В настоящей статье автор предлагает для обсуждения инновационный способ радикального ослабления силы волн цунами при помощи сооружения оригинальной системы волнорезов. 
Весь мир с горечью от ощущения слабости человека перед мощью стихии наблюдает последствия землетрясения и цунами в Японии. Мы глубоко сочувствуем трагедии десятков тысяч людей. Прогресс достигает всё новых высот, но мы видим, что даже страна, наиболее технологически развитая, остаётся практически беззащитной перед стихией. От цунами регулярно, в той или иной степени, страдают:

Португалия, Чили, Индонезия, США, Индия, Тайланд и другие государства. Грозят ли России в обозримом будущем подобные катаклизмы? Кто даст гарантии, что нет? И какие меры принимаем мы для того, чтобы в случае удара природы минимизировать свои потери?  
Цунами являются последствиями землетрясений, во время которых происходит локальная деформация дна и над эпицентром появляется водяной холм, распространяющийся затем концентрическими кругами в виде мощных волн, движущихся со скоростью 600 – 800 км в час. При этом в открытом океане расстояние между гребнями волн цунами может достигать 100 – 150 километров, а высота волн - достигать 10 метров (как это было у берегов Японии 11 марта 2011 года).
При приближении к берегу, вследствие трения водяных масс о донную часть, скорость волн уменьшается, однако из-за интенсивного торможения волны цунами увеличивают свою высоту до 5-10 , а иногда до 15-25 метров. И форма волн по мере приближения в берегу становится ассиметричной: к берегу вогнутая и крутая, а к морю (океану) более пологая.
Инженеры разных стран регулярно предлагают различные способы ослабления силы действия цунами. Порой они сводятся лишь к посадке вдоль береговой линии рядов деревьев, чаще предлагается строительство береговых сооружений. Российские ученые также пытаются внести свой вклад в решение этой проблемы, весьма актуальной для Дальнего востока и Камчатки. Не останавливаясь на рассмотрении и критике этих попыток, приходится констатировать, что, к сожалению, в настоящее время нет реализованных и признанных эффективными инженерных решений по проблемам цунами.
Сегодня уже совершенно всем очевидно, что мощь стихии под названием «Цунами» требует более серьезных, комплексных ответных решений.
Принцип технического решения - простота и доступность
Наше предложение включает одновременное конструкционное сооружение двух барьерных конструкций: создание перед береговой линией по пути движения волн цунами специальных железобетонных волнорезов и плотины на берегу для удержания максимально возможного уровня морских вод. Специальные элементы-волнорезы, вытянутые по параболической линии, разворачивают первую и последующие волны цунами и рассекают их на две части: - одну часть (80- 90 % длины фронта ) разворачивают по криволинейным волнорезам-молам в сторону, обратную направлению движения первой и последующих волн с обеспечением ослабления встречных потоков воды волн цунами ; - вторую часть (10 - 20 % длины фронта) рассекают зазорами между элементами - волнорезами каждого мола для прохода волн между ними, ослабляя и задерживая их перед плотиной. Разработанное нами сооружение для ослабления разрушающих действий цунами включает систему волнорезов - молов, расположенную перед береговой линией со стороны моря и плотину на берегу. При этом волнорезы выполнены в виде железобетонных монолитных элементов длиной от 15 до 50 метров, размещенных вдоль береговой линии по ветвям парабол, последовательно друг за другом, с разрывом между их торцами и соседними ветвями парабол, образуя волнорезы - молы длиной от 100 до 300 метров, ориентированных симметрично перпендикулярам к береговой линии с каждой стороны, сходящихся к береговой линии, и описываемых формулой:

Y = a X ²

Элементы-волнорезы по ветвям парабол располагают таким образом, что концы каждых сходящихся к морю ветвей соприкасающихся парабол - молов имеют равную длину от береговой линии, при этом сама плотина в зоне сооружения выполнена вдоль береговой линии в виде криволинейной конструкции из железобетона , с высотой не менее 15 метров относительно среднего уровня моря в соответствующей местности.

Кроме того, с целью эффективного применения волнорезов в обычное время и обеспечения их окупаемости, на поверхности элементов – волнорезов размещены опирающиеся на них мостовые конструкции, образующие параболические молы-причалы , соединенные эстакадами от вершин парабол до плотины , при этом на плотине и молах-причалах размещены подъемно-погрузочные механизмы , а также автомобильные и/ или железнодорожные магистрали. На рис .1 показан фрагмент располагаемой перед береговой линии системы волнорезов в виде параболических ветвей, составленных из железобетонных элементов - волнорезов, вытянутых по ветвям с зазорами между торцами элементов – волнорезов. Расстояние между соседними ветвями парабол - от 5 до 10 метров. Плотина, расположенная на берегу, находится на расстоянии не менее 100 метров от вершин парабол. Элементы-волнорезы, определяющие контур парабол, согласно нашему предложению, являются основой для молов-причалов Вся система элементов-волнорезов (молы-причалы) покрыты по верхней части мостовыми конструкциями и с помощью эстакады, опирающейся на опоры из железобетона, соединяется с сооруженной на берегу плотиной, на которой может быть уложено авто- или железнодорожное полотно. (На приведенном рис 1 эстакады, мостовые конструкции и дорожное полотно не показаны). В обычное время предлагаемое сооружение из системы молов - причалов используется как причалы для грузовых и пассажирских судов с учетом всех требований к такого рода сооружениям, а весь комплекс выполняет функции порта, оборот которого определяется количеством причалов на молах.

