Assessment of tsunami hazard for the coast of the Oktyabrsky Spit (western Kamchatka) based on the results of numerical modeling

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Acesso é pago ou somente para assinantes

Resumo

The problem of assessment of the tsunami hazard for a section of the western coast of Kamchatka in the Oktyabrskaya Spit area is considered. This problem arose in connection with the task of ensuring transport accessibility of the Oktyabrsky village and fish processing factories located on the spit. To obtain these estimates, the “worst case” methodology was used. Based on the results of an analysis of seismicity and historical data on tsunami manifestations in the Sea of Okhotsk, two tsunamigenic zones were identified that threaten the coast in the Oktyabrskaya Spit, and for each of them a set of model tsunamigenic earthquakes was determined. For this set of models, numerical modeling of tsunami generation and propagation was performed, and the most dangerous (for the coastal area under study) source models were selected. At the next stage, more detailed calculations were carried out for these sources using a nested grids technique, which determined the parameters of the tsunami impact on the coast. The main results of the work are the identification of the most dangerous tsunamigenic zones threatening the coast of the Oktyabrskaya Spit, the selection of model tsunamigenic sources in them and the assessment of the parameters of extreme tsunami waves that can affect this section of the coast.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

V. Gusiakov

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS

Autor responsável pela correspondência
Email: gvk@sscc.ru
Rússia, Lavrentyeva ave., 6, Novosibirsk, 630090

S. Beizel

Federal Research Center for Information and Computational Technologies

Email: beisels@gmail.com
Rússia, Lavrentyeva ave., 6, Novosibirsk, 630090

O. Gusev

Federal Research Center for Information and Computational Technologies

Email: gusev_oleg_igor@mail.ru
Rússia, Lavrentyeva ave., 6, Novosibirsk, 630090

A. Lander

Institute of Earthquake Forecast Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Email: land@mitp.ru
Rússia, Profsoyuznaya str., 84/32, Moscow, 117997

D. Chebrov

Federal Research Center “Unified Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences”

