Введение к работе
Актуальность темы. Усиление неблагоприятного воздействия природных явлений на развитие общества побудило ООН объявить 90-е годы "Международным десятилетием уменьшения опасности стихийных бедствий'''. Обеспечение экологической безопасности становится важнейшей проблемой. Среди класса морских катастрофических явлений повышенный интерес вызывают длинные гравитационные волны цунами. Многообразие причин, порождающих цунами, их дальнодействие при распространении в океане, серьезные последствия в результате воздействия на побережье выделяют этот феномен в разряд уникальных.
Цель изучения цунами, сформулированная в работах Е.Ф. Саварен-ского, развитая в трудах С.С. Войта, С.Л. Соловьева, А.С. Алексеева и Ю.И. Шокина, состоит в разработке оптимальных мер защиты от воздействия цунами и создания надежной системы предупреждения.
Одним пз основных инструментов при проведении исследований, связанных с решением задач прогноза цунамиопасности и цунамирайонирования. становится математическое моделирование цунами, принимающее форму вычислительного эксперимента. Формулировка и развитие концепции вычислительного эксперимента заложены в трудах академиков Н.Н. Яненко и А.А. Самарского.
Цель работы. Разработка моделей локального долгосрочного и оперативного прогноза цунамиопасности, эффективных методов детального цунамирайонирования на основе статистического анализа натурных данных п технологии вычислительного эксперимента, как одна из мер обеспечения экологической безопасности для развивающихся приморских районов России.
Основные задачи. Исследование проблемы эффективной защиты от цунами сводится к решению следующих задач:
оценке цунамиопасности на основе повторяемости высот и периодов пунами (долгосрочный прогноз цунами и цунамирайонирование);
оценке характеристик цунами в зоне защищаемого пункта с заданной заблаговременностью при тревоге дулами (оперативный прогноз).
Научная новизна работы.
-
Разработана и обоснована модель локального долгосрочного прогноза цунамиопасности и оценки риска цунами на основе теории экстремальных статистик. Построена обзорная двухпараметрическая схема цунамирайонирования тихоокеанского побережья России.
-
Разработана модель прогноза наката цунами на берег, выделен параметр подобия, имеющий физический смысл критерия обрушения. При условии необрушения волны получены формулы для оценки экстремальных подъема уровня воды и скорости наката.
-
Разработан способ оценки границ затопления побережья от цунами на основе морфологического анализа растительного покрова.
-
Разработана вычислительная методика детального цунамирайо-нирования. Получены новые оценки о цунамиопасности для побережья Курило-Камчатского региона и Приморья, пригодные при решении задач, связанных с проблемой обеспечения экологической безопасности.
о. Разработана и реализована концепция построения локальной системы для оперативного прогноза цунамиопасности средствами вычислительного эксперимента.
Методы исследования. Использовались теория экстремальных статистик и статистические методы анализа натурных и расчетных данных. Численное моделирование цунами осуществлялось в рамках теории мелкой воды, использовались различные приближения: линейное, нелинейное и нелинейно-дисперсионные - в зависимости от изменения параметров процесса.
Фактический материал. Анализировались материалы, содержащиеся в каталогах цунами, а также натурные данные, полученные автором в процессе полевых изысканий на побережье Курильских и Командорских островов, Камчатки, в Приморье и на Кубе.
Практическая ценность работы. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИВМ СО РАН по программе "Новые поколения вычислительной техники, математическое моделирование и информационные технологии", поддержана грантом РФФИ 98-05-65280. Работа проводилась также в соответствии с планами научно-исследовательских работ по Программе ГКНТ "Мировой океан", задание 14.02.Н "Разработать и внедрить методику наката цунами на берег и воздействия на сооружения, выполнить цунамирай-онирование тихоокеанского побережья", и по Программе 0.74.03., задание 02.П.Н "Разработать практические методы оперативного и долгосрочного прогноза пунами, вызываемых подводными землетрясениями и оползнями, и внедрить их в Единую службу цунами", и в рамках Программ ГКНТ и РАН: "Катастрофа" (проект N 238), "Безопасность" (Пост. N 1089 от 14.10.92), "Информатизация России" (проект N 13.9).
