Ученый НИИ ПММ создает математические модели погашения мощности цунами
21 Февраля 2019

Сотрудник НИИ ПММ ТГУ Константин Жильцов совместно с коллегами из Института прикладной механики РАН исследует особенности вихревого механизма подавления волн цунами подводными преградами. Ученые проводят многочисленные эксперименты в лабораторных условиях и строят математические модели, которые помогут подобрать оптимальную конструкцию и высоту барьера, необходимую для уменьшения разрушительной силы гигантских волн. Проект поддержан Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева.

Самое смертоносное цунами в современной истории случилось в 2004 году. Его спровоцировало землетрясение магнитудой более 9 баллов, произошедшее в Индийском океане 26 декабря. От цунами пострадали Индонезия, Шри-Ланка, Индия, Тайланд и другие страны. По разным данным погибло от 225 до 300 тысяч человек.

– Цунами – одно из наиболее губительных стихийных бедствий на планете, от которого человечество еще не научилось защищаться и которое пока не в полной мере умеет прогнозировать, – говорит научный сотрудник НИИ ПММ ТГУ Константин Жильцов. – Вдали от побережья волны цунами не представляют никакой опасности, т.к. там их высота меньше метра, но вблизи мелководья и в прибрежных бухтах высота волны может превысить 20 метров. И хотя при этом длина волны сокращается, её разрушительная энергия практически не изменяется.

Отдельные страны пытаются решить эту проблему за счет возведения в прибрежной зоне или на мелководье преград, которые возвышаются над уровнем моря на 10-15 метров. Но предугадать, насколько высокую волну спровоцирует землетрясение, произошедшее в море или далеко в океане, невозможно.

Например, в Японии высота волн цунами, возникшего в 2011 году в результате землетрясения в Тихом океане, достигала 15-19 метров. Чтобы полностью защититься от такой волны за счет полного её отражения, необходима преграда высотой 30-38 метров над уровнем моря. Безусловно, строительство таких барьеров – дело чрезвычайно затратное и практически нереальное.

– Чтобы избежать масштабных разрушений на побережье, вовсе не обязательно строить многометровую стену и останавливать цунами, – говорит Константин Жильцов. – Бывает важно не столько остановить волну, сколько максимально погасить ее энергию. Наши исследования показали, что кроме отраженной от преграды энергии, значительная часть энергии цунами (до 50%) может быть поглощена вихревыми потоками, которые образуются в момент, когда волна взаимодействует с преградой, имеющей оптимальную конструкцию. Физика этих процессов достаточно сложна.

моделирование2.png

Исследовать особенности распространения волн цунами и их взаимодействия с различными преградами помогают математические модели, построением которых занимается Константин Жильцов. Они же в сочетании с детальными компьютерными расчетами помогают узнать, какая часть энергии цунами уходит назад в океан, а какая поглощается в вихревых образованиях вблизи преград. Экспериментальная и теоретическая часть исследований проводится под руководством доктора технических наук, главного научного сотрудника ФГБУН Института прикладной механики РАН (ИПРИМ РАН) и сотрудника ТГУ Бориса Бошенятова. Эксперименты в специальной гидродинамической установке ИПРИМ РАН позволяют получить новые данные и подтвердить точность теоретических моделей и численных расчетов.

В перспективе наработки ученых в совокупности результатами исторических данных позволят подбирать оптимальные параметры, архитектуру и условия расположения подводных преград. Ученые планируют продолжить свои исследования – использовать более сложные математические модели для прогноза взаимодействия цунами с преградой и оценки остатка энергии волн, угрожающих суше.