Email: danila@emsd.ru

Kamchatka Branch 

Rússia, Piipa bulvar, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

L. Chubarov

Federal Research Center for Information and Computational Technologies

Email: chubarov@ict.nsc.ru
Rússia, Lavrentyeva ave., 6, Novosibirsk, 630090

Bibliografia

  1. Бейзель С.А., Гусяков В.К., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Оценка воздействия удаленных цунами на Дальневосточное побережье России на основе результатов математического моделирования // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 90. № 5. C. 578‒590.
  2. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982. 392 с.
  3. Ветровое волнение. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. 343 с.
  4. Гусев О.И., Чубаров Л.Б. Об использовании телескопически вложенных сеток в расчетах распространения волн цунами // Труды XIV Всероссийской конференции “Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики”. СПб.: ЛЕМА, 2018. С. 224–226.
  5. Гусяков В.К. Остаточные смещения на поверхности упругого полупространства // Условно-корректные задачи математической физики в интерпретации геофизических наблюдений. Новосибирск: ВЦ СО РАН, 1978. C. 23–51.
  6. Гусяков В.К., Кихтенко В.А., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Построение обзорных карт цунами-районирования Дальневосточного побережья РФ в рамках методики PTHA // Вычислительные технологии. 2019. Т. 24. № 1. С. 55–72.
  7. Гусяков В.К. Цунами на Дальневосточном побережье России: историческая перспектива и современная проблематика // Геология и геофизика. 2016. № 9. С. 1601‒1615.
  8. Гусяков В.К., Чубаров Л.Б. Численное моделирование возбуждения и распространения цунами в прибрежной зоне // Физика Земли. 1987. № 11. C. 53‒64.
  9. Заякин Ю.А. Цунами на Дальнем Востоке России. Петропавловск-Камчатский: Камшат, 1996. 88 c.
  10. Исторические сведения о цунами в Охотском море // Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. С. 225‒226.
  11. Подъяпольский Г.С. Возбуждение длинной гравитационной волны в океане сейсмическим источником в коре // Физика Земли. 1968. № 1. C. 7‒24.
  12. Разжигаева Н.Г., Ганзей Л.А., Гребенникова Т.А., Харламов А.А., Лоскутов А.В., Булгаков Р.Ф. Геологические свидетельства проявления сильных цунами на побережье острова Итуруп (Курильские острова) за последние 3500 лет // Геосистемы переходных зон. 2023. Т. 7. № 4. С. 357–374.
  13. Рычков А.Д., Бейзель С.А., Чубаров Л.Б. Программа для ЭВМ: Модуль расчета наката волн цунами на берег RunUp-LP // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 2013617980. 2013.
  14. Святловский А.Е. Последствия цунами 4‒5 ноября 1952 г. на Камчатке и Курильских островах // Бюлл. Совета по сейсмологии АН СССР. 1958. № 4. С. 15‒38.
  15. Соловьев С.Л., Ферчев М.Д. Сводка данных о цунами в СССР // Бюлл. Совета по сейсмологии АН СССР. 1961. № 9. С. 23‒55.
  16. Соловьев С.Л. Основные данные о цунами на Тихоокеанском побережье СССР, 1937‒1976 гг. // Изучение цунами в открытом океане. М.: Наука, 1978. С. 61‒136.
  17. Чубаров Л.Б., Бабайлов В.В., Бейзель С.А. Программа расчета характеристик волн цунами сейсмического происхождения MGC // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службой по интеллектуальной собственности № 2011614598. 2011.
  18. Шокин Ю.И., Бейзель С.А., Рычков А.Д., Чубаров Л.Б. Численное моделирование наката волн цунами на побережье с использованием метода крупных частиц // Математическое моделирование. 2015а. Т. 27. № 1. С. 99–112.
  19. Шокин Ю.И., Рычков А.Д., Хакимзянов Г.С., Чубаров Л.Б. О численных методах решения задач наката волн на берег. I. Сравнительный анализ численных алгоритмов для одномерных задач // Вычислительные технологии. 2015б. Т. 20. № 5. С. 214–232.
  20. Шокин Ю.И., Рычков А.Д., Хакимзянов Г.С., Чубаров Л.Б. О численных методах решения задач наката волн на берег. II. Опыт решения модельных задач // Вычислительные технологии. 2015в. Т. 20. № 5. С. 233–250.
  21. ANSS (USGS) catalog. 2024. https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/
  22. Argus D.F., Gordon R.G., DeMets C. Geologically current motion of 56 plates relative to the no-net-rotation reference frame // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2011. V. 12. Iss. 11. https://doi.org/10.1029/2011GC003751
  23. Atwater B.F. Hunting for ancient tsunamis in the tropics // EOS. Transactions of the American Geophysical Union 88. 2007.
  24. Beisel S.A., Gusiakov V.K., Chubarov L.B., Shokin Yu.I. Numerical Simulation of the Action of Distant Tsunamis on the Russian Far East Coast // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2014. V. 50. № 5. P. 508‒519. ISSN 0001-4338
  25. Chubarov L.B., Kikhtenko V.A., Lander A.V., Gusev O.I., Beisel S.A., Pinegina T.K. Technique of local probabilistic tsunami zonation for near-field seismic sources applied to the Bechevinskaya Cove (the Kamchatka Peninsula) // Nat Hazards. 2022. V. 110. № 1. P. 373–406.
  26. Cisternas M., Atwater B., Torrejón F., Sawai Y., Machuca G., Lagos M., Eipert A., Youlton C., Salgado I., Kamataki T., Shishikura M., Rajendran C.P., Malik J.K., Rizal Y, Husni M. Predecessors of the giant 1960 Chile earthquake // Nature. 2005. V. 437. P. 404–407. https://doi.org/10.1038/nature03943
  27. Global CMT Catalog. 2024. https://www.globalcmt.org/CMTsearch.html
  28. ISC-isf catalog. 2020. ftp://ftp.isc.ac.uk/pub/isf/
  29. Jankaew K., Atwater B., Sawai Y., Sawai Y., Choowong M., Charoentitirat T., Martin M., Prendergast A. Medieval forewarning of the 2004 Indian Ocean tsunami in Thailand // Nature. 2008. V. 455. P. 1228–1231. https://doi.org/10.1038/nature07373
  30. Kanamori H. Mechanism of tsunami earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 1972. V. 6. P. 346‒359.
  31. MacCormack R.W. The Effect of viscosity in hypervelocity impact cratering //AIAA Paper. 1969. P. 69–354.
  32. Minoura K., Imamura F., Sugawara D., Kono Y., Iwashita T. The 869 Jogan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan // J. of Natural Disaster Science. 2001. V. 23. P. 83–88.
  33. NCEI/WDS. Global historical tsunami database, 2100 BC to Present, 10.7289/V5PN93H7. 2024. https ://www.ngdc.noaa.gov/hazar d/tsu_db.shtml
  34. NTL/ICMMG SD RAS. Novosibirsk Tsunami Laboratory of the Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of Siberian Division of Russian Academy of Sciences. Global Tsunami Database, 2100 BC to Present. 2024. https ://tsun.sscc.ru/nh/tsuna mi.php
  35. Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seism. Soc. Am. 1985. V. 75. № 4. P. 1135–1154.
  36. Papazachos B.C., Scordilis E.M., Panagiotopoulos D.G., Papazachos C.B., Karakaisis G.F. Global Relations Between Seismic Fault Parameters and Momernt Magnitude of Earthquakes // Bull. of the Geol. Society of Greece. 2004. V. XXXVI. P. 1482‒1489.
  37. Pinegina T.K., Bazanova L.I., Zelenin E.A., Bourgeois J., Kozhurin A.I., Medvedev I.P., Vydrin D.S. Holocene Tsunamis in Avachinsky Bay, Kamchatka, Russia // Pure and Applied Geophysics. 2018. V. 175. № 4. P. 1485‒1506.
  38. Shokin Yu I., Gusiakov V.K., Kikhtenko V.A., Chubarov L.B. A Methodology for Mapping Tsunami Hazards and Its Implementation for the Far Eastern Coast of the Russian Federation // Doklady Earth Sciences. 2019. V. 489. Iss. 2. P. 1444‒1448.
  39. Shokin Yu.I., Babailov V.V., Beisel S.A., Chubarov L.B., Eletsky S.V., Fedotova Z.I., Gusiakov V.K. Mathematical modeling in application to regional tsunami warning systems operations / Eds E. Krause et al. // Comp. Science & High Perf. Computing III, Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. 2008. V. 101. P. 52‒68.
  40. The ISC-GEM Global Instrumental Earthquake Catalogue, 1904‒2019. Version 10.0. March 21. 2023. http://www.isc.ac.uk/iscgem/download.php

