Tesis Doctorado
Numerical and Analytical Modeling of Tsunamis in Chile Applied to Improve Early Warning
MODELAMIENTO ANALÍTICO Y NUMÉRICO DE TSUNAMIS EN CHILE APUNTANDO A LA ALERTA TEMPRANA
Autor
Fuentes Serrano, Mauricio Antonio
Institución
Resumen
In the case of tsunamis generated by large subduction earthquakes (which is the case in Chile), they can cause hundreds or thousands of fatalities, to devastate coastal infrastructure, and to damage the national economy. Therefore, it is highly important to know the tsunami hazard in a given region. This is depending on several inputs, as the historical seismicity, bathymetry and local topography, among others. To model a tsunami, the shallow water equations are used. To solve numerical approaches, the fully non-linear version is preferred, while for solving analytical problems, the linear version of this set of equations is chosen. Several analytical solutions for the maximum runup heights have been found. These new solutions provide new insights about the overall understating of this phenomenon. For instance, the effect of the bathymetry, the linearity of the runup process and the relation “seismic source - tsunami”. In particular, the velocity rupture of the seismic source is intrinsically related with the runup. All those solutions can be computed instantly by needing minimal computation resources. Some of them have been used to model the past tsunami caused by the 2015 Illapel earthquake, which agree with the field observations. Finally, a complementary information is proposed to diminish the blind times for the decision takers due to the long computational process of a tsunami simulation. In the near field, a linear and numerical solution is implemented. This method shows a good compromise between accuracy and computation speed. En el caso de tsunamis generados por grandes terremotos de subducción, como es el principal caso chileno, éstos pueden arrasar con cientos o miles de vidas de personas, así como también causar una gran destrucción en infraestructura portuaria, afectando considerablemente la economía del país. Es entonces, de alto interés conocer el peligro de ocurrencia de un tsunami destructivo en una determinada región, el cual dependerá de diversos factores, como la historia sísmica, la batimetría y topografía local, entre otros. Para modelar un tsunami, se utilizan las ecuaciones de agua poco profundas (shallow water equations), en su versión no lineal, para la aproximación numérica, y en su versión lineal para la aproximación analítica. Se han encontrado varias soluciones analíticas referentes a la máxima altura de inundación (runup), dando nuevas pistas a la comprensión de este fenómeno como la influencia de la batimetría, la linealidad del proceso y la relación “fuente sísmica - tsunami”, en particular, relacionando la velocidad de ruptura de la fuente sísmica con las máximas amplitudes del tsunami. Todas estas soluciones analíticas se pueden calcular instantáneamente a un mínimo costo computacional. Algunas de estas soluciones, han sido utilizadas para modelar el pasado tsunami generado por el terremoto de Illapel (2015), las cuales muestran concordancia con las inundaciones medidas en terreno. Finalmente, su propone complementar el actual sistema de alerta temprana para incluir información en los tiempos ciegos ocasionado por el alto costo computacional que requiere una simulación de tsunami. Para esto, se ha implementado una solución lineal en el campo cercano, la que exhibe un excelente rendimiento en términos de exactitud y rapidez de cálculo. PFCHA-Becas PFCHA-Becas