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.
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.