Томичи создают математические модели борьбы с цунами

Сотрудник ТГУ с коллегами из Института прикладной механики РАН проводит эксперименты в лаборатории и строит математические модели, которые помогут подобрать оптимальную конструкцию и высоту барьера, необходимую для уменьшения разрушительной силы цунами.

Как отмечают в ТГУ, самое смертоносное цунами в современной истории случилось в 2004 году. Его спровоцировало землетрясение магнитудой более девяти баллов, произошедшее в Индийском океане 26 декабря. От цунами пострадали Индонезия, Шри-Ланка, Индия, Таиланд 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. Вдали от побережья волны цунами не представляют никакой опасности, так как 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, ее разрушительная энергия практически не изменяется», — рассказал научный сотрудник НИИ ПММ ТГУ Константин Жильцов.

По словам специалиста, 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 ее 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. 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», — говорит Константин Жильцов.

Как отметили в ТГУ, 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», — рассказали в вузе.

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 с 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», — рассказали в ТГУ.