеорология и гидрология. 2013. № 4. С. 47–57.Alekseev D.V., Ivanov V.A., Ivancha E.V. et al. Estimation of the effect of protective piers on wind wave parameters in the Sevastopol Bay. Russian Meteorology and Hydrology. 2013, 38(4), 248–255. doi: 10.3103/S1068373913040067SWASH User Manual. SWASH version 7.01 / The SWASH team. Delft: Delft University of Technology, 2012. 144 p.SWASH User Manual. SWASH version 7.01 / The SWASH team. Delft: Delft University of Technology. 2012, 144 p.Базыкина А.Ю., Михайличенко С.Ю., Фомин В.В. Численное моделирование цунами в Черном море, вызванного землетрясением 12 сентября 1927 г. // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 4. С 318–328. doi: 10.22449/0233-7584-2018-4-318-328Bazykina A. Yu., Mikhailichenko S. Yu., Fomin V.V. Numerical simulation of tsunami in the Black Sea caused by the earthquake on September 12, 1927. Physical Oceanography. 2018, 25(4), 295–304. doi: 10.22449/1573-160X-2018-4-295-304Уломов В.И., Полякова Т.П., Шумилина Л.С., Чернышева Г.В., Медведева Н.С., Саваренская О.Е., Степанова М.В. Опыт картирования очагов землетрясений // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Москва: Институт физики Земли РАН, 1993. Вып. 1. С. 99–108.Ulomov V.I., Polyakova T.P., Shumilina L.S. et al. Experience in mapping earthquake foci. Seismichnost i seismicheskoe rayonirovanie Severnoy Evrazii. Moskva, Institut fiziki Zemli RAN. 1993, 1, 99–108 (in Russian).

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