Морской гидрофизический журнал. 2022; 38: 405-421
Численное моделирование проникновения волн цунами в Балаклавскую бухту
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-4-405-421Аннотация
Цель. На основе результатов численного моделирования исследовать процесс проникновения волн цунами из гипотетических очагов землетрясений в Балаклавскую бухту и провести цунамирайонирование береговой полосы бухты – цель данной работы.
Методы и результаты. Представлены результаты численного моделирования проникновения волн цунами в Балаклавскую бухту с последующим затоплением побережья. С помощью нелинейной модели длинных волн решалась задача об эволюции волн цунами в Черном море из трех гипотетических очагов землетрясений. Получены зависимости от времени колебаний уровня моря на входе в Балаклавскую бухту, они использовались в качестве краевых условий на жидкой границе расчетной области, для которой с помощью модели SWASH выполнялось численное моделирование распространения волн цунами в бухте с последующим накатом на берег.
Выводы. При распространении волн цунами в Балаклавской бухте формируются сейшевые колебания уровня моря с периодом ~ 8 мин, соответствующие моде Гельмгольца. Внутри бухты высоты цунами увеличиваются в 5–6 раз по сравнению с входом в расчетную область. Колебания уровня моря максимальны в вершине бухты, где его подъем достигает 1,4–1,5 м. Наибольшему затоплению подвержены восточные берега Балаклавской бухты и берега, примыкающие к ее вершине. Значения на суше уровня воды, отсчитываемого от уровня грунта, достигают 1,0–1,5 м, в вершине бухты 1,8 м. Максимальная протяженность горизонтального заплеска для восточного берега составляет 60 м, в вершине бухты 90 м.
Список литературы
1. Никонов А. А., Гусяков В. К., Флейфель Л. Д. Новый каталог цунами в Черном и Азовском морях в приложении к оценке цунамиопасности Российского побережья // Геология и геофизика. 2018. Т. 59, № 2. С. 240–255. doi:10.15372/GiG20180208
2. Доценко С. Ф. Численное моделирование цунами в Черном, Азовском и Каспийском морях как необходимый элемент региональных систем раннего предупреждения о цунами // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. Вып. 26, том 2. С. 287–300.
3. Доценко С. Ф., Иванов В. А. Природные катастрофы Азово-Черноморского региона. Севастополь : НПЦ ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010. 174 с.
4. Доценко С. Ф., Ингеров А. В. Характеристика волн цунами сейсмического происхождения в бассейне Черного моря по результатам численного моделирования // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 3. С. 25–34. URL: http://мгфж.рф/index.php/repository?id=186 (дата обращения: 29.06.2022).
5. Пелиновский Е. Н., Зайцев А. И. Оценка и картирование опасности цунами на Черноморском побережье Украины // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. 2011. № 3(90). С. 44–50. URL: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2011/03/044-050.pdf (дата обращения: 29.06.2022).
6. Анализ спектральных характеристик черноморских цунами / Р. Х. Мазова [и др.] // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. 2013. № 2(99). С. 52–66. URL: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2013/02/052-066.pdf (дата обращения: 29.06.2022).
7. Zaitsev A. I., Pelinovsky E. N. Forecasting of tsunami wave heights at the Russian coast of the Black Sea // Oceanology. 2011. Vol. 51. P. 907–915. https://doi.org/10.1134/S0001437011050225
8. Tsunamis in the Black Sea: Comparison of the historical, instrumental and numerical data / A. Yalciner [et al.] // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2004. Vol. 109, iss. C12. C12023. doi:10.1029/2003JC002113
9. Григораш З. К. Черноморские цунами 1927 года по мареографическим записям // Труды Морского гидрофизического института АН СССР. 1959. Т. XVII. С. 59–67.
10. Никонов А. А. Цунами на берегах Черного и Азовского морей // Физика Земли. 1997. № 1. С. 86–96. URL: http://neotec.ginras.ru/comrus/_nikonov-a-a-1997-cunami-na-beregahchernogo-i-azovskogo-morey.pdf (дата обращения: 30.06.2022).
11. Вознесенский А. В. Землетрясения 1927 г. в Крыму // Природа. 1927. № 12. С. 957–974. URL: https://priroda.ras.ru/djvu/1927-12.djvu (дата обращения: 30.06.2022).