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Location of Oktyabrsky settlement on the map of the research area. The red line in the inset shows the road leading along the spit to Oktyabrsky settlement.

Baixar (80KB)
Metadados
3. Fig. 2. Map of tsunamigenic event sources that occurred on the Far East coast of the Russian Federation from 1737 to 2023. The size of the circles is proportional to the magnitude of the earthquake. The color shows the tsunami intensity according to the Soloviev-Imamura scale.

Baixar (85KB)
Metadados
4. Fig. 3. Epicenters of shallow-focus earthquakes (depths up to 70 km) in the Sea of ​​Okhotsk and Kuril-Kamchatka regions, recorded by global networks during the instrumental observation period 1904–2022, according to the ANSS catalog [ANSS, 2024].

Baixar (91KB)
Metadados
5. Fig. 4. Epicenters of shallow-focus earthquakes (depth up to 70 km) in Sakhalin and adjacent waters for the period 1924–2022 according to the ISC–isf and ANSS catalogs [ISC–isf, 2020; ANSS, 2024]. In the upper right corner of the figure, a diagram of the tensor averaged for this region is shown.

Baixar (60KB)
Metadados
6. Fig. 5. Focal areas of model earthquakes No. 4–6, located along the Kuril-Kamchatka arc.

Baixar (83KB)
Metadados
7. Fig. 6. Focal areas of model earthquakes Nos. 7–16, located in the northern and central Kuril Islands.

Baixar (59KB)
Metadados
8. Fig. 7. Empirical cumulative recurrence laws of shallow-focus earthquakes in the Kuril-Kamchatka arc (red, for the period 1900–2020) and Sakhalin (blue, 1924–2022) according to the ISC-isf and ANSS catalogs [ISC–isf, 2020; ANSS, 2024].

Baixar (44KB)
Metadados
9. Fig. 8. “Regional” (a), “intermediate” (b) and “local” (c) calculation areas.

Baixar (41KB)
Metadados
10. Fig. 9. Alongshore distribution of maximum positive displacements of the free surface level, obtained in calculations on the “regional” grid for sources Nos. 1–16.

Baixar (27KB)
Metadados
11. Fig. 10. Distributions of maximum wave amplitudes for the entire calculation period for sources No. 1, No. 14 and No. 16.

Baixar (21KB)
Metadados
12. Fig. 11. Alongshore distribution of maximum positive displacements of the free surface level, obtained in calculations taking into account the run-up in the “local” region for model sources No. 1, No. 14 and No. 16.

Baixar (30KB)
Metadados
13. Fig. 12. Distributions of maximum wave amplitudes for the entire calculation period in the “local” region for sources No. 1, No. 14 and No. 16.

Baixar (13KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024