Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 423-436
Резонансные колебания в системе смежных бухт
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-423-436Аннотация
Цель. Целью работы является изучение резонансного отклика системы двух модельных бухт на начальное возмущение свободной поверхности, вызванное подвижкой дна моря, а также исследование взаимного влияния друг на друга смежных бухт.
Методы и результаты. В работе на основе численной гидродинамической модели ADCIRC, использующей метод конечных элементов, исследуется резонансный отклик системы двух смежных бухт (А и В) прямоугольной формы, имеющих размеры и глубину, характерные для Севастопольской и Карантинной бухт соответственно, на начальное возмущение свободной поверхности, вызванное подвижкой дна моря. Расчеты проведены при различных размерах области начального возмущения как для системы двух смежных бухт, так и для каждой бухты в отдельности. Для выявления резонансных периодов использовались периодограммы колебаний уровня свободной поверхности в контрольных точках внутри и за пределами бухт.
Выводы. В результате воздействия начального возмущения в бухте A генерируются четыре низшие моды собственных колебаний с периодами 45, 15, 9, 6 мин, а в бухте B – две низшие моды с периодами 12 и 4 мин. Полученные значения периодов удовлетворительно согласуются с аналитическими оценками. Наличие смежной бухты вызывает интенсификацию моды Гельмгольца в обеих бухтах. Внешнее возмущение с периодом 11,7 мин представляет потенциальную опасность для бухты B, так как в этом случае возникает резонанс с ее модой Гельмгольца. На основе аналитической зависимости между периодами инфрагравитационных волн и полученными по данным ретроспективного анализа волнения средними периодами ветровых волн в Севастопольском регионе выявлена теоретическая возможность генерации в обеих бухтах короткопериодных сейш инфрагравитационными волнами.
Список литературы
1. Numerical study of transient harbor resonance induced by solitary waves / J. Gao [et al.] // Pro-ceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2016. Vol. 230, iss. 1. P. 163–176. https://doi.org/10.1177/1475090214557845
2. Ковалев П. Д., Ковалев Д. П. Особенности сейшевых колебаний в заливах и бухтах Даль-него Востока: Приморья, Сахалина, Южных Курильских островов // Вестник Тамбовско-го университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, вып. 4–1. С. 1377–1382.
3. Моделирование длинных волн в Азовском море, вызываемых прохождением циклонов / В. Н. Еремеев [и др.] // Океанология. 2000. Т. 40, № 5. С. 658–665.
4. Доценко С. Ф., Миклашевская Н. А. Генерация сейш при перемещении барических обра-зований // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 6. С. 3–15.
5. Демышев С. Г., Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Анализ влияния постоянного ветра на ско-рость течений и сейшевые колебания уровня Азовского моря // Метеорология и гидро-логия. 2017. № 6. С. 46–54.
6. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Иванча Е. В. Численное моделирование сейш в Балаклав-ской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. Севасто-поль : МГИ, 2017. Вып. 3. С. 32–39.
7. Резонансные колебания в заливах и бухтах: натурные эксперименты и численное модели-рование / Г. В. Шевченко [и др.] // Труды Нижегородского государственного техническо-го университета им. Р. Е. Алексеева. 2010. № 1(80). С. 52–62.
8. Luettich R. A., Westerink J. J., Scheffner N. W. ADCIRC: An advanced three-dimensional circu-lation model for shelves, coasts, and estuaries. Report 1: Theory and methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL. Vicksburg, MS : U.S. Army Engineers Waterways Experiment Sta-tion, 1992. 137 p. URL: https://archive.org/details/DTIC_ADA261608 (date of access: 23.01.2019).
9. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Numerical Modeling of Water Exchange through the Kerch Strait for Various Types of the Atmospheric Impact. // Physical Oceanography. 2017. № 4. P. 79–89. doi:10.22449/1573-160X-2017-4-79-89
10. Численное моделирование распространения черноморских и азовоморских цунами через Керченский пролив / Л. И. Лобковский [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 111–122. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-111-122
11. Wells D. L., Coppersmith K. J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1994. Vol. 84, no. 4. P. 974–1002. https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/bssa/article-abstract/84/4/974/119792/new-empirical-relationships-among-magnitude?redirectedFrom=fulltext (date of access: 23.01.2019).
12. Манилюк Ю. В., Фомин В. В. Сейшевые колебания в частично замкнутом бассейне // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудниче-ства. 2017. № 3. С. 73–83.
13. Ковалев Д. П., Ковалев П. Д. Изучение особенностей генерации инфрагравитационных и краевых волн в прибрежной зоне по данным натурных экспериментов. Южно-Саха-линск : ИМГиГ ДВО РАН : АНОО ВО СахГТИ, 2018. 111 с.
14. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 423-436
Resonance Oscillations on the System of Adjacent Bays
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-423-436Abstract
Purpose. The paper is aimed at studying both resonance response of a system of two model bays to the initial disturbance of free surface induced by the sea bottom motion, and mutual influence of the adjacent bays.
Methods and Results. Based on the numerical hydrodynamic model ADCIRC including the method of finite elements, studied is the resonance response of two adjacent bays (A and B; rectangular form, certain dimensions and depths) similar to the Sevastopol and Karantinnaya bays, respectively, to the initial disturbance of free surface induced by the sea bottom motion. The calculations were carried out at different dimensions of the initial disturbance area both for the system of two adjacent bays and individually for each bay.
Conclusions. Initial disturbance generates in the bay A four lowest modes of eigen-oscillations with the periods 45, 15, 9 and 6 min., and in the bay B – two lowest modes with the periods 12 and 4 min. The obtained periods are in good agreement with the analytical estimates. Presence of the adjacent bay gives rise to intensification of the Helmholtz mode in each of them. External disturbance with the period 11.7 min. constitutes potential danger for the bay B since, in such a case, resonance with its Helmholtz mode occurs. The analytically obtained dependence between the periods of the infra-gravity waves and the average periods of the wind waves in the Sevastopol region (resulted from the retrospective analysis of waves) permitted to reveal theoretical possibility of generating short-period seiches by the infra-gravity waves in both bays.
References
1. Numerical study of transient harbor resonance induced by solitary waves / J. Gao [et al.] // Pro-ceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2016. Vol. 230, iss. 1. P. 163–176. https://doi.org/10.1177/1475090214557845
2. Kovalev P. D., Kovalev D. P. Osobennosti seishevykh kolebanii v zalivakh i bukhtakh Dal'-nego Vostoka: Primor'ya, Sakhalina, Yuzhnykh Kuril'skikh ostrovov // Vestnik Tambovsko-go universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2013. T. 18, vyp. 4–1. S. 1377–1382.
3. Modelirovanie dlinnykh voln v Azovskom more, vyzyvaemykh prokhozhdeniem tsiklonov / V. N. Eremeev [i dr.] // Okeanologiya. 2000. T. 40, № 5. S. 658–665.
4. Dotsenko S. F., Miklashevskaya N. A. Generatsiya seish pri peremeshchenii baricheskikh obra-zovanii // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2007. № 6. S. 3–15.
5. Demyshev S. G., Cherkesov L. V., Shul'ga T. Ya. Analiz vliyaniya postoyannogo vetra na sko-rost' techenii i seishevye kolebaniya urovnya Azovskogo morya // Meteorologiya i gidro-logiya. 2017. № 6. S. 46–54.
6. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Ivancha E. V. Chislennoe modelirovanie seish v Balaklav-skoi bukhte // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. Sevasto-pol' : MGI, 2017. Vyp. 3. S. 32–39.
7. Rezonansnye kolebaniya v zalivakh i bukhtakh: naturnye eksperimenty i chislennoe modeli-rovanie / G. V. Shevchenko [i dr.] // Trudy Nizhegorodskogo gosudarstvennogo tekhnichesko-go universiteta im. R. E. Alekseeva. 2010. № 1(80). S. 52–62.
8. Luettich R. A., Westerink J. J., Scheffner N. W. ADCIRC: An advanced three-dimensional circu-lation model for shelves, coasts, and estuaries. Report 1: Theory and methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL. Vicksburg, MS : U.S. Army Engineers Waterways Experiment Sta-tion, 1992. 137 p. URL: https://archive.org/details/DTIC_ADA261608 (date of access: 23.01.2019).
9. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Numerical Modeling of Water Exchange through the Kerch Strait for Various Types of the Atmospheric Impact. // Physical Oceanography. 2017. № 4. P. 79–89. doi:10.22449/1573-160X-2017-4-79-89
10. Chislennoe modelirovanie rasprostraneniya chernomorskikh i azovomorskikh tsunami cherez Kerchenskii proliv / L. I. Lobkovskii [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 2. S. 111–122. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-111-122
11. Wells D. L., Coppersmith K. J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1994. Vol. 84, no. 4. P. 974–1002. https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/bssa/article-abstract/84/4/974/119792/new-empirical-relationships-among-magnitude?redirectedFrom=fulltext (date of access: 23.01.2019).
12. Manilyuk Yu. V., Fomin V. V. Seishevye kolebaniya v chastichno zamknutom basseine // Ekologicheskii vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudniche-stva. 2017. № 3. S. 73–83.
13. Kovalev D. P., Kovalev P. D. Izuchenie osobennostei generatsii infragravitatsionnykh i kraevykh voln v pribrezhnoi zone po dannym naturnykh eksperimentov. Yuzhno-Sakha-linsk : IMGiG DVO RAN : ANOO VO SakhGTI, 2018. 111 s.
14. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
