Вычислительное моделирование может улучшить понимание учёными и специалистами по планированию природных катастроф на наших побережьях и даже внутри материка. В статье, опубликованной в International Journal of Mathematical Modelling and Numerical Optimisation, команда объясняет, как они использовали MATLAB для разработки модели, имитирующей движение воды в мелководных районах, вдоль береговых линий, в реках и водохранилищах.
Модель предлагает более чёткий и адаптируемый способ предвидеть последствия прорывов плотин и стихийных бедствий, таких как цунами и штормовые нагоны.
Низменные районы и острова становятся всё более уязвимыми к наводнениям и экстремальным погодным явлениям, что усугубляется изменением климата и ростом населения. Существующие системы раннего предупреждения в значительной степени полагаются на модели, которые могут имитировать поток воды с высокой точностью. Однако воспроизведение сложного поведения волн на мелководье проблематично. Новая модель призвана преодолеть эти проблемы с помощью гибкого, эффективного с точки зрения вычислений подхода.
Команда объясняет, что их модель использует уравнения мелкой воды — набор математических формул, полученных из принципов сохранения массы и импульса в гидродинамике. Эти уравнения описывают поведение воды, когда её глубина относительно мала по сравнению с длиной волны, что характерно для эстуариев, пойм и вблизи береговой линии. В таких условиях волны воды имеют тенденцию становиться круче и выше по мере замедления. Это может привести к мощным подъёмам воды, способным разрушить инфраструктуру и сообщества.
Для решения этих уравнений в исследовании использовался численный метод, известный как метод конечных разностей. Этот метод включает наложение сетки на область моделирования и расчёт того, как уровни воды и скорости потока изменяются со временем в каждой точке сетки. В результате получается динамическая симуляция, отражающая эволюцию волновых паттернов в различных условиях.
Модель обладает высокой гибкостью, что означает, что её можно адаптировать для различных областей моделирования и физических граничных условий, таких как рассеивание волновой энергии на береговой линии или её отражение морскими оборонительными сооружениями, портовыми стенами и другими твёрдыми структурами. Учёные могут таким образом моделировать различные сценарии из реальной жизни, от прорыва плотины до прихода цунами в гавань. Модель также может создавать анимированную визуализацию, чтобы исследователи и сотрудники экстренных служб могли увидеть, как могут развиваться события.
Предоставлено Inderscience