海啸淹没范围的数值研究

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海啸通常是由一系列波动组成,海底地震、滑坡、火山爆发和陨石降落都能引发海啸。它和一般由风、海流引起的海洋波动不同,它的波长更长,运动速度更快。海啸的传播速度和水深有关系,水深越浅,速度越慢,但相应的波幅会增大。通常,3到6米的海啸波到达岸边就很具破坏力。据统计,目前已知的海啸波最高能达到40米以上。近十年来,全球海啸灾害频发,2004年发生的印度洋大海啸和2011年发生的日本大海啸都给当地造成了巨大灾难,引起了世界各国的重视。在这种背景下,做好海啸的研究工作显得尤为重要,特别是海啸灾害的评估工作,在海啸到来之前,能够了解海啸的危害程度,对防灾减灾工作意义重大。太平洋及其边缘海域是海啸灾害的高发区,平均1-2年就会发生一次海啸。我国位于太平洋西岸,既面临局地海啸危险,也受区域海啸和越洋海啸的影响。海啸影响的沿海地区是我国经济最发达的地区,半数以上的大中城市集中在沿海地区,海岸附近建有众多港口码头、核电站和石化等大型企业工程。如果发生大海啸,后果将非常严重。本文选取汕头市市区作为海啸淹没研究对象。通过收集整理汕头市周边环境和海底地震资料,分析可能引发海啸并影响汕头市沿海的地震源,并对震源所处的地质构造带进行研究,得出震源参数。然后根据震源参数,运用数值模型,对可能影响汕头市的海啸进行数值计算。由于数值计算所需要的高分辨率地形水深数据没有现成可用的,只能通过融合几种数据得到。对比目前几种常用的陆地高程和水深数据资料,从中选取分辨率较高,误差较小的数据。并用“908”专项近海调查所得到的水深数据修改校正近岸浅水区的水深数据。陆地高程数据部分由于受到测量技术的限制,陆海边界通常比较模糊,不准确,本文利用Landsat卫星影像资料对高程数据进行提取,解决了这个问题。利用GIS技术,融合多个数据文件。数值模型采用美国Cornell大学开发的COMCOT模式v1.7版本。COMCOT运用显式交错蛙跳有限差分格式求解浅水方程,能模拟海啸的传播和爬高。模型子区域可以在不同的坐标下(笛卡尔坐标或者球面坐标)选择线性浅水方程或者非线性浅水方程。模型还采用先进的多重网格嵌套技术,既保证了计算精度,也节省了计算时间。在数值计算开始之前,利用2011年日本大海啸事件对模型进行验证。模拟仙台到南相马一带沿岸的海啸淹没范围,并将模拟结果和2011年日本海啸灾害调查组的实测淹没范围比较,结果表明COMCOT模型能够较好的刻画该模拟地区的海啸淹没范围,在淹没高度上也与真实值相差不大。利用模型和得出的各震源参数,对汕头市近岸的海啸淹没进行数值计算,并考虑潮汐的影响,对比分析模拟结果。结果表明:汕头市市区确实存在较大的海啸淹没风险,最大的海啸威胁来自于马尼拉海沟的断层。加入潮汐的影响后,海啸波波幅没有多大变化,但海啸淹没范围增大了近一倍。最后,综合多次数值模拟结果,对比汕头市周边的地理环境。利用GIS技术绘制汕头市海啸淹没图。
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