Probabilistic tsunami hazard analysis for Tuzla test site using Monte Carlo simulations

Abstract

Bu çalışmada, Prens Adaları Fayı'nın 50, 100, 500 ve 1000 yıl içerisinde kırılması durumunda, Tuzla'da oluşacak zamana bağlı olasılıksal tsunami tehlike analizleri yapıl-mıştır. Çalışma, olasılıksal sismik tehlike analizi ile tsunami sayısal modellemesini ilişkilendirmektedir. Monte Carlo simülasyon tekniği kullanılarak 100 adet deprem içeren sentetik deprem kataloğu oluşturulmuştur. Bu katalog, fay mekanizmasinin oluşturabileceği en yüksek deprem büyüklüğü aralığı olarak hesaplanan Moment büyük-lük 6.5 ve 7.1 arasında olan depremleri içermektedir ve katolog içerisinde her olay için oluşma olasılıkları ve bağlı tsunami dalga yükseklikleri hesaplanmıştır. Tsunami sayısal simulasyonlari doğrusal olmayan sığ su denklemleri kullanan NAMI DANCE tsunami sayısal kodu ile gerçekleştirilmiştir. Tsunami sayısal modelleme sonuçlarına göre, farklı zaman ölçekleri için, en düşük ve en yüksek su yüzeyi seviyesi ve yüksekliği ve karadaki en yüksek akım derinliği ile ilgili olasılık dağılımı sunulmaktadır. Ayrıca, akım derinliğinin 0.3 m'yi aşma olasılığı ile ilişkili baskın haritaları ve sentetik ölçüm noktalarında 0.3 m tsunami dalga yüksekliğinin aşılma olasılıkları gösterilmiştir. Çalışma sonucunda Tuzla bölgesinde 1 m'ye varan tsunami dalga yüksekliklerinin 50 yıllık tekrarlanma süresinde %65 aşma olasılığına sahip olduğu ve önümüzdeki 100 yıl içinde oluşma olasılıklarının %85'e ulaştığı elde edildi. Aynı zamanda su baskın alanındaki akım derinlikleri 50 ve 100 yıl içinde sırasıyla %60 ve %80 olasılıkları ile 1 m'yi geçtiği hesaplanmıştır. Önümüzdeki 500 ve 1000 yıla baktığımızda ise, depremlerin meydana gelme olasılıklarının çok yüksek olduğu gözükmektedir. Su baskın haritaları sonuçları, 50 ve 100 yıllık maruz kalma süreleri için, 0.3 m olarak kabul edilen eşik akım derinliği değerinin aşılma olasılığının %10 ile %75 arasında değiştiğini göstermektedir. Çalışma alanında su baskın mesafesi en yüksek 60 m olarak hesaplanmıştır. Sentetik ölçüm noktalarında ise, dalga yüksekliği eşik değeri 0.3 olarak kabul edildiğinde, noktalardan yalnızca birkaç tanesi %75 - %85 arasında bir oluşma olasılığına sahiptir ve bu olasılık değeri 100 yıllık maruz kalma süresi için %90' a kadar çıkar. 500 ve 1000 yıllık süre içinde deprem oluşma olasılıkları,karakteristik depremlerin oluşma periyotlarının bu süre içinde kalması sebebiyle %95'ten fazla olarak hesaplanmıştır.

In this study, time-dependent probabilistic tsunami hazard analysis (PTHA) is performed for Tuzla in the Sea of Marmara, Turkey, related to the possible rupture of Prince Island Fault within next 50, 100, 500 and 1000 years. The study associates the probabilistic seismic hazard analysis with tsunami numerical modelling. Synthetic earthquake catalogue, which includes 100 events, was generated by Monte Carlo (MC) simulation technique. This catalogue includes earthquakes having magnitudes between Mw 6.5 and 7.1 (that comes from the maximum moment magnitude range this fault system can generate), of which probability of occurrence and associated tsunami wave heights are calculated. Tsunami numerical code NAMI DANCE using Non-Linear Shallow Water Equations are used for tsunami simulations. According to results of the tsunami numerical modelling, distribution of probability of occurrence with respect to minimum and maximum water surface elevations and maximum flow depth on land are represented. Moreover, tsunami inundation maps of Tuzla region are prepared with regard to probability of exceedance of 0.3 m flow depth and probability of exceedance of 0.3 m tsunami wave heights at synthetic gauge points for different time scales. This was observed that tsunami wave heights up to 1 m have 65% probability of exceedance for 50 years return period and this value reaches up to 85% in Tuzla region for next 100 year. Inundation depth also exceeds 1m in Tuzla region with probabilities of occurrence of 60% and 80% for next 50 and 100 years, respectively. When return period increases by 500 and 1000 years, earthquake occurrences demonstrate very high probabilities. Furthermore, inundation maps show that the probability of occurrence of certain flow depths ranges between 10% and 75% when exceedance threshold of wave height considered as 0.3 m for 50 and 100-year time exposure. The maximum inundation distance calculated among entire earthquake catalogue is 60 m in this test site. Looking at the situation for the synthetic gauge points, only few of them has a probability between 75% - 85% when probability of exceedance of 0.3 m wave height is considered for next 50 years and this probability value increases up to 90% for 100-year exposure time. Probabilities are observed more than 95% for 500 and 1000-year return periods due to the short return periods of characteristic faults in Marmara Sea.