Цунами и сгонно-нагонные явления

Цунами

Цунами - это так называемые длинные морские волны, возникающие, например, при перемещениях морского дна, являются примером вторичной сейсмической опасности в водной среде. Такая волна может образоваться и в результате попадания в океан некрупного астероида, диаметром около 100 м. В крупных озерах такие волны образуются при гигантских оползнях в чашу озера. Подавляющее число цунами образуется, все-таки, в морях и океанах при подводных землетрясениях.

В переводе с японского цунами означает «большая волна в гавани». В открытом море цунами, охватывают всю толщу воды, распространяются с большой скоростью и имеют незначительную высоту. При выходе на мелководный участок высота резко возрастает, а скорость, пропорциональная квадратному корню из глубины места, уменьшается. В результате крутизна цунами быстро увеличивается и появляется тенденция к обрушению, возникает предпосылка для формирования гидродинамического удара колоссальной мощности. При обрушении на берег потенциальная энергия цунами преобразуется в энергию гидродинамического удара, который и является основным поражающим фактором. Цунами может распространяться на значительную дистанцию в глубь территории, вызывая на ней кратковременное наводнение. Цунами может распространяться в виде нескольких отдельных волн, каждая из которых при выходе на берег наносит разрушения. Таким образом, цунами становится опасным явлением природы только при выходе на берег. Цунами изучает геофизика, сейсмология, океанология.

Принято все побережье океанов и открытых морей делить на зоны цунамиопасности. Основное место образования цунами - Тихий океан. Ведь именно Тихий океан опоясан Великим огненным кольцом, с которым связана основная масса землетрясений и вулканических извержений. Поэтому цунами, которые связаны с землетрясениями и вулканами, чаще всего совершают набеги на Тихоокеанское побережье. Цунами наблюдаются также в Атлантическом океане (побережье Чили), Средиземном море и в Индийском океане.

Первое цунами, о котором мы знаем из истории, уничтожило город Амнисос на Крите около 1400 г. до нашей эры. Считается, что гибель этой минойской цивилизации отразилась в легенде о гибели Атлантиды. В современную эпоху наиболее сильные цунами связаны с землетрясениями в Лиссабоне в 1755 г., Мессине в 1908 г., Токио в 1896 г. В последнем случае высота цунами достигала 35 м, погибло 27 тыс. человек, все прибрежные городки и деревни, растянувшиеся на 800 км, прекратили свое существование.

В России наиболее цунамиопасными являются побережья Камчатки и Курил. В ноябре 1952 г. здесь имело место самое разрушительное в истории страны цунами, вызванное землетрясением с магнитудой 8,25, охватившим более 700 км Тихоокеанского побережья. Три огромные волны высотой до 14-20 м, достигшие побережья Курил через 20-25 мин после землетрясения, обрушились на город Северо-Курильск на о. Парамушир. Город, располагавшийся на высотных отметках 10-15 м, был полностью уничтожен, погибло 11 тыс. человек. Было принято решение не восстанавливать город. Еще три раза цунами приводило к человеческим жертвам и экономическому ущербу (1958, 1963 и 1994 гг.). Повторяемость разрушительных цунами высотой 1-2 м на указанном побережье составляет 1 раз в 10 лет, а катастрофических цунами - 1 раз в 100-300 лет.

Прогноз цунами тесно связан с прогнозом землетрясений и наличием систем слежения за цунами. В Японии, Чили и на Гавайских островах (США) существуют специальные службы по предупреждению цунами, основанные на системе подводных датчиков давления воды, располагающихся на дне. Сигналы от этих датчиков через спутники поступают в специальные центры предупреждения цунами. В качестве защитных мер широко используются инженерные сооружения, гасящие энергию удара и не допускающие проникновения воды в глубь территории. Особенно широко такие сооружения используются в Японии.