На рис.1 стрелками показано вероятное движение волн цунами. Волны цунами достигают параболических ветвей молов - причалов и скользят вдоль их параболической образующей, частично проходя через зазоры между элементами-волнорезами и ослабляясь. Основная масса цунами доходит до вершин параболических ветвей волнорезов и, встречаясь с потоком волн соседней ветви, еще больше ослабляется в противотоке и разворачивается в сторону моря, навстречу движущимся последующим волнам цунами, встречая их на расстоянии несколько сотен метров от береговой линии и радикально ослабляя их действие.
Размер каждого элемента-волнореза связан с обеспечением его устойчивости при экстремальных воздействиях и пригодности для эксплуатации в обычное время. Зазоры между элементами обеспечивают разделение волн цунами на упомянутые части, так, что величина зазоров между торцами элементов-волнорезов и соприкасающимися ветвями парабол составляет от 5 до 10 метров. Это, согласно расчетам, обеспечивает ослабление волны цунами за счет 10 – 20 % отбора ее водяной массы. Общая длина каждой ветви предлагаемых систем волнорезов - от 100 до 300 метров, что обеспечит разворачивание направления и ослабление силы цунами.
Количество ветвей молов - причалов и, соответственно, связанная с ними длина плотины определяются необходимой величиной протяженности защищаемой береговой линии, а также грузооборотом образованного порта. Часть волн цунами, прошедшая через зазоры между элементами-волнорезами, будет накапливаться и задерживаться плотиной. Масса воды между системами элементов - волнорезов и плотиной служит водным буфером, противодействующим волнам цунами и обычно вызываемому ими наводнению.
Гарантия прочности бетонной конструкции – наши нанотехнологии в производстве цементов
Бетон для элементов волнорезов должен отвечать требованиям доступности, экономичности и технологичности материала и изделий на его основе. В первую очередь, он должен обеспечивать высокую прочность материала, способного выдерживать нагрузки до 400 -600 кгс на кв. см и, соответственно, сдерживать удары и динамические нагрузки волн цунами любой мощности. Так, поверхность одного квадратного метра предлагаемого элемента – волнореза из железобетона способна выдержать воздействие силы до 3000 т, а волнорез размером 40 метров в длину и 10 метров в высоту (от дна возле береговой линии) способен выдержать напор водных масс величиной 1 200 000 т, что значительно превосходит реальные воздействия цунами. Современные, уникальные по своим прочностным параметрам бетоны, разработанные учеными ОАО «Московский ИМЭТ», отличает не только высокая прочность, но и значительная водонепроницаемость и стойкость к морской воде. (М.Я.Бикбау «Нанотехнологии в производстве цементов» – М.,ОАО «Московский ИМЭТ»,2008 г. , - 768 с.). Применение таких бетонов обеспечит высокие защитные свойства предлагаемых сооружений, их долговечность и окупаемость. Высота плотины определяется рельефом местности и должна превышать средний уровень моря не менее чем на 15 метров. В этом случае осуществляется одновременно и защита от наводнений, как правило, сопровождающих волны цунами.

Рис 1. Фрагмент сооружения с параболическими молами-причалами, показаны также опоры эстакады от молов к плоти-не и плотина. Стрелками обозначено движение потоков воды.

Экономическая целесообразность – очевидна Окупаемость - реальна Для финансовой окупаемости сооружений, предназначенных для защиты заселённых прибрежных территорий от цунами целесообразна их постоянная мирная эксплуатация. Системы волнорезов могут быть использованы в обычное время в качестве «фундамента» для оборудования причалов, грузовых и пассажирских портов, обеспечивающих погрузку, выгрузку и транспортировку грузов и людей с кораблей на молы-причалы. Последние, в свою очередь, могут соединяться с плотиной с помощью эстакад, опирающихся на железобетонные опоры конструкции и преобразованные в автомобильные или железнодорожные проезды, выходящие на береговые магистрали. Для практической реализации предлагаемых сооружений нет никаких технических проблем, тем более - для развитых стран. Предлагаемые сооружения особо актуальны для объектов с повышенными требованиями к безопасности – например, атомных электростанций. Реализация предлагаемого подхода решает вопрос эффективной защиты любых береговых линий и может позволить строить порты с неограниченным грузооборотом в удобных районах с гарантией защиты от цунами и других катаклизмов, соответствуя всем конструктивно-технологическим требованиям к строительству и функционированию портов и портовых сооружений (см.,например, Маталин В. П. и др. Устройство и оборудование портов. М., "Транспорт",1984. -346 c.) 

XXI век требует новых инженерных решений для обеспечения безопасности людей, вынужденных на отдельных территориях жить в условиях роста плотности населения. Реализации государственных программ, масштабное строительство и стремительная урбанизация на фоне развития атомной энергетики требуют от нас неотложных мер защиты от природных катаклизмов. Разработанная специалистами ОАО «Московский ИМЭТ» система сооружений для защиты береговых территорий может использоваться как при строительстве, так и при реконструкции существующих портов. Наше предложение актуально не только в целях защиты от цунами, но и для всех районов, подверженных действию сильных штормов, ураганов и наводнений.

Генеральный директор ОАО «Московский ИМЭТ», доктор химический наук, академик РАЕН Марсель Янович БИКБАУ