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地震海嘯危險性分析導論 版權信息
- ISBN:9787030729569
- 條形碼:9787030729569 ; 978-7-03-072956-9
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
地震海嘯危險性分析導論 本書特色
本書可供相關領域科研人員、管理工作者,高等院校相關專業研究生、高年級本科生參考。
地震海嘯危險性分析導論 內容簡介
本書內容涵蓋地震海嘯危險性分析原理、模型、方法和應用,包括:海嘯與海嘯災害的特征、全球地震海嘯源分布、全球海嘯災害概況;潛在地震海嘯源界定;地震活動性模型構建;地震海嘯生成模式;海嘯波傳播控制方程;地震海嘯數值模擬原理、模型、方法及應用案例;地震海嘯危險性分析和不確定性分析原理、方法及應用案例。 本書可供海洋科學、地球科學以及防災減災管理領域科研人員和高等學校師生參考。
地震海嘯危險性分析導論 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 海嘯與海嘯災害 1
1.1.1 海嘯 1
1.1.2 海嘯災害 1
1.2 全球海嘯災害概況 2
1.2.1 全球各大洋海嘯發生率 2
1.2.2 海嘯類別的劃分 2
1.2.3 歷史海嘯災害統計 3
1.3 中國沿海地區的歷史海嘯事件 7
第2章 潛在地震海嘯源 9
2.1 地震海嘯的生成條件和致災條件 9
2.1.1 地震海嘯的生成條件 9
2.1.2 地震海嘯的致災條件 11
2.2 潛在地震海嘯源界定 11
2.2.1 潛在震源的界定 11
2.2.2 潛在地震海嘯源的界定 13
2.2.3 俯沖帶地震與海嘯 13
2.3 全球地震海嘯源分布 15
2.3.1 全球三大地震帶與海嘯多發區 15
2.3.2 位于西北太平洋俯沖帶的潛在地震海嘯源 17
2.3.3 中國海及其鄰域的潛在地震海嘯源 18
第3章 地震海嘯生成模式 24
3.1 地震海嘯生成模式研究進展 24
3.2 彈性位錯模型 25
3.2.1 點源模型 25
3.2.2 有限矩形模型 28
3.3 地震海嘯生成模式 29
3.3.1 瞬態響應模式 29
3.3.2 潛在地震海嘯源參數的賦值 30
第4章 海嘯波傳播控制方程 33
4.1 海嘯傳播特征 33
4.1.1 海嘯的波速、波高和周期 33
4.1.2 海嘯波的能量分布 34
4.1.3 近岸區海嘯波的形狀 34
4.2 海水運動方程 34
4.2.1 動量方程 35
4.2.2 連續方程 37
4.2.3 海水運動方程的求解 39
4.3 海嘯波傳播動力學 40
4.3.1 常密度不可壓縮流體的數學描述 40
4.3.2 淺水長波控制方程及其邊界條件 46
4.4 海嘯傳播的非頻散淺水長波控制方程 50
4.4.1 用于深水區域的線性淺水方程 50
4.4.2 用于淺水區域的非線性淺水方程 51
4.4.3 頻散淺水理論的應用簡介 51
第5章 地震海嘯數值模擬 52
5.1 地震海嘯數值模擬研究 52
5.2 常用海嘯數值模型 54
5.2.1 MOST模型 54
5.2.2 GeoClaw模型 55
5.2.3 COMCOT模型 56
5.2.4 TUNAMI模型 57
5.2.5 CTSU模型 58
5.3 常用海嘯數值模型應用案例 59
5.3.1 MOST模型應用案例:2011年日本東北地區海嘯 59
5.3.2 GeoClaw模型應用案例:2010年智利大海嘯 63
5.3.3 COMCOT模型應用案例:2011年日本東北地區海嘯 67
5.3.4 TUNAMI模型應用案例:2010年智利大海嘯 72
5.3.5 CTSU模型應用案例:2014年智利海嘯 76
第6章 潛在地震海嘯源地震活動性模型 81
6.1 潛在地震海嘯源地震活動性分析 81
6.2 基于雙截斷的震級-頻度關系的地震活動模型 83
6.2.1 震級-頻度關系 83
6.2.2 雙截斷的震級-頻度關系 83
