Взаимодействие волн цунами с откосными сооружениями
Аннотация
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.
Об авторах
В. В. Максимов
АО «Концерн «Океанприбор»
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
И. С. Нуднер
23 ГМПИ — филиал АО «31 ГПИСС»
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
В. В. Лебедев
23 ГМПИ — филиал АО «31 ГПИСС»
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
К. К. Семенов
23 ГМПИ — филиал АО «31 ГПИСС»
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
С. П. Кшевецкий
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
Россия
Россия
г. Калининград
А. А. Амосов
АО «Концерн «Океанприбор»
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
Список литературы
1. Стокер Дж. Дж. Волны на воде. Математическая теория и приложения. М.: ИЛ, 1959.
2. 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.
3. Алешков Ю. З. Полная модель распространения волн цунами // Исследования цунами. 1987. № 2. С. 113—122.
4. 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.
5. 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.
6. Лятхер В. М., Милитеев А. Н. Расчет наката длинных гравитационных волн на откос // Океанология. 1974. № 1. С. 37—43.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Манойлин С. В., Максимов В. В. Взаимодействие волн типа цунами с защитными сооружениями // Гидротехническое строительство. 1986. № 4. С. 32—34.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. Нуднер И. С., Максимов В. В. Воздействие волн цунами на морские гидротехнические сооружения // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 2. С. 45—56.
21. 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.
22. Manoilin S. V., Maksimov V. V. Interaction of tsunami type waves with protective structures // Hydrotechnical construction. 1986. V. 20, N. 4. P. 237—240.
23. Марчук Ан. Г., Чубаров Л. Б., Шокин Ю. И. Численное моделирование волн цунами. Новосибирск: Наука, 1983.
24. Федотова З. И. Обоснование численного метода для моделирования наката длинных волн на берег // Вычислительные технологии. 2002. Т. 7, № 5. С. 58—76.
25. 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.
26. Шокин Ю. И., Чубаров Л. Б., Марчук Ан. Г., Симонов К. В. Вычислительный эксперимент в проблеме цунами. Новосибирск: Наука, 1989.
27. 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.
28. Вольцингер Н. Е., Клеванный К. А., Пелиновский Е. Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
29. Диденкулова И. И. Моделирование наката длинных волн на плоский откос и анализ реальных событий. Дисс. … к.ф.-м.н. Нижний Новгород, 2006.
30. Пелиновский Е. Н. Нелинейная динамика волн цунами. Горький: изд-во ИПФ АН СССР, 1982.
31. Пелиновский Е. Н. Гидродинамика волн цунами. Нижний Новгород: изд-во ИПФ РАН, 1996. 276 с.
32. 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.
33. Pelinovsky E. Nonlinear hyperbolic equations and run-up of huge sea waves // Applicable Analysis. 1995. V. 57. P. 63—84.
34. Алешков Ю. З. Теория взаимодействия волн с преградами. Л.: изд-во ЛГУ, 1990.
35. Кульмач П. П., Филиппенок В. З. Воздействие цунами на морские гидротехнические сооружения. М.: Транспорт, 1984.
36. Левин Б. В., Носов М. А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: «Янус-К», 2005.
37. Carrier G. F., Greenspan H. P. Water waves of finite amplitude on a sloping beach // J. Fluid Mech. 1958. V. 4. P. 97—109.
38. 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.
39. 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.
40. 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.
41. Spielvogel L. Q. Single-wave run-up on sloping beaches // J. Fluid Mech. 1976. V. 74, N. 4. P. 685—694.
42. 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.
43. Pedersen G., Gjevik B. Run-up of solitary waves // J. Fluid Mech. 1983. V. 135. P. 283—290.
44. 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.
45. Synolakis C. E. The runup of solitary waves // J. Fluid Mech. 1987. V. 185. P. 523—545.
46. 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.
47. 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.
48. 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.
49. 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.
50. 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.
51. Maiti Sangita, Sen Debabrata. Computation of solitary waves during propagation and runup on a slope // Ocean Engineering. 1999. V. 26. P. 1063—1083.
52. 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.
53. 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.
54. Kanoglu U. Nonlinear evolution and runup-rundown of long waves over a sloping beach // J. Fluid Mech. 2004. V. 513. P. 363—372.
55. 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.
56. 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.
57. 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.
58. 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.
59. 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.
60. 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.
61. 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.
62. 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.
63. 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.
Рецензия
Для цитирования:
Максимов В.В., Нуднер И.С., Лебедев В.В., Семенов К.К., Кшевецкий С.П., Амосов А.А. Взаимодействие волн цунами с откосными сооружениями. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017;10(4):53-60.
For citation:
Maximov V.V., Nudner I.S., Lebedev V.V., Semenov K.K., Kshevetskii S.P., Amosov A.A. Interaction of tsunami waves with sloping structures. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2017;10(4):53-60. (In Russ.)
Просмотров:
69
Послать статью по эл. почте 