Анализ последствий цунами в морских портах

Введение
Цунами являются одним из самых катастрофических природных явлений, приносящих огромные разрушения и уносящих большое количество человеческих жизней. Причины цунами могут быть разными: подводные землетрясения, подводные оползни, извержения вулкана. Есть даже случаи цунами в результате крупных оползней и оползней в море. Ученые из разных стран давно изучают физику возникновения и развития цунами и продолжают это делать.
Основное направление исследований связано со строительством краткосрочного прогноза землетрясений. В настоящее время традиционные методы краткосрочного прогнозирования цунами основаны только на сейсмологической информации (магнитуда землетрясения, время основного шока и расположение эпицентра). Магнитуда землетрясения, превышающая установленное пороговое значение, которое варьируется для разных зон цунами, обычно приводит к выдаче предупреждения о цунами. Научное значение и актуальность этой проблемы весьма высоки, кроме того, она имеет жизненно важное значение для большинства населения мира, проживающего в прибрежных районах. Как показывает история последних десятилетий, особенно событий 2004 и 2011 годов и последних лет, эффективность службы предупреждения о цунами далека от совершенства. Не предсказанные катастрофические цунами, плохая оценка энергии возникающих цунами, ложные тревожные объявления приводят к большим экономическим и социальным потерям.
Цунами (с японского - волна в порту) - очень длинная морская гравитационная волна, возникающая в результате движения вытянутых участков дна вверх или вниз при сильных подводных и прибрежных землетрясениях и, иногда, вследствие извержений вулкана и других тектонических процессов. В первом разделе рассмотрим причины цунами, механизм волнообразования, их различные характеристики. Необходимо знать признаки надвигающейся опасности. Эту необходимость продемонстрировала трагедия в Юго-Восточной Азии в 2004 году, когда погибли более 230 тысяч человек. человека. Многие туристы, которые не знали признаков надвигающегося цунами и правил поведения, могли бы спасти жизнь этим знанием. Цунами может привести к катастрофическим последствиям и огромному количеству человеческих жертв. Второй и третий разделы резюме посвящены признанию угрозы цунами и надлежащему реагированию на эту угрозу.
11 марта 2011 года волны цунами разрушили многие места в Японии. Точное число жертв пока не установлено, но все равно будет меньше, чем в менее развитых странах. Япония хорошо готова к сильным землетрясениям, но не цунами. И все же благодаря системе оповещения населения, ее обучению экстренному реагированию удалось избежать еще большего числа жертв. Это цунами также продемонстрировало опасность антропогенных катастроф после стихийных бедствий. Такие крупные и разрушительные цунами случаются не часто, но, как показывает опыт, ни развивающиеся, ни развитые страны не готовы столкнуться с таким мощным элементом.
Часто число жертв катастрофы может быть уменьшено за счет предварительной подготовки населения: обучения распознаванию признаков опасности, правильного поведения при обнаружении этих признаков. Несоблюдение элементарных правил поведения перед лицом неминуемой опасности унесло множество жизней в разных странах: в 2004 году в Юго-Восточной Азии, когда из-за сильного стока воды, люди просто не знали, что это признак надвигающейся опасности; Я был в Японии в 1983 году, когда, почувствовав землетрясение, люди не воспринимали его как признак возможного цунами и других. Каждый, кто живет или приезжает в регион цунами, должен знать простые правила, чтобы спасти жизнь себе и другим.

