Моделирование прибрежной гидродинамики, генерируемой оползнем
Аннотация
Для расчета прибрежной гидродинамики при оползне рассматривается краевая задача для уравнений двухслойной жидкости: вода - оползневый материал, в произвольной трехмерной области. Краевая задача формулируется в декартовых и в обобщенной постановке при переходе к криволинейным гранично-согласованным координатам. Существенным элементом оползневой динамики является учет негидростатической компоненты давления, определяемой решением нелинейно-дисперсионного уравнения Буссинеска. Численный метод преобразованной задачи использует разностную схему расщепления второго порядка точности при ограничении на шаг сетки, навязываемый только адвективной модой движения; метод включает модуль расчета осушения мелководной зоны. Приводятся результаты обширной серии численных экспериментов по расчету изменения физических и энергетических характеристик оползня при различных углах склона, а также результаты моделирования прибрежной волновой динамики, индуцированной оползнем и оценку влияния негидростатики. Верификация модели выполнена сравнением результатов расчета с лабораторным экспериментом для трех случаев: моделирование волны цунами у берегов Японии, прохождения волны над подводным препятствием и хода поверхностной волны, генерируемой оползнем. Как приложение модели приводится расчет хода гидродинамических характеристик, индуцированных аляскинским мегаоползнем (1958 г.).
Об авторах
Н. Е, Вольцингер
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П.Ширшова РАН
Россия
Россия
А. А. Андросов
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П.Ширшова РАН; Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенра
Германия
Германия
Бремерхафен
Список литературы
1. Pelinovsky E., Poplavsky A. Simplified model of tsunami generation by submarine landslides // Phys. Chem. Earth. 1996. V. 21. P. 13–17. doi:10.1016/S0079-1946(97)00003-7.
2. Jiang L., LeBlond P. H. The coupling of a submarine slide and the surface waves which it generates // J. Geophys. Res. 1992. V. 97(C8). P. 12,731–12,744. doi:10.1029/92JC00912.
3. Watts P., Grilli S. T., Kirby J. T., Fryer G. J., Tappin D. R. Landslide tsunami case studies using a Boussinesq model and a fully nonlinear tsunami generation model // Natural Hazards and Earth Syst. Sc. 2003. V. 3. P. 391–402.
4. Khakimzyanov G. S., Shokina N. Y. Numerical modelling of surface water waves arising due to a movement of the underwater landslide on an irregular bottom // Comput. Technol. 2010. V. 15. P. 105–119.
5. Chubarov L. B., Eletsky S. V., Fedotova Z. I., Khakimzyanov G. S. Simulation of surface waves generation by an underwater landslide // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2005. V. 20(5). P. 425–437.
6. Chubarov L. B., Khakimzyanov G. S., Shokina N. Yu. Numerical modelling of surface water waves arising due to movement of underwater landslide on irregular bottom slope // E. Krause et al. (Eds.): Comp. Science & High Perf. Computing IV, Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. V. 115. P. 75–91.
7. Beizel S. A., Chubarov L. B., Dutykh D., Khakimzyanov G. S., Shokina N. Yu. Simulation of surface waves generated by an underwater landslide in a bounded reservoir // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. VNU Science Press BV, 2012. V. 27(6). P. 539–558.
8. Диденкулова И., Пелиновский E., Родин A. Формирование экстремальных волн на мелкой воде с учетом обрушения // Фундам. прикл. гидрофиз. 2012. Т. 5, № 1. C. 89–98.
9. Gingold R. A., Monaghan J. J. Smoothed particle hydrodynamics: theory and applications to non-spherical stars // Mon. Not. R. Astr. Soc. 1977. V. 181. P. 375–389.
10. Panizzo A., Cuomo G., Dalrymple R. A. 3D-SPH simulation of landslide generated waves // Proc. 30th International Conference on Coastal Engineering. 2006.
11. Heinrich P. Nonlinear water-waves generated by submarine and aerial landslides // J. Waterw Port Coast Ocean Eng. 1992. V. 18(3). P. 249–266.
12. Quecedo M., Pastor M., Herreros M. I. Numerical modeling of impulse wave generated by fast landslides // Int. J. Numer. Methods Eng. 2004. V. 59. P. 1633–1656.
13. Abadie S., Morichon D., Grilli S., Glockner S. A three fluid model to simulate waves generated by subaerial landslides // Coastal Engineering. 2010. V. 57(9). P. 779–794.
14. Lynett P. and Liu P.F. A numerical study of the runup generated by three-dimensional landslides // J. Geophys. Res. 110(C03006) DOI 10.1029/2004JC002443.
15. Андросов А. А., Вольцингер Н. Е. Проливы Мирового Океана – общий подход к моделированию. СПб.: Наука, 2005. 188 с.
16. Gustafsson B., Sundström A. Incompletely parabolic problems in fluid dynamics // SIAM J. Appl. Math. 1978. V. 32, № 2. P. 343–357.
17. Thompson J. F., Wazsi Z.U.A., Mastin C. W. Numerical grid generation: foundation and application. North-Holl, 1985. 483 p.
18. Matsuyama M., Tanaka H. An experimental study of the highest runup height in the 1993 Hokkaido Nansei-oki earthquake tsunami // U.S. National Tsunami Hazard Mitigation Program Review and International Tsunami Symposium (ITS). Seattle, Washington 7–10 August 2001. U.S. National Tsunami Hazard Mitigation Program. V. 7(21). P. 879–889.
19. Beji S., Battjes J. A. Experimental investigation of wave propagation over a bar // Coastal Eng. 1993. V. 19. P. 151–162.
20. Heller V. Landslide generated impulse waves — Prediction of near field characteristics. PhD Thesis 17531, ETH Zurich, Zurich. 2007. (http://e-collection.ethbib.ethz.ch/view/eth:30012).
21. Fritz H. M., Hager W. H., Minor H.-E. Lituya Bay case: Rockslide impact and wave run-up // Sci. Tsunami Hazards. 2001. V. 19(1). P. 3–22.
22. Slingerland R. L., Voight B. Occurrences, properties and predictive models of landslide-generated impulse waves // Rockslides and Avalanches. 2, 317–397 (Ed. Voight B.) Developments in Geotechnical Engin. 14B. Elsevier, Amsterdam, 1979.
Рецензия
Для цитирования:
Вольцингер Н.Е., Андросов А.А. Моделирование прибрежной гидродинамики, генерируемой оползнем. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015;8(2):10-21.
For citation:
Voltzinger N.E., Androsov A.A. Modelling of coastal dynamics generated by landslide. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2015;8(2):10-21. (In Russ.)
Просмотров:
58
Послать статью по эл. почте 