9107-93039

نشریه مهندسی دریــا سال سیزدهم/ شماره52/ بهار و تابستان 6931 )669-663(

یادداشت فنی
تولید، پیشروی و بالاروی امواج سونامی ناشی از زمین لغزش زيرسطحی

جلال مفیدی*، مريم راهبانی2 ، اکبر رشیدی ابراهیم حصاری3

دانشجوي دکتري فیزیک دریا، دانشگاه هرمزگان؛ jalal.mofidi@yahoo.com
استادیار گروه فیزیک دریا، دانشکده علوم جوي و اقیانوسی، دانشگاه هرمزگان؛ maryamrahbani@yahoo.com
استادیار گروه فیزیک دریا، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور؛ akbarrashidi@gmail.com

اطلاعات مقاله

چكيده

چكيده

در این مقاله مکانیزم تولید، پیشروی و بالاروی امواج سونامی ناشی از زمین لغزش زیرسطحی بهه وهور دو بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است .با استفاده از یک روش عددی کاملا لاگرانهيی م بتنهی بهر ارا وبدون شبکهبندی با نام روش هیدرودینامیک ارا هموار تهراکم ناپهذ یر، معهادلا نهاویر- اسهتوک کههمعادلا حاکم بر جریانا با سطح آزاد هستند بوسیله یک روش پیشبینی- تصحیح حل شدهاند. مقایسه پروفیل موج بدست آمده با دادههای آزمایشگاهی و خروجیههای مهدل عهددی Nasa-Vof حهاک ی از آن است که دامنه موج محاسبه شده توسط این روش اختلافی کمتر از 2 سانتیمتر با دادههها ی آزمایشهگاه ی در تمامی زمانها دارد و با دقت بالاتری نوسانا سطح آب و میزان بالاروی بهرو ی سهاحل را تها زمهان 9 ثانیه شبیهسازی میکند. تاریخچه مقاله:
تاریخ دریافت مقاله: 69/25/6932 تاریخ پذیرش مقاله: 59/29/6931

کلما کلیدی:
سونامی
زمین لغزش زیرسطحی مدلسازی عددی
هیدرودینامیک ارا هموار تراکم ناپذیر

1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

Generation, Propagation and Run-up of Tsunami Waves Crated by Submarine Landslide

Jalal Mofidi1*, Maryam Rahbani2, Akbar Rashidi Ebrahim Hesari3

Ph.D Candidate in Physical Oceanography, Hormozgan University, Bandar Abbas, Iran; jalal.mofidi@yahoo.com
Faculty of Marine Science and Technology, Hormozgan University, Bandar Abbas, Iran; maryamrahbani@yahoo.com
Faculty Member of Physical Oceanography, Tarbiat Modares University, Noor; akbarrashidi@gmail.com
ARTICLE INFO

ABSTRACT

ABSTRACT

Article History:
Received: 2 May. 2016
Accepted: 13 May. 2017
In this study generation, propagation and run-up of tsunami waves caused by submerged landslide are studied in two dimensions. The governing equations, Navier– Stokes equations, are solved in a Lagrangian form using a mesh-less numerical method by the name of Incompressible Smoothed particle hydrodynamics with a prediction–

Keywords:
Tsunami
Submarine Landslide
Numerical Modeling
Incompressible Smoothed Particle
– Hydrodynamics correction step. The Comparison of the result of this study with experimental data indicates that the deviations between the wave amplitudes are less than 5 cm for every different time steps and also, this model simulated run up and Water surface fluctuations more accurately against the Nasa-Vof until to 3 seconds.