6.2.3 潛在震源區地震年平均發生率 84
6.3 地震活動性廣義極值模型 84
6.3.1 廣義極值分布 84
6.3.2 震級重現水平和震級上限的*大似然估計 87
6.4 地震活動性廣義帕累托模型 89
6.4.1 廣義帕累托分布 89
6.4.2 閾值選擇 90
6.4.3 震級重現水平和震級上限的*大似然估計 91
6.5 應用案例:琉球海溝俯沖帶震級上限和強震重現水平估計 93
6.5.1 琉球海溝俯沖帶及鄰域地形地貌、地震地質特征 93
6.5.2 基于廣義極值分布的強震危險性估計 94
6.5.3 結語 98
6.6 應用案例:馬尼拉海溝俯沖帶震級上限和強震重現水平估計 99
6.6.1 馬尼拉海溝俯沖帶地質構造及地震活動性 99
6.6.2 地震資料預處理 100
6.6.3 震級閾值的選取 100
6.6.4 構建地震活動性廣義帕累托模型 101
6.6.5 震級重現水平與震級上限估計 102
6.6.6 結語 103
第7章 地震海嘯危險性概率分析的原理與方法 104
7.1 地震海嘯危險性概率分析的興起與發展 104
7.2 海嘯危險性分析與地震危險性分析的比較 106
7.3 海嘯數值模擬和危險性分析的不確定性 107
7.3.1 不確定性的來源 107
7.3.2 不確定性的分類 108
7.4 地震海嘯危險性概率分析的技術路線 109
7.4.1 技術路線:潛在地震海嘯源參數取定值 109
7.4.2 技術路線:耦合潛在地震海嘯源參數不確定性效應 111
第8章 地震海嘯數值模型的不確定性和敏感性分析 115
8.1 不確定性分析和敏感性分析研究進展 115
8.2 不確定性分析和敏感性分析的方法 118
8.2.1 敏感性分析的定義與方法 118
8.2.2 兩種全域敏感性分析方法簡介 119
8.3 技術路線:一般模型的不確定性分析和敏感性分析 121
8.4 技術路線:地震海嘯數值模型的不確定性分析和敏感性分析 122
第9章 地震海嘯危險性概率分析案例 124
9.1 中國沿海近岸地區海嘯危險性分析研究 124
9.2 案例研究:潛在地震海嘯源參數選取定值 126
9.2.1 近岸特定場點的選取 126
9.2.2 潛在地震海嘯源的界定 127
9.2.3 潛在地震海嘯源參數賦值 127
9.2.4 地震海嘯數值模擬 130
9.2.5 近岸場點地震海嘯危險性分析 130
9.2.6 結論與討論 132
9.3 案例研究:耦合潛在地震海嘯源參數不確定性效應 133
9.3.1 潛在海嘯源參數不確定性分析及賦值 134
9.3.2 近岸場點地震海嘯危險性分析 137
9.3.3 結論與討論 144
第10章 不確定性分析:局域敏感性分析案例 146
10.1 研究內容與方法 146
10.2 模型驗證 147
10.3 場點選擇 148
10.4 地震海嘯數值模擬計算 148
10.5 敏感性分析 151
10.5.1 敏感性分析方法 151
10.5.2 敏感性分析結果 151
10.6 總結與討論 164
第11章 不確定性分析:全域敏感性分析案例 166
11.1 近岸特定場點和研究區域選取 166
11.2 界定潛在地震海嘯源區 167
11.3 地震海嘯源參數賦值及不確定性分析 167
11.3.1 潛在地震海嘯源參數的賦值 167
11.3.2 震級重現水平、震源深度、斷層面滑動角的不確定性分析 168
11.4 地震海嘯數值模擬 170
11.4.1模型選取和網格嵌套設置 170
11.4.2 海嘯數值模擬試驗 171
11.5 敏感性定性分析 173
11.5.1 定性分析 173
11.5.2 定性分析結論 175
11.6 敏感性定量分析 176
11.6.1 定量分析 176
11.6.2 定量分析結論 177
11.7 總結與討論 178
參考文獻 180
附錄A 敏感性分析的Morris方法 187
A.1 方法簡介 187
A.2 基本效應 187
A.3 敏感性分析指標 189
附錄B 基于輸出方差分解的敏感性分析方法 191
B.1 方法簡介 191
