In recent times, frequent earthquakes have caused human casualties and property damage, resulting in increased social disruption. The critical lifeline infrastructure throughout the city can be directly or indirectly damaged, and it causes significant difficulties in daily life. Therefore, it is important to predict network performance and provide an alternative that minimizes the damage by considering the factors affecting lifeline structures. In view of the above, this study proposes flow-based probabilistic seismic reliability assessment of interdependent urban water transmission network for enhancing seismic resilience. First, this study dealt with a probabilistic reliability approach for post-hazard flow analysis of a water transmission according to earthquake magnitude, pipeline deterioration, and interdependency between pumping plants and 154 kV substations. The model is composed of the following three phases: (1) generation of input ground motion considering spatial correlation, (2) updating the revised nodal demands, and (3) calculation of available nodal demands. Accordingly, a computer code was developed to perform the hydraulic analysis and numerical modeling of water facilities. Second, an optimal system design for the seismic performance enhancement of a water transmission network was proposed. The main purpose of the optimal design is to maximize the system performance within a limited construction cost. The proposed model evaluates network performance through the spatially correlated seismic attenuation law, determination of the failure status of the network facility, and numerical modeling of water networks. For hydraulic simulation, a MATLAB computer code was developed to enable the EPANET program with pressure-driven analysis. Finally, seismic resilience of water transmission network is estimated to measure the recovery time and economical damage. The proposed resilience estimation model includes the spatially correlated ground motion prediction equation and the hydraulic analysis phases, and enables direct and indirect damage prediction based on seismic scenarios. So far, the proposed flow-based seismic reliability model in this study has the advantage of maximizing the resilience of the water transmission network. The results of this study can be used for strategic plans to improve seismic resilience and decision modeling for disaster recovery and recovery strategies in a water transmission network.
최근 빈번히 발생하는 지진으로 사상자 및 재산 피해가 발생하였으며, 이로 인한 사회적 혼란이 증가하고 있다. 특히 라이프 라인 시설물은 도시 전역에 밀집되어 있기 때문에 직간접적인 손상이 발생하면 사람들의 일상 생활에 심각한 불편을 초래 할 수 있다. 따라서 상수도 네트워크의 성능을 예측하고, 라이프 라인 시설물에 영향을 미치는 요인을 고려하여 피해를 최소화하는 대안을 마련하는 것이 중요하다. 이러한 관점에서, 본 연구에서는 지진 복원력 향상을 위한 상호 의존적인 도시 송수관 망의 흐름 기반 확률론적 지진 신뢰성 평가방법을 제안하고자 한다. 먼저 본 연구는 지진의 규모, 관망의 노후화 및 전력시설물과의 상호의존성에 따른 상수도 시설물의 흐름기반 확률론적 접근방법에 대하여 다룬다. 제안된 모델은 (1) 공간 상관관계를 고려한 입력지반운동, (2) 절점수요 업데이트, (3) 도달 가능한 절점 수요 계산의 3단계 과정으로 구성된다. 또한 수리해석 및 상수도 네트워크의 수치모델링을 수행하기 위하여 컴퓨터 코드가 개발되었다. 다음으로 상수도 네트워크의 내진성능 향상을 위한 최적 시스템설계 모델을 제안하였다. 제안된 최적 설계의 주요 목적은 제한된 건설 비용 내에서 시스템의 성능을 최대화하는 것이다. 제안된 모델은 공간 상관관계를 갖는 지반운동방정식, 네트워크 시설의 파괴상태 결정, 상수도 시설물의 수치모델링을 통해 네트워크의 성능을 평가한다. 수리해석의 경우 압력에 기반한 분석을 통해 EPANET 프로그램을 사용할 수 있도록 MATLAB 컴퓨터 코드가 개발되었다. 마지막으로 지진발생시 상수도 시설물의 복구시간과 경제적 손실을 측정하기 위하여 상수도망의 지진 복원력에 대하여 평가하였다. 제안된 복원력 추정 모델은 공간적으로 상관성을 갖는 지반운동방정식과 수리학적 분석 단계를 포함하며, 지진 시나리오에 따른 직ᆞ간접적인 피해와 손상예측을 가능하게 한다. 이때까지 본 연구에서 제안된 흐름 기반 지진 신뢰성 모델은 상수도 송수 네트워크의 복원력을 최대화 할 수 있는 장점을 갖고 있다. 본 연구의 결과는 상수도 송수 네트워크의 재해 복구 및 복구전력을 위한 의사결정 모델링에 사용 될 수 있으며, 또한 내진복원력 향상을 위한 전략적 계획에 사용 될 수 있다.
