CC BY
105
--------------------------------- © Л.И. Лобковский, Р.Х. Мазова,
Е.А. Колчина, 2009
УДК 551.465
Л.И. Лобковский, Р.Х. Мазова, Е.А. Колчина
МАКСИМАЛЬНЫЕ ВЫСОТЫ ВОЛН ЦУНАМИ НА СО ЧИНСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ ПРИ ВОЗМОЖНЫХ СИЛЬНЫХ ПОДВОДНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ
Проведено численное моделирование возможных сильных цунами от сейсмических очагов Черноморского бассейна в рамках клавишной модели очага. Cпектральный анализ полученных волновых характеристик позволяет выявить наиболее цунамиопасные участки российского побережья.
Ключевые слова: сейсмический источник, подводное землетрясение, цунами, численное моделирование.
Ж'Ж' исленное моделирование цунами (и т.о. оценка цуна-миопасности и сейсмической опасности) на российском побережье Черного моря, с учетом как его высокого промышленного потенциала (крупные порты, терминалы газо- и нефтепроводов, например, газопровод Россия-Турция («Голубой поток»)), так и существования здесь крупнейшей курортной зоны, и, особенно, проведение в 2014 г. Олимпийских игр в г. Сочи, является актуальной задачей [1, 2]. Хотя принято считать сейсмичность Кавказского (и Крымского) побережий весьма умеренной (см., напр., [1]), согласно карте максимальных сотрясений территории Северного Кавказа, черноморское побережье от Анапы до Сочи попадает в семибальную зону землетрясений, что обусловлено тектоникой региона, поскольку Черное море расположено в пограничной области взаимодействия Аравийской и Евразийской тектонических плит, в результате чего на северо-востоке черноморской впадины создаются значительные напряжения в земной коре, которые разряжаются в виде землетрясений в разломах прибрежной зоны [1].
Хорошо известно, что наиболее сейсмоактивная область Черноморской впадины - Туапсинский прогиб, к северо-восточным разломам которого приурочены все значительные локальные землетрясения до значений магнитуд землетрясений M < 7. Периодичность процессов землетрясений для региона Черного моря составляет 40-100 лет [1].
а) б)
Рис. 1. Положение очагов возможных землетрясений в районе г Сочи: а) пункты расположения мареографов; б) расположение условных очагов землетрясений
Рис. 2. Положения фронтов волн для трех моментов времени:
X = 1300 с, 1 = 1400 с, 1 = 1500 с, 1 = 1600 с
Рассматриваются очаги землетрясений на границе Туапсинского прогиба, где длительное время заметных сейсмических событий не наблюдалось [3-5]. В отличие от традиционной постановки, рассматриваются очаги, состоящие из нескольких блоков-клавиш с разновременным движением их с различными скоростями вверх или вниз относительно начального положения дна моря до сейсмического толчка (клавишная модель землетрясений). Моделирование процесса генерации и распространения волн цунами рассматривается в приближении теории мелкой воды [6-8]. Расчет идет до 10-м изобаты с условием полного отражения на границах расчетной области. Для моделирования использована батиметрия Черного моря с разрешением 1,5 км. Число узлов численной схемы равно 505х781= 394405. Моделирование проводилось с временным шагом в 1 с, с учетом на сходимость и устойчивость численной схемы (см. например [7, 8]). Рассматриваются ближайшие побережья к северо-западу и юго-востоку от г. Сочи (рис. 1, а), около которых на 10-м изобате для анализа волновых полей «выставлены» условные мареографы. Локализация очагов землетрясений дана на рис. 1, б.