Сгонно-нагонные явления

Сгонно-нагонные явлениями называются отклонения уровня моря под влиянием атмосферных процессов. При нагоне уровень моря повышается, а граница уреза воды перемещается в глубь территории, вызывая наводнение. Как указывалось ранее, катастрофический нагон в 1995 г. привел к затоплению г. Лагани, отстоящего от побережья Каспийского моря на 15 км. При сгоне уровень моря понижается, урез воды отступает, обнажая морское дно. Так, например, в районе порта Таганрог (Азовское море) отмечались случаи, когда при стонах вода отступала от береговой линии более чем на 3 мили (более 5 км).

Экономические ущербы могут возникать как при нагонах, так и при сгонах. Вместе с тем, наводнения, вызываемые нагонами, могут привести к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений на берегу, т.е. нагон принято рассматривать как более опасное явление, которое может принять катастрофический характер. Существуют различные типы сгонно-нагонных явлений, зависящие от механизма образования (ветровой, волновой), рельефа дна и прибрежной черты. Изучением сгонно-нагонных явлений занимается метеорология и океанология.

Поражающие факторы:

- повышение уровня воды и наводнения при нагонах;

- понижение уровня воды, обмеление акваторий и обнажение дна при сгонах;

- перестройка поля температуры морской воды в прибрежной полосе при сгонах.

Сильнейшим штормовым нагонам подвержено побережье Голландии, побережье США в районе Нью-Орлеана. Положение на указанных территориях усугубляется тем, что прибрежные территории располагаются ниже уровня моря и отделены от моря системами дамб. В случае их разрушения, прорыва, перелива через них, огромные, густонаселенные территории оказываются затопленными на длительное время. В 1953 г., в результате сильнейшего штормового нагона большая территория в юго-западной части Голландии была затоплена, многие прибрежные поселения были разрушены, пострадали сельскохозяйственные угодья, погибло около 2000 человек.

В России нагонные явления вызывают ежегодные наводнения в Санкт-Петербурге, на Азовском море, на Каспийском море, на Сахалине. В исключительных случаях, раз в несколько десятков лет, эти нагоны имеют катастрофический характер. На Черном море сгон воды летом в Ялте вызывает резкое уменьшение температуры воды у берега (с 24-26 °С до 9 °С). Это явление наносит экономический ущерб местному курортному бизнесу.

Прогноз сгонно-нагонных явлений представляет собой сложную задачу. Для каждого географического района, подверженного сгонно-нагонным явлениям, создаются и используются свои методы прогнозов.

Для защиты морских побережий, портов, городов от сгонно-нагонных явлений используются различные методы инженерной защиты. Известны случаи постройки уникальных инженерных объектов колоссальной стоимости. Примером является подвижное защитное сооружение в Мааслане, предназначенное для защиты крупнейшего порта в мире Роттердам от самых крупных штормовых нагонов, случающихся раз в 50 лет (рис. 3.13)

Рис. 3.13. "Маасланткеринг" защитное сооружение порта Роттердам

Грузооборот этого порта достигает 300 млн. т, т.е. около 1 млн. т в год. Каждые 5 мин этот порт покидает 1 судно, что составляет около 80 тыс. судов в год. Чтобы защитить такой интенсивный порт не подходят обычные защитные сооружения - шлюзы и дамбы с затворами. Шлюзы очень медленны, а затворы нельзя поднять на достаточную высоту для пропуска судов. В конце XX в. молодые инженеры разработали проект из двух подвижных барьеров, которые способны перекрывать при опасности морской вход в Роттердам.

Тела барьеров являются полыми, как корабли, поэтому они в нормальном положении плавают. После их установки, они затапливаются и отрезают порт от моря. После окончания нагона они осушаются и отводятся в исходное положение, открывая вход в порт. Моделирование в бассейне показало, что при закрытии барьеров они находятся в практически неуправляемом состоянии из-за течений под барьерами.

Сами барьеры при моделировании испытывали интенсивные вертикальные колебания, которые в перерасчете на натуру составляли до 10 м по высоте. Чтобы уменьшить такие колебания инженеры изменили конструкцию донной части барьеров и добились уменьшения таких колебаний. Это сооружение было построено в Мааслане, введено в эксплуатацию. Оно расположено в главном судоходном канале в порту Роттердам и обычно открыто.