Проект 4.5.2.3. Разработка распределенных экспертных систем на основе ГИС и WEB-технологий для оценки риска от природных катастроф
(№ Гос. рег. 01.2007 07872)

Научный руководитель: д.ф.-м.н., Л.Б.Чубаров

В рамках запланированных работ определены подходы к моделированию наката катастрофических волн на отдельные фрагменты побережья. Вычислительные алгоритмы основаны на классических уравнениях мелкой воды. Завершен цикл исследований двумерных в плане задач наката волн на модельные акватории «India-1», «India-2», «India-3». Эти акватории построены на основе реальной батиметрии исследуемой акватории с использованием процедур сглаживания. Структура этих акваторий воспроизводит характерные особенности структуры реального дна, состоящие в наличии пологих монотонных фрагментов, подводных возвышенностей и прибрежных аномалий рельефа с некоторым увеличением глубины при выходе на сушу. Расчеты выполнялись с помощью двух независимых алгоритмов, первый из которых реализован на равномерной сетке и построен на базе схемы МакКормака. Второй алгоритм использует неравномерную адаптивную сетку, учитывающую особенности береговой линии и распределение глубин. На тестовых задачах удалось определить общие характеристики изучаемого волнового процесса, воспроизвести динамику уреза, сравнить расчетные мареограммы. При этом  определены также оптимальные и близкие к оптимальным параметры вычислительных алгоритмов, оценены вычислительные затраты.

В направлении развития специализированной экспертной системы создан вычислительный модуль, способный воспроизводить основные характеристики трансформации катастрофических волн при распространении их по океану вплоть до взаимодействия с берегом. Этот модуль обеспечивает достоверность результатов моделирования в соответствии с экспертным представлением, а также «абсолютную» устойчивость алгоритмов при расчетах на большие физические времена. Реализуемые модулем алгоритмы, основаны на классических уравнениях теории мелкой воды, записанных в традиционной декартовой системе координат, которые, тем не менее, за счет применения ряда специальных процедур учитывают эффекты сферичности Земли.

Выполнены тестовые расчеты трансформации длинных волн в модельных акваториях с использованием нелинейно-дисперсионных гидродинамических моделей.

Рис. 2.17. Моделирование движения линии уреза при накате катастрофической волны на берег. Вверху – рельеф дна модельной области «India-1». Внизу – движение линии уреза в различные моменты времени

Рис. 2.18. Распределение максимальных амплитуд волны цунами в акватории, прилегающей к п-ву Камчатка. Расчет выполнен с использованием Интегрированной экспертной системы средствами включенного в ее состав вычислительного модуля

Рис. 2.19. Трансформация волны в замкнутой акватории при взаимодействии с цилиндрическим островом. Сверху – схема расчетной области. Первый ряд – расчет по линейной модели мелкой воды, второй – по нелинейной, третий – по нелинейно-дисперсионной

СОДЕРЖАНИЕ