B.2 因子的優先級設置 191
B.3 固定因子設置 191
B.4 E-FAST方法原理 193
地震海嘯危險性分析導論 節選
第1章 緒論 本章簡要介紹海嘯和海嘯災害的特征、全球海嘯和海嘯災害概況,以及中國沿海地區歷史海嘯記錄。 1.1 海嘯與海嘯災害 1.1.1 海嘯 海嘯,指位于大洋和近海海域的水體,因受到突發的擾動而偏離了原來的平衡位置,又在重力的作用下趨于向原來的平衡位置恢復,所形成的由生成區向外傳播的一類波動。這里所說的突發的擾動被稱為海嘯成因。海嘯成因包括海底地震、海底滑坡、海底火山爆發、隕石和其他外來天體落入海洋。上述這些成因中,海底地震昀為常見,海底滑坡、海底火山爆發多見,隕石和其他外來天體落入海洋罕見。此外,大洋水體中的人為爆破達到一定的強度和規模,也可成為海嘯的成因。 海嘯的英文是“tsunami”,源自日語“津波”,其中的“nami”,日語原意指海浪;其中的“tsu”,日語原意指海灣、港口,“tsu”和“ nami”合起來,譯為“海灣中的浪”(wave in the harbor)。目前,英文科學文獻中廣為采用 tsunami一詞表示海嘯,通俗大眾傳媒有時也用以往曾流行過的其他說法,如用“ high tide wave”“seismic sea wave”“seaquake”表示,有時甚至用古代歐洲的說法“ zeebeben”或“ maremoto”表示。 規模大或較大的地震海嘯,多是由位于大洋和近海海域的俯沖帶淺震源地震引起海底突發變形,強烈地沖擊大洋和近海海域的水體產生的。 在大洋中傳播的海嘯,可以被視為一系列具有較長波長和較長周期的行波。當海嘯傳播至淺水區域和近岸低洼區域時,由于局地海底地形的影響,波形會變得陡峭,甚至出現激烈破碎。 1.1.2 海嘯災害 由于海嘯在大洋深水區域長距離傳播過程中損耗能量占比很小,所以達到一定規模的海嘯,能穿越寬闊的大洋和海域,傳至近岸區域,導致災害發生,甚至造成大量設施損毀和重大人員傷亡。 海嘯的致災因素主要有:①海水淹沒;②海浪對構筑物和建筑物的沖擊;③海水對海岸和近岸地區的沖刷和侵蝕。 當人們躲避不及而被困在洶涌的、充滿殘骸的海嘯波浪中時,溺水、身體撞擊或其他創傷會導致傷亡。強烈的海嘯所引發的洋流可以導致地基的侵蝕、橋梁和海堤的坍塌。海嘯波的沖擊力和拖曳作用,能移動甚至沖毀房屋,掀翻火車,摧毀框架結構建筑物和其他類型的建筑物。海水中隨波漂浮的碎片、船只、汽車和樹木,會像失控的拋射物一樣,撞向建筑物、碼頭和其他交通工具,造成損毀和破壞。即便是強度不大的海嘯,其所引起的巨浪也可能損毀港灣停泊的船只和港口設施。此外,由海嘯導致的石油泄漏或港口受損船舶燃燒、近海儲油和煉油設施破裂所引起的火災,可能造成比海嘯直接損失更大的間接損失。海嘯造成的污水和化學物質泄漏可能導致嚴重的環境污染,造成嚴重的次生災害。海嘯造成的通風設施、排放設施和儲存設施的損壞也有引發次生災害的危險。海嘯的襲擊可能會引起近岸核電設施的放射性物質泄漏,造成后果極為嚴重的環境污染(《海嘯手冊》,2013年,巴黎,聯合國教科文組織政府間海洋學委員會)。 1.2 全球海嘯災害概況 1.2.1 全球各大洋海嘯發生率 歷史上,全球各個大洋均有海嘯發生。根據美國國家地球物理數據中心( NGDC)的統計(《海嘯手冊》,2013年,巴黎,聯合國教科文組織政府間海洋學委員會;丁一匯和朱定真,2013),截至2005年底,歷史上有記載的海嘯事件,82%發生在太平洋,10%發生在地中海、黑海、紅海和東北大西洋,5%發生在加勒比海和西南大西洋,1%發生在印度洋,1%發生在東南大西洋;因為全球90%的海底大地震發生在環太平洋地震帶,所以太平洋沿岸是全球地震海嘯多發區。 1.2.2 海嘯類別的劃分 依照海嘯受襲地與海嘯源距離的遠近,或依據海嘯波由海嘯源傳至受襲地所需時間的長短,可將海嘯劃分為三個類別:①局地海嘯(local tsunami);②區域海嘯(regional tsunami);③越洋海嘯( teletsunami or distant tsunami)。 (1)局地海嘯:源自附近海嘯源的海嘯,受襲擊地區與海嘯源的距離在100km以內,海嘯波由海嘯源傳播至受襲擊地區所需時間小于1h。