Original paper

Considering coastal palaeogeographical changes in a numerical tsunami model – a progressive base to compare simulation results with field traces from three coastal settings in western Greece

Röbke, Björn R.; Vött, Andreas; Willershäuser, Timo; Fischer, Peter; Hadler, Hanna

Abstract

The west coast of Greece is exposed to a high tsunami risk. This is reflected by a large number of historical accounts and geoscientific field traces found all along the coast. Using a hydrodynamic numerical model, we calculated various tsunami scenarios and compared the results with sedimentary and geomorphological field data discovered in published palaeotsunami studies from three key locations in the northern Gulf of Kyparissia (western Peloponnese): the Katakolo Pass, the Epitalio Pass and the valley of Kato Samiko. Field data especially includes vibracores, electrical resistivity measurements and geomorphological observations, which altogether allow a detailed reconstruction of the local inundation dynamics associated with (pre)historical tsunami events. The scenarios take account of three different digital elevation models (DEM), one reflecting the recent topography of the study area and the other two based on possible palaeotopographies derived from neotectonic field data and literature. We further ap- plied a large number of different boundary conditions considering the solitary and the N-wave theory. By regarding both, the different DEMs and the different waveforms, the numerical model accurately reflects palaeotsunami inundation dynamics derived from the field traces for each of the key locations. Generally, field findings are in best accordance with the scenarios based on the palaeo-DEM derived from our neotectonic field data. However, there is no particular scenario or individual wave that can fully explain palaeotsunami field traces for all three key locations at once. This particularly might be due to fact that (i) tsunami deposits found at the key sites relate to different tsunami impacts with differing in- undation dynamics, (ii) that the palaeo-DEMs do not reflect the exact topography at the time of tsunami inundation and/or (iii) that the numerical model is in need of further adjustment and modification, for example, in view of the boundary conditions. Nevertheless, our study demonstrates that local inundation dynamics can precisely be derived from palaeotsunami field traces and emphasises the high reliability of our hydrodynamic tsunami model. Die Westküste Griechenlands ist einem hohen Tsunami-Risiko ausgesetzt. Dies spiegelt sich in der großen Anzahl historischer Tsunami-Berichte für die Region sowie den zahlreichen geowissenschaftlichen Geländebefunden entlang der Küste wider. Mithilfe eines hydrodynamischen numerischen Modells wurden verschiedene Tsunami-Szenarien berechnet und verglichen mit sedimentologischen und geomorphologischen Geländebefunden aus publizierten Tsunami-Studien von drei Schlüs-selstellen an der Küste des nördlichen Golfs von Kyparissia (westliche Peloponnes): dem Katakolo Pass, dem Epitalio Pass und dem Tal von Kato Samiko. Die Geländedaten umfassen insbesondere zahlreiche Bohrkerne, elektrische Widerstandsmessungen sowie geomorphologische Geländebeobachtungen, die allesamt eine detaillierte Rekonstruktion der lokalen Überflutungsdynamik (prä-)historischer Tsunami-Ereignisse erlauben. Die Szenarien basieren auf drei unterschiedlichen digitalen Höhenmodellen (DHM), von denen eines die derzeitige Topographie des Untersuchungsgebietes abbildet und die beiden anderen verschiedene mögliche Paläotopographien widerspiegeln. Die Topographie des ersten Paläo-DHMs wurde aus eigenen neotektonischen Geländedaten abgeleitet, die des zweiten aus Angaben in der Literatur. Als Grenzbedingungen für die Tsunami-Wellen im numerischen Modell wurde die solitäre und die N-Wellen-Theorie verwendet. Durch Berücksichtigung der verschiedenen DHMs und der beiden Wellenformen konnte die Überflutungsdynamik, wie sie die Geländebefunden anzeigen, für alle drei Schlüsselstellen im Modell präzise nachgebildet werden. Generell zeigen die Geländedaten die beste Übereinstimmung mit solchen Szena- rien, die auf dem ersten Paläo-DHM basieren, das aus den eigenen neotektonischen Geländedaten abgeleitet wurde. Dennoch gibt es kein bestimmtes Szenario oder keine bestimmte Einzelwelle, die eine gänzliche Übereinstimmung mit den Geländebefunden für alle drei Standorte zugleich zeigt. Dies könnte insbesondere darauf zurückzuführen sein, dass (i) die an den Schlüsselstellen vorgefundenen Hochenergie-Sedimente möglicherweise durch verschiedene Tsunami-Ereignisse abgelagert wurden, die jeweils eine voneinander abweichende Überflutungsdynamik aufwiesen, (ii) die Paläo-DHMs nicht die exakten topographischen Verhältnisse zur Zeit der Überflutung widerspiegeln und/oder (iii) das numerische Modell weiter angepasst und modifiziert werden muss, beispielsweise in Bezug auf die Grenzbedingungen. Ungeachtet dieser Beobachtung zeigt die vorliegende Untersuchung jedoch zum einen, dass die Überflutungsdynamik (prä-)historischer Tsunami-Ereignisse in der Region aus den Geländebefunden detailliert abgeleitet werden kann. Zum anderen wird die hohe Genauigkeit und Verlässlichkeit des verwendeten numerischen Modells deutlich.

Keywords

westgriechenlandsolitäre wellepalaeogeographypaläotopographien-wavepalaeotopographyn-wellenumerical simulationswestern greecepaläogeographiepalaeotsunamigulf of kyparissianumerische simulationenpaläotsunamigolf von kyparissiasolitary wave