基于数值模拟的我国地震海啸危险性分析研究

论文摘要

经济快速发展的中国沿海地区,可能面临着潜在海啸袭击的危险,我国的渤海、黄海发生近场海啸的可能性很小,但东海和南海却具备海啸产生的条件,历史上这两个区域也产生过海啸。因此构建我国海啸防灾减灾体系迫在眉睫,海啸的数值模拟研究、预警系统建立、沿海地区危险性分析工作必须尽快开展。美国、日本等国家已经开发了实用的海啸数值模式、建立了完善的海啸防灾减灾机制,对海啸危险性分析方法的研究也做了很多的工作,而我国目前在这些方面尚处于起步阶段。本文总结了全球海啸灾害及世界海啸分布,基于地理信息系统,给出了世界历史海啸分布图,分析了我国的历史海啸地震;通过对国内外海啸数值模拟方法的分析,确定了以有限差分法为本文数值模拟的方法;探讨了3中不同的初始位移场确定方法,开发了模拟海啸初始位移场的计算程序,并选用1960年智利海啸作为算例,用Coulomb软件验证所开发程序计算的准确性,判断其能否作为海啸初始垂直位移的计算工具。对越洋海啸,在同Boussinesq方程进行比较之后,选用线性浅水方程作为越洋海啸传播的控制方程,并基于有限差分法,运用Fortran语言开发越洋海啸的数值传播模式,选取1960年智利海啸和2004年苏门答腊海啸作为算例验证所开发模式的准确性。对近场海啸,采用有限差分法解近场海啸的控制方程—非线性浅水方程,运用Fortran语言开发近场海啸的数值传播模式,选取2006年12月26日发生在台湾南部海域的海啸作为算例验证所开发模式的准确性。并且采用此模式对琉球群岛附近海域的假想海啸进行数值模拟,分析它对中国东部沿海地区产生的影响。阐述我国进行海啸危险性分析工作的必要性和紧迫性,采用确定性分析方法,从沿岸海底坡度、爬坡时海岸线形状的角度,评估了我国沿海地区的地震海啸危险性程度,并借鉴我国成熟的地震危险性分析方法,给出概率性海啸危险性分析的定义及开展此工作的思路、方法。基于历史爬高记录,给出了我国珠江三角洲地区的海啸爬高超越概率和历史重现期。本文较全面地对海啸灾害进行了研究,开发的越洋及近场海啸数值传播模式、确定我国地震海啸危险性分析工作为构建我国海啸防灾减灾体系和进行海啸更深层次的研究提供了技术支持;为沿海地区进行海洋资源合理利用与开发、环境保护与治理、重大工程设施的布局与发展规划等提供了重要理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 海啸相关常识
• 1.2.1 海啸定义
• 1.2.2 海啸成因
• 1.2.3 海啸与风暴潮的区别
• 1.2.4 海啸产生条件
• 1.2.5 海啸类型
• 1.3 研究历史与现状
• 1.3.1 国内研究历史与现状
• 1.3.2 国外研究历史与现状
• 1.4 本文研究的主要思路及章节安排
• 第二章 地震海啸及其初始位移场计算
• 2.1 引言
• 2.2 全球灾害及分布
• 2.2.1 全球海啸灾害
• 2.2.2 世界海啸分布
• 2.2.3 历史数据统计
• 2.3 初始位移场计算
• 2.3.1 断层参数确定
• 2.3.2 计算方法选取
• 2.3.3 算例
• 2.4 小结
• 第三章 越洋海啸数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 控制方程
• 3.2.1 Boussinesq 方程
• 3.2.2 线性浅水方程
• 3.2.3 本文控制方程的选取
• 3.3 计算方法及条件
• 3.3.1 有限差分法
• 3.3.2 条件确定
• 3.4 算例
• 3.4.1 1960 年智利海啸
• 3.4.2 2004 年苏门答腊海啸
• 3.5 小结
• 第四章 近场海啸数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 非线性浅水方程
• 4.3 计算方法及其条件限制
• 4.3.1 计算方法
• 4.3.2 条件确定
• 4.3.3 计算区域的连续性
• 4.4 算例
• 4.4.1 2006 年12 月26 日台湾南部海域海啸
• 4.4.2 琉球群岛附近海域设想海啸
• 4.5 小结
• 第五章 我国地震海啸危险性分析
• 5.1 引言
• 5.2 必要性和迫切性
• 5.2.1 必要性
• 5.2.2 迫切性
• 5.3 确定性海啸危险性分析
• 5.3.1 划分我国附近海域潜在海啸源区
• 5.3.2 确定潜在海啸源
• 5.3.3 数值模拟
• 5.3.4 波高值归一化
• 5.3.5 结论
• 5.4 概率性海啸危险性分析
• 5.4.1 概率性海啸危险性分析定义
• 5.4.2 概率性海啸危险性分析方法
• 5.4.3 珠三角地区地震海啸危险性分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间主要参与的课题
• 攻读硕士期间发表的论文