§5.6. Цунами.

На морском побережье наводнение может возникнуть в результате затопления прибрежной полосы цунами, а также поверхностными гравитационными волнами подводного ядерного взрыва.

Цунами образуются при извержениях подводных вулканов в океане и землетрясениях, когда происходит сдвиг вверх или вниз протяженных участков дна. Они наиболее характерны для бассейна Тихого океана. Считается, что места возникновения цунами находятся в районах из­вестных впадин, таких как Алеутская, Курило - Камчатская, Тускарора (у Японии), Филиппинская, Атакама (у берегов Чили и Перу) и др. Цунами представляют собой волну (или серию волн) очень большой длины, достигающей порядка нескольких десятков километров, иногда до 100 - 200 км, и сравнительно небольшой высоты от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Отмечались цунами и большей высоты. Так при извержении в 1883 году вулкана Кракатау образовались волны цунами высотой более 30 м. Профиль цунами приведен на рис. 40.

Рис. 40. Профиль цунами.

На этом рисунке обозначено: высота волны, - высота гребня, - глубина впадины, - длина волны.

Цунами распространяются на большие расстояния порядка нескольких тысяч километров. Волна в океане пологая.

Скорость распространения цунами определяется по формуле

(5.26)

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения, H₀ – глубина акватории, м, и может достигать до 300 м/с, то есть до 1000 км/час (при Н₀ ≈10000 м).

Цунами опасны у побережья. При уменьшении глубины акватории скорость распространения волны уменьшается; как следствие, уменьша­ется её длина и возрастает высота. При определении параметров волны на акватории переменной глубины (рис.11) все величины, рассчитывае­мые для точки с глубиной Н_*, обозначаются индексом ( * ), а соответст­вующие величины на глубоководной акватории глубиной Н₀ - индексом (0).

Рис. 41. Выход волны на мелководье.

Для определения высоты волны при ее выходе на мелководье, рассмот­рим по аналогии с [12] потенциальную энергию массы воды в гребне высотой единичной толщины. Если бы гребень имел пря­моугольную форму, изображенную на рис 41 пунктиром, то искомая энергия составляла бы значение

, (5.27)

где m – масса воды, - плотность воды, g – ускорение свободного падения. В реальных условиях гребень волны имеет форму, близкую к синусоидальной. Поэтому вместо соотношения (5.27) следует записать

, (5.28)

где величина . При перемещении волны с относительно глубо­кого места (где параметры гребня и ) на более мелкое, высота и длина гребня изменятся и составят и . Если при таком перемещении волны значение энергии не изменится, то имеет место соотношение

. (5.29)

Учитывая, что величина , где с – скорость распространения волны, T – ее период, H – глубина акватории, можно получить

(5.30)

Это соотношение известно как формула Эри- Грина [4].

Длина волны на мелководье

Пример. Волна цунами возникла в океане, где глубина 6250 м; параметры

волны: длина 50 км, высота 1.5 м. Определить длину и высоту

волны при ее выходе на мелководье, где глубина составляет 10 м. Решение. 1. По формуле (5.31) вычисляем длину волны

.

2. По формуле (5.30) находим высоту волны

.

С дальнейшим уменьшением глубины акватории, когда высота гребня волны становится примерно равной глубине Н_*, проис­ходит ее обрушение, то есть преобразование волны в стремительно движущийся поток высотой с крутым фронтом. Данную глубину обозначают , при этом . Если расстояние от этой точки до берега меньше , где - длина волны при , что нередко бывает в реальных условиях, то образовавшийся гидропоток движется к берегу, практически не меняя своей высоты. Вся эта бушующая масса воды врывается на берег и продвигается по нему, пока не достигнет высоты, которую имел поток при подходе к берегу, а нередко по инер­ции заплескивает и дальше [41].

Скорость потока м/c, при подходе к берегу оценивается по соотношению

, (5.32)

где коэффициент .

Высота , и массовая скорость воды , при движении по берегу пропорциональны

; ,

где - расстояние от уреза воды, - наибольшая дальность выкатыва­ния потока.

Наппример, при высоте потока h=10 м и уклоне берега i=0,001 дальность выкатывания потока L=9 км, при i=0,005 значение L=1,9 км, при i=0,01 значение L=1 км.

Опасность цунами увеличивается при входе волны в бухты, сужающиеся заливы. Высота цунами при этом дополнительно увеличивается [3].

, (5.34)

где - ширина бухты, залива на входе, - аналогичная ширина в заданном створе, а величины имеют тот же смысл, что и в формуле (5.30). И если у побережья высота цунами достигает не­редко 10 м, то в неблагоприятных по рельефу участках (клинообразных сужениях бухт с крутыми берегами) до 30 м [35,43].

К катастрофическим цунами XX века следует отнести цунами в районе о. Хонсю от подводного землетрясения 1933 г. Первые волны подошли к побережью примерно через полчаса после землетрясения. Периоды волн составляли в среднем 10 – 20 минут. На побережье волны достигали высоты 10 - 22 м. В одном из ущелий, по которому протекала река, высота подъёма уровня составила 28,7 м. Цунами распространились по акватории Тихого океана. Отразившись от берегов Америки, они верну­лись обратно, при этом за 47 часов дважды пересекли океан.

Волны цунами, возникшие при землетрясении в Чили 21 и 22 мая 1960 г, достигали высоты 20 м и произвели опустошительные разрушения на побережье Чили и на многих островах у побережья. На некоторых островах в живых не осталось ни одного человека [35].

В нашей стране действию цунами подвержено Дальневосточное побе­режье и особенно Камчатка и Курильские острова.

Теория горения и взрыва