12. Двойченко П. А. Черноморские землетрясения 1927 года в Крыму // Природа. 1928. № 6. С. 524–542. URL: http://neotec.ginras.ru/comrus/_dvoychenko-p-ya-1928-chernomorskiezemletryaseniya-1927-goda-v-nrymu.pdf (дата обращения: 30.06.2022).
13. Didenkulova I. Tsunami runup in narrow bays: the case of Samoa 2009 tsunami // Natural Hazards. 2013. Vol. 65. P. 1629–1636. https://doi.org/10.1007/s11069-012-0435-7
14. Доценко С. Ф., Базыкина А. Ю., Ингеров А. В. Особенности распространения волн типа цунами в прибрежной зоне Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. Вып. 2. С. 11–19. URL: http://ecologicalsafety.ru/repository/issues/2017/02/02/20170202.pdf (дата обращения: 30.06.2022).
15. Ковалев П. Д., Ковалев Д. П. Особенности сейшевых колебаний в заливах и бухтах Дальнего Востока: Приморья, Сахалина, южных Курильских островов // Вестник Тамбовского университета. Серия : Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, № 4. С. 1377–1382. URL: http://journals.tsutmb.ru/go/1810-0198/2013/4/1377-1382/ (дата обращения: 30.06.2022).
16. Курчатов И. В. Сейши в Черном и Азовском морях // Собрание научных трудов в 6 т. Москва : Наука, 2005. Т. 1. С 30–39. URL: http://elib.biblioatom.ru/text/kurchatov_sobranietrudov_t1_2005/go,30/ (дата обращения: 01.07.2022).
17. Результаты численного моделирования поверхностных и внутренних сейшевых колебаний в Черном море / В. Ф. Баклановская [и др.] // Метеорология и гидрология. 1986. № 6. С. 74–81.
18. Архипкин В. С., Иванов В. А., Николаенко Е. Г. Моделирование баротропных сейш в южных морях // Моделирование гидрофизических процессов и полей в замкнутых водоемах и морях. Москва : Наука, 1989. С. 104–117.
19. Сейши в Севастопольской бухте / Ю. Н. Горячкин [и др.] // Труды Украинского научноисследовательского гидрометеорологического института. 2002. Вып. 250. С. 342–353. URL: https://uhmi.org.ua/pub/np/250/29_Repetin.pdf (дата обращения: 01.07.2022).
20. Ковалев Д. П., Ковалев П. Д., Хузеева М. О. Сейши, вызываемые атмосферными возмущениями в диапазоне периодов метеоцунами, у побережья южной половины острова Сахалин // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 4. С. 437–450. doi:10.22449/0233-7584-2020-4-437-450
21. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Иванча Е. В. Численное моделирование сейш в Балаклавской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. Вып. 3. С. 32–39. URL: http://ecological-safety.ru/repository/issues/2017/03/04/20170304.pdf (дата обращения: 01.07.2022).
22. Базыкина А. Ю., Михайличенко С. Ю., Фомин В. В. Численное моделирование цунами в Черном море, вызванное землетрясением 12 сентября 1927 г. // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 4. С. 318–328. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-318-328
23. Опыт картирования очагов землетрясений / В. И. Уломов [и др.] // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Москва : Институт физики Земли РАН. 1993. Вып. 1. С. 99–108.
24. Куркин А. А. Нелинейная и нестационарная динамика длинных волн в прибрежной зоне. Н. Новгород : НГТУ, 2005. 329 с.
25. Winde H. P. Wave height from pressure measurements. Delft University of Technology, 2012. 49 p. URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3Ae3b07efd-1ce9-4fd1-b051-c794c72959ca (date of access: 01.07.2022).
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2022; 38: 405-421
Numerical Simulation of Tsunami Wave Propagation to the Balaklava Bay
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-4-405-421Abstract
Purpose. To investigate the process of tsunami wave propagation from the hypothetical earthquake foci to the Balaklava Bay, and to zone the tsunami impact upon the bay coastline based on the results of numerical modeling, are the purposes of the paper.