Разработанный метод прогноза цунами и результаты цунамирайони-рования побережья Кубы использовались для оценки границ затопления от цунами в районе АЭС "Олъгин".
Метод оценки границ затопления от цунами по морфологическим признакам защищен авторским свидетельством ( А.С. N 1142570 с приоритетом от 6 июня 1983 г., в соавт. с В.В. Ивановым).
Схема цунамирайонирования тихоокеанского побережья отмечена бронзовой медалью ВДНХ (соавт.: Ч.Н. Го, В.М. Кайстренко) н включе-
на в Геолого-Геофизический Атлас Курило-Камчатской островной системы в раздел "Цунами на тихоокеанском побережье" ( Л., 1987).
Разработанная методика оценки цунамиопасности, а также результаты расчетов и схемы цунамирайонирования побережья тихоокеанского региона использовались при составлении:
Рекомендаций к проекту главы ''Цунами и их воздействия на сооружения и берега" СНИП (Горький, Южно-Сахалинск, 1983);
Подраздела "Расчетные параметры цунами" раздела 7 "Воздействия цунами на соорулсения и берега" дополнения к СНИП П-57-82 (Горький, Южно-Сахалинск, 1983);
Руководства по расчету воздействия волн цунами на портовые сооружения. РД 31.33.07-86 (Союзморниипроект. - М., 1986).
Результаты расчетов и комплексы программ, связанные с решением прогностических задач в проблеме цунами, отмечены 1-м местом на конкурсе прикладных исследований СО РАН в 1989 г., научный руководитель исследований академик РАН Ю.И. Шокин.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных совещаниях Дальневосточной секции МСССС (ВладнвостокЛ982; Южно-Сахалинск, 1984; Петропавловск-Камчатский 1986), Всесоюзных совещаниях по проблеме цунами (Южно-Сахалинск, 1981; Новосибирск, 1982; Звенигород, 1983; Горький, 1984; Обнинск, 1985, 1988; Шушенское, 1986, 1987), Всесоюзных конференциях по волновой гидродинамике (Абакан, 1987; Ростов-на-Дону, 1990), II съезде советских океанологов (Ялта, 1982); III Республиканской конференции по прикладной гидромеханике (Киев, 1984), Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики" (Новосибирск, 1989), Региональном совещании Рабочей группы "Морские природные катастрофы" (Южно-Сахалинск, 1990), Всесоюзной конференции "Методы математического моделирования в задачах охраны природной среды и экологии" (Новосибирск, 1991), 27 Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), Международных симпозиумах по цунами (Гамбург, 1983; Сидней (Канада), 1985; Ванкувер, 1987; Новосибирск, 1989), Международном симпозиуме по глубоководным желобам (Южно-Сахалинск, 1987), III Международном симпозиуме по анализу сейсмичности и сейсмического риска (Чехословакия, 1985), Международной Рабочей группы "Процессы переноса в океане и лабораторное моделирование" (Москва, 1993), Международном совещании "Современные методы математического моделирования природных и техногенных катастроф" (Красноярск, 1997), Всероссийской конференции "Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций" (Красноярск, 1997), на семинарах ИМГиГ ДВО, ВЦК и ВЦ СО
РАН, ИО РАН, ИФЗ РАН, ГОИН и ДВНИИ Госкомгидромета, Красноярского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 18 работах.
Личный вклад автора состоит в разработке прогностических моделей, в подготовке и реализации вычислительных экспериментов по моделированию цунами, в обработке и интерпретации результатов исследований при решении прикладных задач.
Структура и обьем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, списка литературы, заключения и приложений. Содержит 196 страниц текста, включая 74 рисунка 12 таблиц и список литературы - 264 наименований.
Автор выражает благодарность и признательность членам Комиссии по цунами, участникам совместных исследований по проблеме цунами: Го Ч.Н.. Иванову В.В., Кайстренко В.М., Марчуку Ан.Г., Пелиновскому Е.Н., Федотовой З.И., Чубарову Л.Б. и академику Шокину Ю.И.
