Большинство существующих исследований нагрузок, вызванных огромными волнами, сосредоточены на условиях чистых цунами, возникающих далеко от побережья. А гидродинамические эффекты взвешенных отложений остаются недостаточно изученными, особенно в отношении характеристик волн и связанных с ними структурных воздействий. Так называемые «чёрные цунами» характеризуются длительным взвешиванием мелкодисперсных отложений, что приводит к увеличению плотности и вязкости ударных нагрузок. Это явление особенно распространено в заливах и портовых районах, где сложная гидродинамика усугубляет угрозы для критически важной инфраструктуры и прибрежных населённых пунктов.
За последние пять десятилетий численное моделирование стало незаменимым инструментом для исследования динамики подводных землетрясений и прогнозирования их воздействия на портовые регионы. Точная оценка высоты волн, глубины потока и масштабов затопления имеет важное значение для оценки опасности цунами и планирования портовой деятельности. Тем не менее, многие из разрабатываемых решений сопряжены с высокими вычислительными затратами дата-центров и не имеют встроенной поддержки полностью интегрированных взаимодействий жидкости и конструкции или переноса наносов, которые обычно требуют внешнего сопряжения и сложных конфигураций.
Ранние разрабатываемые модели прогнозирования предполагали постоянную плотность потока цунами в 1030 кг/м независимо от наличия наносов. Новая трёхмерная сопряжённая модель взаимодействия жидкости, конструкции, наносов и морского дна, объединяет гидродинамику свободной поверхности, динамические структурные реакции, перенос наносов и морфодинамику морского дна в рамках полностью интегрированной вычислительной системы в масштабе прототипа. Но более высокая плотность уменьшает высоту подъёма, увеличивает отложение и усиливает горизонтальные силы, действующие на конструкции. Взвешенные наносы изменяют свойства жидкости и усиливают устойчивое волновое давление, оказываемое насыщенными придонными взвесями, что превышает обычные прогнозы.
Поскольку универсального порогового значения концентрации наносов в потоках цунами не существует, начальные концентрации до 15% считаются экстремальными полевыми сценариями. Основываясь на двухмерных данных о том, что глубина и скорость затопления варьируются в зависимости от расположения сооружений на берегу, трёхмерная модель сосредотачивается на оценке горизонтальной суммарной волновой силы, которая определяется, как вертикальное интегрирование давления, действующего на каждое сооружение. В условиях непрерывной волны, увеличение вязкости препятствует движению потока вперед инициируя процесс затухания, что приводит к снижению локального уровня воды и уменьшению максимальной ударной силы волны. Другими словами, при низкой и средней высоте волн влияние взвешенных наносов на силу воздействия не характеризуется каким-либо дополнительным механизмом усиления, помимо эффекта уровня воды. Но комбинированное воздействие высокоэнергетической падающей волны (высотой более 10 метров), особенно в условиях высокой концентрации увеличенной дополнительной массы и локально усиленного импульса может перевесить затухание от повышенной вязкости суспензии.
Феномен «чёрного цунами», часто наблюдаемый во время портовых землетрясений, представляет значительную опасность для морской инфраструктуры и портовых сообществ, особенно в прибрежных городах и портовых зонах, характеризующихся сложными гидродинамическими условиями. Само по себе увеличение концентрации наносов усиливает вязкое демпфирование, тем самым уменьшая глубину затопления и скорости при сравнительно невысоких волнах (высотой от 5 до 8 метров). Напротив, при нескольких накатывающихся высоких волнах преобладают эффекты дополнительной массы вблизи причальной стенки, усиливая начальные силы напора и способствуя вертикальной стратификации, усиливая разрушения.
Наблюдение за океанскими волнами является фундаментальной технологией в современной морской науке и технике. В основе этой технологии лежат такие принципы, как ускорение свободного падения, радар на поверхности моря, донная акустика и измерения давления, позволяющие в режиме реального времени получать и обрабатывать данные о характеристиках волн. Эта технология находит широкое применение в метеорологическом прогнозировании, предупреждении о стихийных бедствиях, охране окружающей среды, обеспечении безопасности инженерных сооружений, разработке ресурсов и научных исследованиях. Ранее проблемы неточных инверсионных расчётов данных о характеристиках волн, снижало качество данных и точность последующих систем раннего предупреждения и прогнозирования. Подключение трёхмерного моделирования, работающего под управлением искусственного интеллекта, к этой инфраструктуре, повышает эффективность раннего предупреждения, позволяя избегнуть чрезмерных жертв.