Methods and Results. The results of numerical simulation of the tsunami wave propagation to the Balaklava Bay with subsequent flooding of the coast are presented. The problem of the tsunami wave propagation from three hypothetical earthquake foci and their evolution in the Black Sea was solved using the nonlinear model of long waves. Time dependences of the sea level fluctuations at the entrance to the Balaklava Bay were obtained. They were applied as boundary conditions at the liquid boundary of the computational domain, where the SWASH model had been used to simulate numerically the tsunami wave propagation in the bay with their subsequent run-up to the coast.
Conclusions. Propagation of tsunami waves in the Balaklava Bay is accompanied by formation of the sea level seiche oscillations with a period ~ 8 min which correspond to the Helmholtz mode. Inside the bay, the tsunami heights increase by 5–6 times as compared to those at the entrance to the computational domain. The sea level fluctuations are maximal at the bay top, where its rise achieves 1.4– 1.5 m. The eastern coast of the Balaklava Bay and the one adjacent to its top are subject to the strongest flooding. The values of water level on land measured from the ground level, reach 1.0–1.5 m, and at the bay top – 1.8 m. At the eastern coast of the bay, the flooding maximum length constitutes 60 m, at its top – 90 m.
References
1. Nikonov A. A., Gusyakov V. K., Fleifel' L. D. Novyi katalog tsunami v Chernom i Azovskom moryakh v prilozhenii k otsenke tsunamiopasnosti Rossiiskogo poberezh'ya // Geologiya i geofizika. 2018. T. 59, № 2. S. 240–255. doi:10.15372/GiG20180208
2. Dotsenko S. F. Chislennoe modelirovanie tsunami v Chernom, Azovskom i Kaspiiskom moryakh kak neobkhodimyi element regional'nykh sistem rannego preduprezhdeniya o tsunami // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. 2012. Vyp. 26, tom 2. S. 287–300.
3. Dotsenko S. F., Ivanov V. A. Prirodnye katastrofy Azovo-Chernomorskogo regiona. Sevastopol' : NPTs EKOSI-Gidrofizika, 2010. 174 s.
4. Dotsenko S. F., Ingerov A. V. Kharakteristika voln tsunami seismicheskogo proiskhozhdeniya v basseine Chernogo morya po rezul'tatam chislennogo modelirovaniya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2013. № 3. S. 25–34. URL: http://mgfzh.rf/index.php/repository?id=186 (data obrashcheniya: 29.06.2022).
5. Pelinovskii E. N., Zaitsev A. I. Otsenka i kartirovanie opasnosti tsunami na Chernomorskom poberezh'e Ukrainy // Trudy Nizhegorodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. R. E. Alekseeva. 2011. № 3(90). S. 44–50. URL: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2011/03/044-050.pdf (data obrashcheniya: 29.06.2022).
6. Analiz spektral'nykh kharakteristik chernomorskikh tsunami / R. Kh. Mazova [i dr.] // Trudy Nizhegorodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. R. E. Alekseeva. 2013. № 2(99). S. 52–66. URL: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2013/02/052-066.pdf (data obrashcheniya: 29.06.2022).
7. Zaitsev A. I., Pelinovsky E. N. Forecasting of tsunami wave heights at the Russian coast of the Black Sea // Oceanology. 2011. Vol. 51. P. 907–915. https://doi.org/10.1134/S0001437011050225
8. Tsunamis in the Black Sea: Comparison of the historical, instrumental and numerical data / A. Yalciner [et al.] // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2004. Vol. 109, iss. C12. C12023. doi:10.1029/2003JC002113
9. Grigorash Z. K. Chernomorskie tsunami 1927 goda po mareograficheskim zapisyam // Trudy Morskogo gidrofizicheskogo instituta AN SSSR. 1959. T. XVII. S. 59–67.
10. Nikonov A. A. Tsunami na beregakh Chernogo i Azovskogo morei // Fizika Zemli. 1997. № 1. S. 86–96. URL: http://neotec.ginras.ru/comrus/_nikonov-a-a-1997-cunami-na-beregahchernogo-i-azovskogo-morey.pdf (data obrashcheniya: 30.06.2022).
11. Voznesenskii A. V. Zemletryaseniya 1927 g. v Krymu // Priroda. 1927. № 12. S. 957–974. URL: https://priroda.ras.ru/djvu/1927-12.djvu (data obrashcheniya: 30.06.2022).
