Nonlinear Transformation of Long Waves at a Bottom Step

해저단에서의 장파의 비선형 변형

We consider the preparation of long finite amplitude nondispersive waves over a step bottom between two regions of finite different depths. Two dimensional motion is assumed. with the wave crests parallel to the step, and irrotational flow in the inviscid fluid is considered. To describe the transformation of finite amplitude waves we use the finite-amplitude shallow-water equations, the conditions of mass flow conservation and pressure continuity at the cut above the step in Riemann's variables. The equations define four families of curves-characteristics on which the values of the Riemann's invariants remain constant and a system of two nonlinear equations that relates the amplitudes of incident reflected and transmitted waves. The system obtained is difficult to analyze in common form. Thus we consider some special cases having practical usage for tsunami waves. The results obtained are compared with the long wave theory and significant nonlinear effects are found even for quite small amplitude waves.

서로 다른 유한수심을 갖는 두 영역을 연결하는 해저단위로 전파하는 비분산 유한진폭장파를 고려한다. 2차원 운동을 가정하고, 파봉선이 단과 평행하며, 비점성류체에서의 비회전운동으로 본다. 유한진폭파의 변형을 기술하기 위하여 유한진폭 천해정식과, 단위의 연결부에서 Riemann 변수로 나타낸 질양보존 및 압력연속조건들을 사용한다. 식들에 의하면 Riemann 불변양이 일정한 네 조의 특성유선과 입사, 반사 및 전달파의 진폭을 관련지어 주는 2개의 비선형방정식이 정의된다. 얻어진 방정식계는 통상의 형태로는 해석하기가 어려워 지진 해일파에 실용적으로 사용할 수 있는 특수한 경우만 고려한다. 얻어진 결과들을 장파이론과 비교하였고 아주 작은 진폭의 파인 경우에도 뚜렷한 비선형 효과가 제시되었다.