這類海嘯通常由地震引起,也可由海底滑坡或海底火山噴發引起。歷史上,90%的海嘯傷亡是局地海嘯造成的。 (2)區域海嘯:在特定地理區具有破壞性的海嘯,一般海嘯受襲擊距離海嘯源1000km以內,或海嘯從海嘯源傳播至受襲擊地區的時間在1~3h內。這類海嘯偶爾也會對該地區以外的地區造成非常有限的局部破壞和影響。 (3)越洋海嘯:來自較遠的海嘯源的海嘯,一般受海嘯襲擊地區與海嘯源的距離超過1000km,或海嘯傳播至受襲擊地區的時間超過3h。這類海嘯通常是昀初在海嘯源區附近造成大規模破壞的局地海嘯,然后海嘯繼續穿越整個海洋盆地,其能量足以對距離震源1000多千米的海岸造成額外的傷亡和破壞。歷史上所有的越洋海嘯都是大地震引起的,與區域海嘯相比,發生頻率較低,但危害更大。 大多數破壞性海嘯可歸類為局地性的或區域性的。許多與海嘯有關的人員傷亡和相當大的財產損失也來自這些海嘯。歷史上,90%的海嘯傷亡是局地海嘯和區域海嘯造成的。僅1975~2012年,全球就發生39次局地海嘯或區域海嘯,造成26萬人死亡,財產損失數十億美元;其中26個發生在太平洋及其鄰近海域(表1.1~表1.3,《海嘯手冊》,2013年,巴黎,聯合國教科文組織政府間海洋學委員會)。 1.2.3 歷史海嘯災害統計 若按海嘯成因考察,在歷史上發生的各類海嘯中,地震海嘯占比昀大,導致人員傷亡昀多,造成的損失昀嚴重。海嘯資料統計顯示,自20世紀末上溯2000年,有史料可查的海嘯1422次,其中地震海嘯達1171次,占總次數的82.3%;各類海嘯導致死亡總人數為462597人,其中死于地震海嘯的總計390929人,占死亡總人數的84.5%;如果將2004年的印度尼西亞蘇門答臘地震海嘯導致的約280000人死亡和失蹤人數統計在內,則至2004年底,地震海嘯導致死亡和失蹤的總人數增至近690000人,在各類海嘯中占比將增至90.6%(Dengler,2002)。 進入21世紀以來,全球已發生了兩次巨大的越洋地震海嘯,分別是2004年印度尼西亞蘇門答臘地震海嘯和2011年日本東北地區地震海嘯。這兩次大海嘯都造成了重大的人員傷亡和經濟損失以及難以消除的環境污染和破壞。 2004年12月26日,印度尼西亞蘇門答臘北部以西近海的海底發生 Mw9.1特大地震,這是自1889年人類**次用現代地震儀記錄到遠震信號以來,所記錄到的震級排行第三大地震。這次地震觸發了印度洋特大海嘯,海嘯波在一些近岸地區高達10m以上,其中的印度尼西亞班達亞齊海岸海嘯波高達24m,爬高達30m。這次特大海嘯襲擊了印度洋沿岸的印度尼西亞、斯里蘭卡、印度、泰國、孟加拉國、馬爾代夫、毛里求斯等10余個沿海國家或島國。海嘯襲擊過的地區,大量建筑物和基礎設施被毀。據地震海嘯發生不久后聯合國的不完全統計,即已有超過23萬人在這次特大地震及由其觸發的大海嘯災難中喪生或失蹤,1126900人頓失家園,受災國的經濟損失極其慘重、難以計數。這是全世界近200多年來造成死傷昀慘重的海嘯災害。 2011年3月11日,在日本東北部太平洋海域發生了 Mw9.0地震。此次地震為歷史上第五大地震,僅次于1960年智利瓦爾迪維亞9.5級地震、1964年美國阿拉斯加州威廉王子灣9.2級地震、1957年美國阿拉斯加州安德烈亞諾夫群島9.1級地震、2004年印度尼西亞蘇門答臘島外海域9.1級地震。此次地震引發的巨大海嘯對日本東北部巖手縣、宮城縣、福島縣等地造成毀滅性破壞。據日本警察廳統計,截至2012年3月10日已造成15270人死亡,8499人失蹤,數萬人受傷,約100000間房屋倒塌。此外,還使位于東京東北約225km的福島縣的福島**核電站發生放射性物質泄漏和氫氣爆炸,多人受到核輻射傷害,造成附近陸地和海洋的嚴重污染(陳運泰,2014)。 表1.1 1975年以來造成人員死亡的區域和局域海嘯 表1.2 導致死亡/失蹤人數超過2000人的區域和局地海嘯 表1.3 海嘯源距離超過1000km 的越洋海嘯造成的死亡
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