12. Dvoichenko P. A. Chernomorskie zemletryaseniya 1927 goda v Krymu // Priroda. 1928. № 6. S. 524–542. URL: http://neotec.ginras.ru/comrus/_dvoychenko-p-ya-1928-chernomorskiezemletryaseniya-1927-goda-v-nrymu.pdf (data obrashcheniya: 30.06.2022).
13. Didenkulova I. Tsunami runup in narrow bays: the case of Samoa 2009 tsunami // Natural Hazards. 2013. Vol. 65. P. 1629–1636. https://doi.org/10.1007/s11069-012-0435-7
14. Dotsenko S. F., Bazykina A. Yu., Ingerov A. V. Osobennosti rasprostraneniya voln tipa tsunami v pribrezhnoi zone Chernogo morya // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2017. Vyp. 2. S. 11–19. URL: http://ecologicalsafety.ru/repository/issues/2017/02/02/20170202.pdf (data obrashcheniya: 30.06.2022).
15. Kovalev P. D., Kovalev D. P. Osobennosti seishevykh kolebanii v zalivakh i bukhtakh Dal'nego Vostoka: Primor'ya, Sakhalina, yuzhnykh Kuril'skikh ostrovov // Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya : Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2013. T. 18, № 4. S. 1377–1382. URL: http://journals.tsutmb.ru/go/1810-0198/2013/4/1377-1382/ (data obrashcheniya: 30.06.2022).
16. Kurchatov I. V. Seishi v Chernom i Azovskom moryakh // Sobranie nauchnykh trudov v 6 t. Moskva : Nauka, 2005. T. 1. S 30–39. URL: http://elib.biblioatom.ru/text/kurchatov_sobranietrudov_t1_2005/go,30/ (data obrashcheniya: 01.07.2022).
17. Rezul'taty chislennogo modelirovaniya poverkhnostnykh i vnutrennikh seishevykh kolebanii v Chernom more / V. F. Baklanovskaya [i dr.] // Meteorologiya i gidrologiya. 1986. № 6. S. 74–81.
18. Arkhipkin V. S., Ivanov V. A., Nikolaenko E. G. Modelirovanie barotropnykh seish v yuzhnykh moryakh // Modelirovanie gidrofizicheskikh protsessov i polei v zamknutykh vodoemakh i moryakh. Moskva : Nauka, 1989. S. 104–117.
19. Seishi v Sevastopol'skoi bukhte / Yu. N. Goryachkin [i dr.] // Trudy Ukrainskogo nauchnoissledovatel'skogo gidrometeorologicheskogo instituta. 2002. Vyp. 250. S. 342–353. URL: https://uhmi.org.ua/pub/np/250/29_Repetin.pdf (data obrashcheniya: 01.07.2022).
20. Kovalev D. P., Kovalev P. D., Khuzeeva M. O. Seishi, vyzyvaemye atmosfernymi vozmushcheniyami v diapazone periodov meteotsunami, u poberezh'ya yuzhnoi poloviny ostrova Sakhalin // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 4. S. 437–450. doi:10.22449/0233-7584-2020-4-437-450
21. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Ivancha E. V. Chislennoe modelirovanie seish v Balaklavskoi bukhte // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2017. Vyp. 3. S. 32–39. URL: http://ecological-safety.ru/repository/issues/2017/03/04/20170304.pdf (data obrashcheniya: 01.07.2022).
22. Bazykina A. Yu., Mikhailichenko S. Yu., Fomin V. V. Chislennoe modelirovanie tsunami v Chernom more, vyzvannoe zemletryaseniem 12 sentyabrya 1927 g. // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 4. S. 318–328. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-318-328
23. Opyt kartirovaniya ochagov zemletryasenii / V. I. Ulomov [i dr.] // Seismichnost' i seismicheskoe raionirovanie Severnoi Evrazii. Moskva : Institut fiziki Zemli RAN. 1993. Vyp. 1. S. 99–108.
24. Kurkin A. A. Nelineinaya i nestatsionarnaya dinamika dlinnykh voln v pribrezhnoi zone. N. Novgorod : NGTU, 2005. 329 s.
25. Winde H. P. Wave height from pressure measurements. Delft University of Technology, 2012. 49 p. URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3Ae3b07efd-1ce9-4fd1-b051-c794c72959ca (date of access: 01.07.2022).