669
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

زمینلغزش ایجاد شده بوسیله یک زلزله متوسط نیز میتواند عامهلایجاد سونامی بسیار مخرب باشد [6، 5 و 9].
خطر سونامی حاول از زمین لغهزش بهه مقیه اس، موقعیه ت، نهو وفرآین دهای آن بس تگی دارد. حت ی ی ک زمهین لغهزش کو ک زیرسطحی وقتی در منطقهه سهاحلی رخ مه یههد مه یتوانهد بسه یار خطرناک باشد. برای مثال سونامی ناشی از زمین لغزش سال 6331 در سواحل Finneidfjord نروژ [1] و همچنین سونامی ایجاد شده در س ال 6353 س واحل Grand Banks بوس یله زم ین لغ زش زیرسطحی با حجم کم در ناحیه ه سهاحل ی ایجهاد شهده و خسهارا زیادی را به سواحل مذکور وارد آورد [2].
حتی سواحلی که مصون از وقو سونامی ناشی از زلزلهه مهیباشهند ممکن است تحت تاثیر زمه ین لغهزش و سهونامی ناشه ی از آن قهراربگیرند، برای مثال در سواحل شمالی کشور با توجه به عمق کم آب در اکثر مناطق، عرض کم دریای خزر و عدم اتصال بهه اق یه انوسهها وقو سونامی ناشی از زلزله در آن غیر محتمل میباشد ولی با توجه به شیب بالای بستر در بخش جنهوب ی دریه ای خهزر احتمهال وقهو زمین لغهزش و سهونامی ناشه ی از آن، ایه ن سهواحل را نیه ز تهدیه د میکند.
سواحل جنوبی کشور در مجاور دریای عمان نیز با توجه به اتصال با اقیه انوس هنهد و همچنهین شه یب بسهتر و جهن خهاک، عهلاوهبرسونامی حاول از زلزله در معرض زمین لغزش و سونامی ناشه ی از آن قرار دارند. مطالعا اخیر نشان میدهد که با توجهه بهه فاوهلهزمانی بین زمین لرزه و امواج سونامی ایجاد شهده در بنهادر جنهوبشرقی ایران و مجاور آن در پاکستان در هنگام وقو سهونام ی سهال6312، زمین لغزش در منطقه شیب قاره عامل اولی سهونام ی ایه ن منطقه بوده است [1]. این سونامی دومین سهونام ی مخهرب بعهد ازسونامی سال 5221 در اقیانوس هند بهوده و در حهدود 1222 نفهرکشته در کشورهای هند، پاکستان، ایران و عمان برجای نهاده است [7].
661
با توجه به تعداد زیاد سونامیهای ناشی از زلزله، تولیه د و پیشهرو ی این امواج در هار دهه گذشته مورد مطالعا زیادی قهرار گرفتهه ومکانیزیمهای آن بخوبی درک شده است ولی علل و تهاث یرا امهواجسونامی ناشی از زمین لغزش زیرسهطح ی کمتهر مهورد توجهه قهرارگرفته و کمتر شناخته شده میباشد. مطالعا انجام شده در ارتباط با امواج سونامی ناشه ی از زمهین لغهزش را مهیتهوان بهه دو بخهشتحقیقا آزمایشگاهی و عددی تقسیمبندی کرد. در زمینه مطالعا آزمایش گاهی م یت وان ب ه کاره ای Iwasaki ،[8] Wiegel [3]، Heinrich [62] وWatts [5] اشاره کرد. در این تحقیقا حرکت توده ولب مستغرق در راستای سطح شیبدار منتهی به یک ناحیه با عمق یکنواخت و امواج سهطحی ناشهی از آن مهورد بررسهی قهرارگرفته است. در زمینهه مهدلسهازی عهددی ایهن پدیهده، نخسهتینرویکرد با ارائه معادلا خطی حاکم بر حرکهت امهواج آب هها ی کهمعمق توسط Raney و همکارانش [66] ارائه شد. این محققان یک م دل ع ددی ب ر اس اس ای ن مع ادلا توس عه داده و از آن ب رای شبیهسازی زمین لغزشی که در دریا ه Libby در ایهالا متحهدهرخ داده بود، استفاده کردند. نتایج این مدل در برخی نقهاط تبعیهتکلی از مشاهدا میدانی نشان میداد.
از روش I-SPH تا کنون برای مطالعهه و بررسهی مسهائل مختلفهی بهره گرفته شد که میتوان به مواردی از جمله شکسهت سهد [65]، پیشروی امواج تنها بروی شیب ملایم [69]، برخورد امهواج بها یهکسازه بلند [61] و بالاروی امواج بروی دک کشتی اشهاره کهرد[62].
همچنین در مطالعه امواج ناشی از زمین لغزش از این روش توسهط
De Girolamo و همکاران [61]، Panizo و Dalrymple [67]، Panizo و همکهههههههههههههاران [68]، Gallati و Braschi [63]، Monaghan و همکاران [52] و عطایی آشهتیانی و شهوبیری [56] استفاده شد.
مطالعه آزمایشگاهی Heinrich [62] در یه ک کانهال بهه طهول 52 متر، عرض 22/. متهر و عمهق 2/6 متهر در آزما یشهگاه به ینالملله ی هیدرولیک Chatou فرانسه انجام گرفت. در ایهن آزمایشها امهواجبوسیله یهک گهوه مثلثهی بهه ابعهاد 2/. متهر در 2/. متهر و وزن 612 کیلوگرم و گالی 5222 کیلوگرم بهر متهر مکعهب کهه روی سهطحشیبدار با زاویه 12 درجه بصور آزادانه میلغزد تولید شده اسهت.
برای مطالعه بالاروی امواج بروی سواحل یک سطح شیبدار ثانویه ه با شیب 62 درجه که محل تقاط آن با سهطح شهیبدار بعهد ی در فاوله یک متری از شرو کانال قرار دارد، در نظر گرفته شد. سهط ح بالایی توده لغزنده در حالت اولیه به وور موازی و 6 سانتیمتر در زیر سهطح سهاکن آب قهرار داده شهد. از نتهایج ایه ن مطالعهه بهرای وحتسنجی6 مدل عددی Nasa-Vof استفاده شد.
معادلا حهاکم بهر امهواج سهونامی ناشهی از زمهین لغهزش عمهدت اغیرخطی است و همچنین دامنه محاسباتی شهکلی غیهرهندسهی ومتغییر دارد، لذا استفاده از روشهای تحلیلی و روشهای اویلری با شبکهبندی ثابت برای مطالعهه ایهنگونهه از مسهائل بسهیار مشهکلمیباشد .روش SPH یهک روش کهاملا لاگرانهيی اسهت کهه در آناحتیاج به هیچ نو شبکهبندی نمیباشد. این روش برای اولهین بهاردر زمینه مسائل اختر فیزیکی به کهار گرفتهه شهد [59]. عهلاوه بهرمسائل اختر فیزیکی برای اولین بار Monaghan [51] از این روش برای تحلیل جریانهای بها سهطح آزاد اسهتفاده کهرد و نتهایج قابهل قبولی کسب کرد. به طور کلی دو نو روش SPH تا به حال معرفی شده است [52]. در نو اول به سیال از این دید نگریسته مهی شهودکهه ه سهه یالا واقعهه ی ماننهه د آب، تهه راکمپهه ذیر هسهه تند (C-SPH)4. در روش دوم SPH سیالا کاملا تراکمناپهذیر فهرضمیشوند و با اعمال این قید و بها یهک روش پهیش بینهی – تصهحیح معادلا ناویر- استوک حل میشوند [51].
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:04 +0330 on Monday October 30th 2017

