Динамические эффекты в придонном слое, индуцированные аномальными внутренними волнами

Экологические системы и приборы. 2014. № 1. С. 20–28.

Тюгин Д. Ю., Наумов А. А., Куркина О. Е., Куркин А. А., Пелиновский Е. Н.

Моделирование аномально больших внутренних волн, генерируемых бароклинным приливом, в настоящее время достаточно актуально вследствие возросшего количества морских платформ, установленных на шельфовых месторождениях нефти и газа. Высоты внутренних волн во многих районах Мирового океана могут достигать 100 м, и такие волны становятся действительно опасными. Все это указывает на необходимость исследования возможных динамических и катастрофических явлений, сопровождающих распространение внутренних волн большой амплитуды. В вычислительном плане анализ нестационарных волновых движений является весьма сложной задачей. Сейчас разработан и получил широкое применение численный код MIT, решающий полные уравнения гидродинамики с учетом реального рельефа дна, вращения Земли и турбулентных процессов. Однако, данная модель требует больших компьютерных ресурсов, оправданных для решения ряда практических задач океанологии. Тем не менее, даже такие полные модели пока еще не учитывают существующей на практике относительно стабильной фоновой горизонтально – неоднородной стратификации, которая характерна для реальных океанских условий. Именно поэтому в научных исследованиях и анализе новых явлений широко применяются асимптотические модели, основанные на уравнении Кортевега-де Вриза и его обобщениях. В данной работе применяются асимптотические модели для анализа двух наиболее важных эффектов в придонном слое, индуцированных внутренними волнами: изменения давления на дно и транспорта донных осадков. Перемещение донных осадков и размывы дна около опор хорошо известны для штормовых волн в прибрежной зоне. Специфика внутренних волн заключается в их большей длине (несколько км), так что такие волны всегда «достают» до дна даже далеко от берега и могут приводить к размывам опор нефтяных платформ в глубоководных районах. Особо опасны аномально большие волны, поскольку характеристики размывов пропорциональны кубу амплитуды внутренней волны. В нашей стране пока еще эффекты внутренних волн на устойчивость морских сооружений не регламентируются. Здесь необходима активная проработка этой проблемы в теоретическом плане и накопление данных об опасных внутренних волн в районах, где стоят нефтяные и газовые платформы.

Ключевые слова: внутренние волны, internal waves, bottom layer, baroclinic tide, nonuniform stratification, Korteweg–de Vries equation, придонный слой, бароклинный прилив, неоднородная стратификация, уравнение Кортевега – де Вриза

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА: Эффекты сильной нелинейности в динамике длинных внутренних волн в горизонтально-неоднородной среде (2013)