1.Физика цунами
1.1 Причины цунами

Наиболее распространенные причины цунами включают: подводные землетрясения, оползни, извержения вулканов. Давайте посмотрим на каждого из них более подробно.
Подводное землетрясение (приблизительно 85% всех цунами). Во время землетрясения вертикальное перемещение основания сформировано под водой: часть нижних сливов и повышения части. Водная поверхность начинает колебаться вертикально, пытаясь возвратиться к ее оригинальному уровню - среднему уровню моря - и производит серию волн. Не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Волна цунами (то есть, волна, производящая цунами), обычно является землетрясением с мелким центром. Проблема признания серьезности цунами землетрясения еще не была решена, и службы оповещения управляются величиной землетрясения. Самые сильные цунами происходят в зонах субдукции (место, где океанская корка погружается в мантию).
Оползни, сходящие с крутых склонов высоких гор, приводят к аномально высоким цунами. Так, «мировой рекорд» в высотах заплеска цунами за все время наблюдения – 524 м после схода оползня на Аляске в 1958 г. Такие события происходят довольно часто. Так, 17 октября 2015 г. произошло оползневое цунами с высотой около 200 м на Аляске, 17 июня 2017 г. – в Гренландии (высота 100 м). За этот же период два оползневых цунами случились в России: 1 сентября 2017 г. в Баксане, недалеко от нейтринной обсерватории (высота 1 м, один человек погиб), и в декабре 2018 г. на р. Бурея (Дальний Восток), когда высота заплеска достигла 90 м. К счастью, оползневые цунами достаточно локальны, и наиболее громадные из них проходят в необжитых местах. В докладе обсуждаются несколько нелинейных моделей оползневых цунами. Наиболее простой из них является модель оползня в виде твердого недеформируемого тела, играющего роль заданной внешней силы в уравнениях гидродинамики (см., например, [1, 2]). Динамика самого оползня тривиально описывается вторым законом Ньютона; правда, есть проблемы учета присоединенной массы и волнового сопротивления. Волновые задачи такого типа хорошо известны в теории корабельных волн на мелкой воде, все различия связаны только с размерами волн. Наиболее сильные эффекты возникают при резонансе, когда скорость движения оползня совпадает со скоростью длинных волн [3]. В этом случае применяют модели типа вынужденного уравнения Кортевега–де Вриза или уравнения Кадомцева–Петвиашвили. В частности, отметим последнюю опубликованную работу в этом направлении [4]. На практике, однако, оползень представляет собой сыпучую среду, размеры которой деформируются при его движении. Если предполагать, что распределение скорости течения материала оползня по его толщине однородно, то основные уравнения движения оползня описываются уравнениями Савадже–Хутера [5, 6]. В докладе описаны аналитические решения этих уравнений, а также приводятся другие подходы для описания цунами оползневого происхождения.
Извержения вулканов (приблизительно 5% всех цунами). С сильными вулканическими взрывами не только сформированы волны от взрыва. Однако во время извержения подводного вулкана, формирование сильного цунами едва возможно. Классический пример - извержение в Krakatoa (когда приблизительно 36 000 человек умерли от цунами). Но этот случай нельзя рассмотреть как доказательства цунами извержений вулканов, так как несколько соседних островов утонули в воде во время извержения вулкана.
В дополнение к вышеупомянутому есть другие возможные причины цунами: деятельность человека, падение большого небесного тела. Кроме того, есть так называемые метеорологические цунами. Давайте посмотрим на эти причины более подробно.
Деятельность человека. В нашем веке атомной энергии средство для сотрясения появилось в руках человека, ранее доступного только природе. В 1946 Соединенные Штаты начали подводный атомный взрыв с эквивалентом 20 тысяч тонн в морской лагуне 60 метров глубиной. Волна, которая образовалась на расстоянии 300 м от взрыва, повысилась до высоты 28,6 м и достигла 6,5 м на расстоянии 6,5 км от эпицентра. Но чтобы волна распространилась по большим расстояниям, необходимо переместить или поглотить определенный объем воды, и цунами от подводных полных побед и взрывов всегда местные по своей природе. Если несколько водородных бомб будут взорваны одновременно на дне океана вдоль какой-либо линии, то не будет никаких теоретических препятствий возникновению цунами, такие эксперименты были проведены, но не привели ни к каким значительным результатам по сравнению с более доступными типами оружия. В настоящее время любое подводное тестирование атомного оружия запрещено многими международными договорами.
Падение большого небесного тела может вызвать огромное цунами, потому что, имея огромную падающую скорость (десятки километров в секунду), у этих тел также есть огромная кинетическая энергия, и их масса может достигнуть миллиардов тонн. Эта энергия будет передана воде, которая приведет к волне.
Ветер может вызвать большие волны (до 20 м), но такие волны не цунами, поскольку они недолгие и не могут вызвать наводнение на берегу.
Согласно общей классификации волн цунами, они принадлежат длинным волнам. Их длина достигает нескольких сотен километров, амплитуда по глубокой части океана обычно - приблизительно один метр. Поэтому их трудно обнаружить от воздуха или от судна.
После достижения континентального шельфа волны цунами замедляют свое движение и свои увеличения высоты. Подход к цунами к берегу иногда сопровождается отливом, которому могут предшествовать краткосрочные колебания уровня воды маленькой амплитуды, названной