هدف از این مطالعه شبیهسازی امواج سونامی ناشی از زمین لغهزشزیرسطحی با اسهتفاده از روشI-SPH و نشهان دادن توانهایی ایهنروش در مدلسازی طولانی مد پدیدهایی بها سهطح آزاد پیچیهدهمیباشد. در این مقاله مکانیزمهای تولید، پیشروی و بهالاروی امهواجسونامی ناشی از زمین لغزش زیرسطحی مورد مطالعهه قهرار گرفتههاست. جهت نیل به این اهداف در این مطالعه برای بررسی بهالار وی امواج بروی شیب ساحلی از یک شهیب ثانویهه بها زاویهه 15 درجههاستفاده شد. همچنین با توجه به برخهورد امهواج بها دیهواره سهمتراست، بازگشت و برهمنهی آن با امواج پیشرونده، دامنه امواج په از برهمنهی نسبت به دادهای آزمایشگاهی افزایش مییابد که جهت امک ان بررس ی پیش روی ام واج ت ا زم ان 9 ثانی ه، ط ول حو ه محاسباتی و تعداد ارا مساله نسبت بهه مطالعها قبلهی افهزایشیافته است .همچنین جهت بررسی وهحت عملکهرد و دقهت مهدل،خروجیها با دادههای آزمایشگاهی و نتایج حاوهل از مهدل عهددیNasa-Vof [62] در زمانهای مختلف مورد مقایسهه قهرار گرفتههاست.

2- روش کار
معهادلا نویراس توک و پیوس تگی معهادلا حهاکم ب ر پد ی ده میباشند که به وور معادلا دیفرانسیلی ایل بیان میشوند:
1 ddt.u 0 )6(
136698-302843

ddtu 1 P1 . g )5(

در این معادلا  گالی، بردار سرعت ،p فشهار، تنسهور تهنشبرشی ،شتاب ثقل و t زمان اسهت. محاسهبا در روشI-SPH در دو مرحله په یشبینه ی- تصهح یح انجهام مهیشهود [51]. در مرحلههپیشبینی میدان سرعت بدون در نظرگرفتن ترم گرادیه ان فشهار درمعادله مومنتم محاسبه میشود:

)9( u* (g

2u)t )1( *u* ut u 0 تفاو خواهد داشت. در مرحله دوم که مرحله تصحیح میباشد ترم فشار برای اعمال تراکمناپذیری در محاسبا استفاده
میشود.
u** 

1Pt1t )1(
)7( **ut1u**u **u تغییرا سرعت ارا در طهول مرحلهه تصهحیح مهیباشهد،
1Pt فشار ارا در زمهان 1t  و 1ut سهرعت ارا در زمهان
1t  است .با ترکیب معادلا )1( و) 6( معادله پوآسون فشهار بههدست میآید که میتوان با حل این معادله، فشار ارا سیال را بههدست آورد.
2908022873

 
100102972055



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

پاسخ دهید