Долгота
Рис. 3. Гистограмма распределения максимальных высот волн и максимального понижения уровня воды на 10-метровой изобате
В качестве характерного результата представлен случай очага с локализацией, близкой к историческому цунами, происшедшему 26.12.1939 г. с М=8. Рассматривается сильное землетрясение с магнитудой М=7.5, высота подъема воды над очагом землетрясения составляет Н=2,5 м. Очаг разбит на 3 блока, направление подвижек в очаге согласовано с направлениями взбросо-сбросовых движений при землетрясении 1939 г. Два крайних блока движутся вверх, средний блок - вниз (см. рис. 1, б). Подъем блоков осуществляется за 30 с и 60 с, соответственно, движение вниз за 90 с. Очевидно, что данный сейсмический источник является дальнеполевым и первый фронт цунами дойдет до побережья за примерно 22 мин (рис. 2). Хорошо видно, что первой ко всем рассматриваемым пунктам подойдет волна понижения, за ней следует гребень волны, высотой до 2 м, причем, в некоторых пунктах вода отойдет, а затем снова накатится на берег.
На рис. 3 хорошо видно, что на интервале 38,5 - 40,5 о в.д. волны достигают 2 м высоты во многих пунктах данного участках побережья. Средняя высота вертикального подъема воды по побережью 1,5 м, а величина отката 1,4 м.
Но для получения величин заплеска на берег, необходимо учесть геометрию береговой зоны от 10-м изобаты, как мористой, так и сухой части откоса.
Эти результаты, как и результаты расчета для других сценариев показывают, что как для ближнеполевых, так и для дальнеполевых цунами, при сильных землетрясениях, когда M > 7, но < 8,5 (такие землетрясения в акватории Черного моря нередки), побережье Черного моря в районе г.Сочи может подвергаться значительной опасности, т.к. 1,5-2 м волны на 10-м изобате, при выходе на берег еще могут увеличить свою высоту. И, хотя, скорость на сухом берегу таких волн не очень большая, однако разрушения и ущерб они могут принести значительный. Проведенный спектральный анализ волновых полей, полученных при генерации волн цунами кинематическим сейсмическим очагом, показал, что наиболее опасными являются 12-30 мин волны, причем энергия подошедшего сигнала к данному пункту и локализация эпицентра землетрясения не коррелированны.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 08-05-01027).
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соловьева О.Н., Доценко С.Ф., Кузин И.П., Левин Б.В. Цунами в Черном море: исторические события, сейсмические источники и закономерности распространения // Океанология Т.44, 679-685, 2004.
2. Гарагаш И.А., Лобковский Л.И. Геомеханическая оценка оползневых процессов и их мониторинг на склонах Черного моря связи с реализацией проекта «Голубой поток», VI Международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства океанологических исследований» Москва, 2000, Материалы конференции с. 5-15.
3. Левин Б.В., НосовМ.А. Физика цунами М.: Янус - К, 2005. - 360с.
4. Доценко С.Ф. Черноморские цунами // Изв.РАН. Физика атмосферы и океана. - 1994. - Т.30, №4. - С. 513-519.
5. Лобковский Л.И., Баранов Б.В. Клавишная модель сильных землетрясений в островных дугах и активных континентальных окраинах // Доклады АН СССР. 1984, Т.275, №4, С. 843-847.
6. Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А., Пелиновский Е.Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны, Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 272 с.
7. Sielecki, A., andM. Wurtele The numerical integration of the nonlinear shallow water equations with sloping boundaries, J.Comput. Phys., V.6, 219, 1970 doi:10.1016/0021- 9991(70)90022-7.
8. Марчук А.Г., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Численное моделирование волн цунами - Новосибирск: Наука, 1983. шгЛ
Lobkovsky L.I., Mazova R.Kh., Kolchina E.A
MAXIMUM TSUNAMI WAVE HEIGHTS ON SOCHI
CITY COAST AT POSSIBLE STRONG UNDERWATER
ARTHQUAKES
The numerical simulation of possible strong tsunami induced by seismic sources in Black Sea basin is performed in keyboard model of source. The wavelet analysis of calculated wave characteristics permits to determine the most tsunami-dangerous parts of Russian coast.
Key words: seismic source, ubderwater earthquake, tsunami, numerical simulation.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------
Лобковский Леопольд Исаевич - доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П, Ширшова РАН,
E-mail: llobkovsky@ocean.ru
Мазова Раиса Хаимовна - доктор физико-математических наук, профессор ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,
E-mail: raissamazova@yandex.ru
Колчина Елена Александровна - аспирантка НГТУ, ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, E-mail: kolchinaelena@yandex.ru
