Резонансные колебания в системе смежных бухт

Ю. В. Манилюк✉, Д. И. Лазоренко, В. В. Фомин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: uvmsev@yandex.ru

Аннотация

Цель. Целью работы является изучение резонансного отклика системы двух модельных бухт на начальное возмущение свободной поверхности, вызванное подвижкой дна моря, а также исследование взаимного влияния друг на друга смежных бухт.

Методы и результаты. В работе на основе численной гидродинамической модели ADCIRC, использующей метод конечных элементов, исследуется резонансный отклик системы двух смежных бухт (А и В) прямоугольной формы, имеющих размеры и глубину, характерные для Севастопольской и Карантинной бухт соответственно, на начальное возмущение свободной поверхности, вызванное подвижкой дна моря. Расчеты проведены при различных размерах области начального возмущения как для системы двух смежных бухт, так и для каждой бухты в отдельности. Для выявления резонансных периодов использовались периодограммы колебаний уровня свободной поверхности в контрольных точках внутри и за пределами бухт.

Выводы. В результате воздействия начального возмущения в бухте А генерируются четыре низшие моды собственных колебаний с периодами 45, 15, 9, 6 мин, а в бухте В – две низшие моды с периодами 12 и 4 мин. Полученные значения периодов удовлетворительно согласуются с аналитическими оценками. Наличие смежной бухты вызывает интенсификацию моды Гельмгольца в обеих бухтах. Внешнее возмущение с периодом 11,7 мин представляет потенциальную опасность для бухты В, так как в этом случае возникает резонанс с ее модой Гельмгольца. На основе аналитической зависимости между периодами инфрагравитационных волн и полученными по данным ретроспективного анализа волнения средними периодами ветровых волн в Севастопольском регионе выявлена теоретическая возможность генерации в обеих бухтах короткопериодных сейш инфрагравитационными волнами.

Ключевые слова

севастопольские бухты, сейши, резонансные колебания, инфрагравитационные волны, численное моделирование, модель ADCIRC

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания Морского гидрофизического института РАН (тема № 0827-2018-0004) при частичной поддержке РФФИ (проект № 18-05-80035).

Для цитирования

Манилюк Ю. В., Лазоренко Д. И., Фомин В. В. Резонансные колебания в системе смежных бухт // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 423–436. EDN NJQMMV. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-423-436

Manilyuk, Yu.V., Lazorenko, D.I. and Fomin, V.V., 2019. Resonance Oscillations in the System of Adjacent Bays. Physical Oceanography, 26(5), pp. 374-386. doi:10.22449/1573-160X-2019-5-374-386

DOI

10.22449/0233-7584-2019-5-423-436

Список литературы

  1. Numerical study of transient harbor resonance induced by solitary waves / J. Gao [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2016. Vol. 230, iss. 1. P. 163–176. https://doi.org/10.1177/1475090214557845
  2. Ковалев П. Д., Ковалев Д. П. Особенности сейшевых колебаний в заливах и бухтах Дальнего Востока: Приморья, Сахалина, Южных Курильских островов // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, вып. 4–1. С. 1377–1382.
  3. Моделирование длинных волн в Азовском море, вызываемых прохождением циклонов / В. Н. Еремеев [и др.] // Океанология. 2000. Т. 40, № 5. С. 658–665.
  4. Доценко С. Ф., Миклашевская Н. А. Генерация сейш при перемещении барических образований // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 6. С. 3–15.
  5. Демышев С. Г., Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Анализ влияния постоянного ветра на скорость течений и сейшевые колебания уровня Азовского моря // Метеорология и гидрология. 2017. № 6. С. 46–54.
  6. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Иванча Е. В. Численное моделирование сейш в Балаклавской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. Севастополь : МГИ, 2017. Вып. 3. С. 32–39.
  7. Резонансные колебания в заливах и бухтах: натурные эксперименты и численное моделирование / Г. В. Шевченко [и др.] // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. 2010. № 1(80). С. 52–62.
  8. Luettich R. A., Westerink J. J., Scheffner N. W. ADCIRC: An advanced three-dimensional circulation model for shelves, coasts, and estuaries. Report 1: Theory and methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL. Vicksburg, MS : U.S. Army Engineers Waterways Experiment Station, 1992. 137 p. URL: https://archive.org/details/DTIC_ADA261608 (date of access: 23.01.2019).
  9. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Numerical Modeling of Water Exchange through the Kerch Strait for Various Types of the Atmospheric Impact. // Physical Oceanography. 2017. № 4. P. 79–89. doi:10.22449/1573-160X-2017-4-79-89
  10. Численное моделирование распространения черноморских и азовоморских цунами через Керченский пролив / Л. И. Лобковский [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 111–122. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-111-122
  11. Wells D. L., Coppersmith K. J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1994. Vol. 84, no. 4. P. 974–1002. https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/bssa/article-abstract/84/4/974/119792/new-empirical-relationships-among-magnitude?redirectedFrom=fulltext (date of access: 23.01.2019).
  12. Манилюк Ю. В., Фомин В. В. Сейшевые колебания в частично замкнутом бассейне // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2017. № 3. С. 73–83.
  13. Ковалев Д. П., Ковалев П. Д. Изучение особенностей генерации инфрагравитационных и краевых волн в прибрежной зоне по данным натурных экспериментов. Южно-Сахалинск : ИМГиГ ДВО РАН : АНОО ВО СахГТИ, 2018. 111 с.
  14. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622

Скачать статью в PDF-формате