Scenario-Based Tsunami Hazard Assessment For Java (Sunda) Trench Using Monte Carlo Simulations

Abstract

Java (Sunda) trench lying along the eastern and southern coasts of Indonesia is one of the world's most active seismic zone. Java (Sunda) trench experienced devastating earthquakes and tsunamis throughout history. Despite the fact that about 14 years have passed since the 2004 Indian Ocean earthquake and tsunami, the seismic activity in this region is still intense. Thus, reliable estimation of the associated hazard of a possible large earthquake that can generate tsunami is vital for designing early warning systems, site selection of future critical infrastructures (CIs) and planning necessary mitigation measures for existing CIs and critical regions (CRs). Therefore, Scenario-based Tsunami Hazard Assessment (STHA) is performed for this region in this study. Historical earthquake data is compiled using the ISC-GEM Global Instrumental Earthquake Catalogue for the region. Monte Carlo (MC) simulation method is used to generate random earthquake source parameters (i.e. magnitude, focal depth) along Java (Sunda) trench. The worst-case scenario among MC runs is selected and simulated using NAMI-DANCE tsunami simulation software. Critical Regions (CRs) and Critical Infrastructures (CIs) are identified and spatial distribution of the inundation levels along the eastern and southern coastline of Sumatra and Java Islands, focusing on these CRs and CIs is determined. It is observed that some of the CRs and CIs are vulnerable to potential high-risk tsunamis. 

Keywords

• Scenario-based tsunami hazard assessment; Monte Carlo; NAMI-DANCE; Critical regions; Critical Infrastructures

Monte Carlo Simülasyonu Kullanılarak Java (Sunda) Fay Hattı için Senaryo Bazlı Tsunami Tehlike Analizi

Abstract

Endonezya’nın doğu ve güney kıyıları boyunca uzanan Java (Sunda) fay hattı dünyadaki en aktif sismik alanlardan biridir. Tarih boyunca Java (Sunda) fayında yıkıcı depremler ve tsunamiler oluşmuştur. 2004 Hint Okyanusu depremi ve tsunamisinin üzerinden 14 yıl geçmiş olmasına rağmen bu bölgedeki sismik aktivite hala yoğun bir şekilde devam etmektedir. Erken uyarı sistemlerinin yerleştirilmesi, gelecekteki yapıların lokasyonlarının belirlenmesi ve mevcut kritik yapılar ve bölgeler için risk azaltıcı önlemlerin alınması gibi konular için güvenilir bir tsunami tehlike analizi yapılması hayati önem taşımaktadır. Bu kriterler göz önüne alınarak bu çalışmada senaryo bazlı tsunami tehlike analizi (STHA) çalışılmıştır. Tarihsel deprem verisi ISC-GEM Küresel Deprem Kataloğundan derlenmiştir. Java (Sunda) fayı boyunca rastgele deprem verisi (magnitüt ve fokal derinlik) üretmek için Monte Carlo (MC) simulasyonu kullanılmıştır. Üretilen veriden en kötü senaryo seçilmiş ve NAMI-DANCE yazılımı kullanılarak tsunami simulasyonu yapılmıştır. Belirli kritik bölgeler ve altyapılar için tsunami dalga yükseklikleri belirlenmiş ve su altında kalan bölgeler ArcGIS programı kullanılarak gösterilmiştir. Bazı kritik bölge ve altyapıların yüksek seviyede risk potansiyeli taşıdığı belirlenmiştir.

Keywords

• Senaryo bazlı tsunami tehlike analizi,Monte Carlo,NAMI-DANCE,Kritik böl-geler

References

1. Yalciner, A., Pelinovsky, E., Talipova, T., Kurkin, A., Kozelkov, A., & Zaitsev, A. (2004). Tsunamis in the Black Sea: comparison of the historical, instrumental, and numerical data. Journal of Geophysical Research: Oceans, 109(C12).González, F. I., Geist, E. L., Jaffe, B., Kânoğlu, U., Mofjeld, H., Synolakis, C. E., ... & Horning, T. (2009). Probabilistic tsunami hazard assessment at seaside, Oregon, for near‐and far‐field seismic sources. Journal of Geophysical Research: Oceans, 114(C11).GTZ-GITEWS (2010a) Tsunami evacuation plan for Kelurahan Kuta, Bali: a documentation of the process and results of tsunami evacuation planning. http://www.gitews.org/tsunami-kit/en/id_tsunami_evacuation_map_kuta.htmlKnighton, J., & Bastidas, L. A. (2015). A proposed probabilistic seismic tsunami hazard analysis methodology. Natural Hazards, 78(1), 699-723.Strunz, G., Post, J., Zosseder, K., Wegscheider, S., Mück, M., Riedlinger, T., ... & Harjono, H. (2011). Tsunami risk assessment in Indonesia. Natural Hazards and Earth System Sciences, (11), 67-82.Hancilar, U. (2012). Identification of elements at risk for a credible tsunami event for Istanbul. Natural Hazards and Earth System Sciences, 12(1), 107.OYO International Co.: Simulation and Vulnerability Analysis of Tsunamis Affecting the Istanbul Coasts, Final Report to Istanbul Metropolitan Municipality, Directorate of Earthquake and Ground Investigation, Istanbul, 2007.Storchak, D. A., Di Giacomo, D., Bondár, I., Engdahl, E. R., Harris, J., Lee, W. H., ... & Bormann, P. (2013). Public release of the ISC–GEM global instrumental earthquake catalogue (1900–2009). Seismological Research Letters, 84(5), 810-815.Hanks, T. C. and H. Kanamori (1979). A moment-magnitude scale, J. Geophys. Res. 84, 2348-2350.Wells, D. L., & Coppersmith, K. J. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bulletin of the seismological Society of America, 84(4), 974-1002.Imamura, F. (1995). Tsunami numerical simulation with the staggered leap-frog scheme (numerical code of TUNAMI-N1 and N2). Disaster Control Research Center, Tohoku University, 33.Titov, V. V., & Gonzalez, F. I. (1997). Implementation and testing of the method of splitting tsunami (MOST) model.Yalciner, A. C., Pelinovsky, E., Zaytsev, A., Kurkin, A., Ozer, C., & Karakus, H. (2006). NAMI DANCE Manual. Middle East Technical University, Civil Engineering Department, Ocean Engineering Research Center, Ankara, Turkey, http://namidance. ce. metu.edu.tr/pdf/NAMIDANCE-version-5-9-manual. pdf.Segur, H. (2007). Waves in shallow water, with emphasis on the tsunami of 2004. In Tsunami and nonlinear waves (pp. 3-29). Springer Berlin Heidelberg.Løvholt, F., Glimsdal, S., Harbitz, C. B., Zamora, N., Nadim, F., Peduzzi, P., & Smebye, H. (2012). Tsunami hazard and exposure on the global scale. Earth-Science Reviews, 110(1-4), 58-73.Løvholt, F., Glimsdal, S., Harbitz, C. B., Horspool, N., Smebye, H., De Bono, A., & Nadim, F. (2014). Global tsunami hazard and exposure due to large co-seismic slip. International journal of disaster risk reduction, 10, 406-418.Synolakis, C. E. (1991). Green’s law and the evolution of solitary waves. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 3(3), 490-491.