众所周知，海啸具有非常强的破坏性，而且移动速度极快。有些海啸的移动速度可高达 800 公里/小时! 当海洋或湖泊等水体中大量的水发生移动，引起一系列巨型波浪时，就会发生这种自然灾害。今天的博文，我们将对引发海啸的基准模型进行讨论，该模型使用了 COMSOL Multiphysics® 软件的浅水方程、时域显式 接口进行建模分析。
1993 年北海道地震
1993 年 7 月，日本海发生了里氏 7.8 级地震。据了解，7.0 ~7.9 级的地震每年都会在日本发生 10 到 20 次，这会对一些设计不佳以及设计良好的结构都造成严重破坏。1993 年在日本第二大岛和最北端的北海道岛西南 55 公里处，以及奥尻岛以北 75 公里处发生了一场地震，被称为北海道地震。
注：自 1900 年以来，日本经历了100 次 7.0 级及以上的地震。日本有记录的最大地震发生在2011 年，这次地震被称为2011 年东北地震，震级为 9.0，对世界各地都造成了一定程度的影响。
北海道地图。图片已通过Wikimedia Commons获得GNU 自由文档许可。
1993 年的北海道地震引发了几次海啸，对北海道和奥尻岛都造成了广泛的破坏，尤其是后者。此外，俄罗斯东南沿海和韩国东海岸都面临着海啸的冲击。
最终，这场自然灾害导致数百人死亡，数百所房屋被毁，财产损失约 6 亿美元，其中大部分破坏是由海啸造成的。
是什么让海啸具有如此强大的破坏性？海啸在运动时的波浪达能到巨大的高度，曾经一个海啸的高度记录为 32米，大约是电线杆高的 3 倍！在奥尻西海岸的摩奈村附近的一个小沟壑中发现了该海啸的最大高度标记。
今天，我们将通过对一个已经建好的基准模型进行讨论，在实验尺度上分析海啸的蔓延……
通过仿真分析海啸波和爬升
位于日本阿比科的中央电力工业研究所的研究人员利用数值仿真和物理实验，在一个大型实验槽（长 205 米，深 6 米， 宽 3.4 米）中再现了一个与1993 年北海道地震期间产生的极端海啸上升高度成比例的实验模型。该实验模型的水深（海洋和湖泊的深度测量）是莫奈山谷实际水深的 1/400。
海啸爬升至一个复杂的 3D 海滩，莫奈山谷基准模型。
上图显示了莫奈山谷基准模型中海啸爬升到一个复杂的 3D 海滩。它是基于 CREIPI 的实验室原型建立的，模拟了 CREIPI 实验水池的一个小矩形区域，长 5.445 米，宽 3.402 米。与 CREIPI 水池一样，我们向模拟的水箱充满静水，并在其一个边界处施加已知的入射波。
模型中包含三个 域点探针，用于跟踪三个点的水位演变：
- x = 4.52 米，y = 1.196 米
- x = 4.52 米，y = 1.696 米
- x = 4.52 米，y = 2.196 米
注意：模拟中广泛使用了浅水方程，时域显式 接口。借助此功能，您可以使用深度平均公式来求解 1D 和 2D 域中的自由表面流，并根据数字高程模型轻松定义模型中的底部地形。
接下来，我们来看基准模型的一些有趣结果。点击此处下载：”海啸冲上莫奈山谷海滩的复杂三维模型“，您可以看到构建此模型的所有分步说明。
基准测试结果
总的来说，施加的波浪使模型中的海岸线来回移动，在这个过程中水完全覆盖了区域中间的小岛。
模拟实验期间海啸上升的动画。
下图显示了入射波的底部高度和轮廓。
入射波的底部地形（左）和分布（右）。
在下面的图中，您可以查看三个域点的计算水位。由于底部地形的不规则性，波浪在不同时间到达这些点。这些结果与现有文献中的实验和模拟结果非常吻合（参见教学模型文档中的参考文献 3）。
美国国家海洋和大气管理局(NOAA) 建议在研究海啸波时使用此类基准模型。
尝试自己动手建模
文中我们直接展示了仿真结果，您可以单击下面的按钮进入 COMSOL 案例库，了解如何构建海啸冲上莫奈山谷海滩的复杂 3D 模型：
延伸阅读
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