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Tsunami impacts in Puerto Rico: Tectonic sources, propagation modeling, and run-up sensitivity to surface friction
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Abstract
Puerto Rico, is exposed to tsunamis, this scenario demands accurate characterization of seismogenic sources, rapid and realistic numerical modeling tools, and efficient response strategies. This thesis addresses the problem through three complementary approaches. The main active geological structures in Puerto Rico and the Virgin Islands are identified and segmented using seismic, geological, geophysical, and geodetic data, with an evaluation of their tsunamigenic potential. An updated tectonic model is presented that incorporates detailed fault geometry and patterns of recent crustal deformation, providing a robust foundation for defining realistic tsunami scenarios. Also, the TsunamiBot is developed as an automated monitoring and response system that integrates real-time seismic detection, source parameter generation using the Okada model, GPU-accelerated simulations with Tsunami-HySEA, and immediate alert dissemination via the Telegram API. The system can execute complete simulations in under three minutes, enhancing response capacity for near-field threats. Finaly, the sensitivity of run-up, inundation extent, and hydrodynamic parameters to variations in surface friction is evaluated using spatially variable Manning’s n maps derived from high-resolution land use data. Tsunami-HySEA simulations are conducted for six coastal regions in western Puerto Rico, and a Random Forest model is applied to quantify the relative importance of friction, slope, and bathymetry in the dynamics of inundation. Results confirm that combining detailed tectonic characterization, a fully automated modeling and alert workflow, and a realistic representation of surface friction significantly improves the accuracy and operational value of tsunami models for Puerto Rico and the Virgin Islands.
Puerto Rico se encuentra expuesto a tsunamis, lo que exige una caracterización precisa de las fuentes sísmicas, herramientas de modelación rápidas y realistas. Esta tesis aborda el problema de forma integral mediante tres ejes complementarios. Se identifican y segmentan las principales estructuras geológicas activas en Puerto Rico y las Islas Vírgenes a partir de datos sísmicos, geológicos, geofísicos ygeodésicos, evaluando su potencial tsunamigénico. Se presenta un modelo tectónico actualizado que incorpora geometría detallada de fallas y patrones de deformación cortical reciente, constituyendo una base para la definición de escenarios numéricos de tsunami. Además, se desarrolla TsunamiBot, un sistema automatizado de monitoreo y respuesta que integra la detección sísmica en tiempo real, la generación de parámetros de fuente mediante el modelo de Okada, la simulación con Tsunami-HySEA y la emisión de alertas inmediatas a través de la API de Telegram. El sistema permite ejecutar simulaciones completas en menos de tres minutos, mejorando la capacidad de respuesta ante amenazas de campo cercano. Finalmente, se evalúa la sensibilidad del run-up, la extensión de inundación y parámetros hidrodinámicos a variaciones en la fricción superficial, utilizando mapas de n de Manning espacialmente variable derivados de datos de uso de suelo de alta resolución. Se realizan simulaciones con Tsunami-HySEA en seis regiones costeras del oeste de Puerto Rico y se aplica un modelo de Random Forest para cuantificar la importancia relativa de la fricción, la pendiente y la batimetría en la dinámica de inundación. Los resultados confirman que la combinación de una caracterización tectónica detallada, un flujo de simulación y alerta completamente automatizado y una representación realista de la fricción superficial permite mejorar significativamente la precisión y la utilidad operativa de los modelos de tsunami para Puerto Rico y las Islas Vírgenes.
Puerto Rico se encuentra expuesto a tsunamis, lo que exige una caracterización precisa de las fuentes sísmicas, herramientas de modelación rápidas y realistas. Esta tesis aborda el problema de forma integral mediante tres ejes complementarios. Se identifican y segmentan las principales estructuras geológicas activas en Puerto Rico y las Islas Vírgenes a partir de datos sísmicos, geológicos, geofísicos ygeodésicos, evaluando su potencial tsunamigénico. Se presenta un modelo tectónico actualizado que incorpora geometría detallada de fallas y patrones de deformación cortical reciente, constituyendo una base para la definición de escenarios numéricos de tsunami. Además, se desarrolla TsunamiBot, un sistema automatizado de monitoreo y respuesta que integra la detección sísmica en tiempo real, la generación de parámetros de fuente mediante el modelo de Okada, la simulación con Tsunami-HySEA y la emisión de alertas inmediatas a través de la API de Telegram. El sistema permite ejecutar simulaciones completas en menos de tres minutos, mejorando la capacidad de respuesta ante amenazas de campo cercano. Finalmente, se evalúa la sensibilidad del run-up, la extensión de inundación y parámetros hidrodinámicos a variaciones en la fricción superficial, utilizando mapas de n de Manning espacialmente variable derivados de datos de uso de suelo de alta resolución. Se realizan simulaciones con Tsunami-HySEA en seis regiones costeras del oeste de Puerto Rico y se aplica un modelo de Random Forest para cuantificar la importancia relativa de la fricción, la pendiente y la batimetría en la dinámica de inundación. Los resultados confirman que la combinación de una caracterización tectónica detallada, un flujo de simulación y alerta completamente automatizado y una representación realista de la fricción superficial permite mejorar significativamente la precisión y la utilidad operativa de los modelos de tsunami para Puerto Rico y las Islas Vírgenes.
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Date
2026-02-18
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Tsunami modelling, Variable Friction run up, Tsunami sources, Tsunamibot, Tsunami flood Puerto Rico
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