Ustabile stensøjler nær reservoirer kan producere farlige vandbølger

I mange kystzoner og kløfter, ustabile klipper svigter ofte, når grundstenen under dem knuses. Store vandbølger kan skabes, truer menneskelig sikkerhed.

I denne uges Væskers fysik videnskabsmænd i Kina afslører mekanismen, hvorved disse klipper kollapser, og hvor stor, tsunami-lignende bølger, kendt som impulsbølger, er skabt. Der er udført få eksperimentelle undersøgelser af dette fænomen, så dette arbejde repræsenterer værdifulde nye data, der kan bruges til at beskytte mod forestående katastrofe.

Forsøgene blev udført i en gennemsigtig, rektangulær kasse. Et stort vand blev placeret i den ene ende af kassen og en granulær bunke i den anden. Bunken er adskilt fra vandet af en bevægelig låge. Når porten bringes hurtigt opad, bunken falder sammen og glider i vandet, inducerende bølgevirkning.

Formen af ​​de granulære partikler blev valgt til at ligne formen af ​​prøver fra Three Gorges Reservoir-området i Kina. Bevægelse af vandmassen blev observeret med yderligere flydende og suspenderede partikler. Bevægelser af denne anden gruppe af partikler blev detekteret af et kamera uden for boksen med 100 billeder i sekundet.

Efterforskerne varierede bredden og højden af ​​den granulerede bunke og, separat, højden af ​​vandmassen. Pælehøjde-til-bredde-forholdet viste sig at være kritisk, at bestemme, hvordan bunken falder sammen samt de typer af impulsbølger, der produceres.

Bunken kollapsede i fire etaper, til sidst skubber vandet væk. De resulterende vandbevægelser blev overført tilbage til bunken under visse betingelser, skabe hvirvler. Tre typer vandbølger blev genereret:overgangsbølger, ensomme bølger og boringer.

Overgangsbølger henfalder gradvist, efterhånden som de udbreder sig. Ensomme bølger, selvom, består af en enkelt vandtop, der bevæger sig hurtigt, uden at formindske dens amplitude. I en boring, toppen af ​​bølgen knækker og vælter fremad.

Ved at tilpasse de observerede eksperimentelle data til en formel, efterforskerne udviklede en måde at forudsige, hvilken type bølge der ville blive produceret.

"Disse formler er yderst velegnede til kollaps af delvist nedsænkede granulære bunker, " sagde medforfatter Huang Bolin.