2014년 이후 발생된 규모 5 이상 지진은 5회 이상으로 중규모 이상의 지진에 의한 국부적 운영 중단에 따른 영향을 고려한 도시 지진 위험도 평가는 필수적이다. 국내외적으로 다양한 재난상황에 대하여 사회기반시설물의 종합적 위험도를 평가하는 연구는 활발히 진행되고 있다(Mangalathu et al., 2020; Urlainis et al., 2022). 사회기반시설 중 하나인 물공급시설은 공간적으로 광범위하게 서로 연결되어 분포하고 있으며, 특히 지하에 대부분 매설되어 있어 지진과 같은 자연재난이 발생하였을 경우 국부적인 피해에 따라 전체 시스템의 기능이 정지되어 많은 시민의 피해가 초래될 수 있다. 물공급시설의 수리적 가용성을 고려하여 지진위험도를 평가한 선행 연구가 있었다. Yoo, Jung et al. (2016)은 상수도시스템의 지진에 의한 물리적 파손 피해정도에 따라 발생되는 물공급의 정도를 물공급가용성(Serviceability)로 정량화하여 도출하였다. 그리고 도출된 물공급가용성을 높이기 위한 사전설계 및 보수, 보강 방안을 최적화 및 다기준의사결정 기법을 적용하여 제시하였다(Yoo, Kang et al., 2016). 이와 같은 연구는 상수도시스템의 단일 인프라를 대상으로 지진 발생시 공급신뢰성을 정량적으로 평가하고, 전략적 설계 및 유지관리 방안을 제시하는데 초점이 있다. Lim (2022)은 도시지역 전체를 대상으로 지진 발생에 따른 다양한 사회기반인프라의 피해특성과 인명피해 정도를 직간접적으로 평가하여 종합적 지진피해위험도를 산정하는 방법론을 제안하고 이를 두 지역에 적용하여 비교분석하였다. 해당연구에서는 도시지역의 종합적 지진위험도를 평가하기 위하여 건물위험도, 화재위험도, 대피위험도, 단수위험도의 총 4가지 인자를 활용하였다. 지진에 따른 건물의 피해 또는 붕괴 위험도를 내진설계적용여부, 건물의 유형별 중요도 고려, 경사도 및 노후도를 고려하여 정량화하였다. 또한 건축물의 용도별 화재하중위험도와 건물의 밀집도를 협소도로정보를 활용하여 화재발생시의 연소될 위험도를 평가하였다. 그리고, 지진 발생에 따른 인명피해의 위험 정도를 간접적으로 평가하기 위하여 행정구역의 대피 예상인구를 유효도로 면적으로 나누어 산정하여 대피위험도를 산출해 제시하였다. 마지막 항목으로 단수위험도는 Yoo, Jung et al. (2016)에서 제시한 물공급가용성을 산정하고, 1에서 물공급가용성을 뺀 값을 단수위험도로 제시하였다. 해당 인자들은 도시지역의 읍, 면, 동 단위로 산정되며 가중치를 적용하여 0과 1사이의 위험도로 표현되게 되며 이를 프로그래밍하여 소프트웨어화 하였다.

물공급시설은 지진 발생의 경우 수량적 공급성의 저하 뿐만 아니라 수질적 문제에 의한 음용 또는 생활용수로서의 사용의 어려움이 수반된다. Davis (2014)는 미국에서 발생된 실제지진사례에서 상수도시스템의 경우 관로의 물리적 피해, 수리학적 공급성 저하 뿐만아니라, 관로 내 물의 체류시간 증가와 소독능저하와 같은 수질적 기능의 저하가 실제 발생되었으며, 수질적 기능이 회복에도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 것을 제시하였다.

따라서 기존 선행연구의 4개 위험도 평가 지표항목들(건물, 화재, 대피, 단수 위험도)에 물의 수질적 공급 안전성의 추가적인 평가가 필요하다. 본 연구에서는 중규모 및 대규모 지진에 의한 물공급시설의 수리적 및 수질적 공급 가용성에 대한 도시지역의 위험성을 평가하고 국내의 A시에 적용하여 그 결과를 비교분석하였다.

본 연구에서는 Fig. 1과 같이 Lim (2022)의 선행연구에서 사용된 4개의 인자인 건물위험도, 대피위험도, 화재위험도, 수리적 가용성의 4가지 인자에 수질적 공급 안정성을 추가하여 지진위험도를 평가하였다. 수리적 가용성은 REVAS.NET (Yoo, Jung et al., 2016) 모형을 활용하여 물공급가능성을 0과 1사이로 정량화하여 제시하였다. 수리적 공급가용성은 0-1사이의 값으로 산출되며, 1일 경우 지진의 상황에도 필요한 수량을 모두 공급 가능하다는 의미, 0일 경우 지진에 의한 피해에 따라 소비자가 필요한 수량을 전량 공급 불가능함을 의미하므로, 1에서 물공급가용성을 뺀 값을 단수위험도로 제시하였다.

본 연구에서 추가적으로 고려한 지표인 지진 발생 시 물공급 시스템의 수질 안정성을 평가하기 위해 관망 내 체류시간(Water Age) 분석을 수행하였다. 체류시간은 정수 처리된 물이 소비자에게 공급되기까지 걸리는 시간을 의미, 수질 공급 안정성을 간접적으로 평가하는 유용한 지표로 활용된다. 다음의 각 소절에서는 위험도 5개 인자 중 Lim (2022)에서 제시한 4개 인자에 대한 간략한 설명을 제시하고, 새롭게 제시한 5번째 인자인 수질적 공급 위험도 산정 방법을 세부적으로 제시하였다.

본 연구에서는 국내 A시의 지진위험도 평가를 위해 선행연구에서 사용된 4개의 인자에 수질적 가용성에 대한 인자를 추가하여 법정동별 결과를 분석하였다. 분석 결과, 수리적 가용성의 경우 지진 규모가 커질 경우 피해도가 급격히 커지는 것이 확인 가능하였으나 수질적 가용성의 경우 수리적 가용성에 비해 피해도가 커지지 않는 점이 확인되었다. 이것은 수질적 공급 위험도는 물공급 경로의 극단적 단절상황을 제외하고는 낮게 나타나나, 일정규모 이상의 지진이 발생될 경우 건물위험도, 대피위험도, 화재위험도, 그리고 단수위험도는 일정수준 이상의 위험도가 있음을 확인할 수 있다. 수질적 공급위험도를 고려할 경우 전체적인 도시지역의 종합지진위험도는 상승하는 결과가 초래되었다. 이와 같이 지진위험도 평가 시 모든 인자의 가중치를 일률적으로 적용하는 것은 지역의 특징과 환경을 올바르게 반영하는 것이 아니므로, 여러 가지 방법을 통하여 인자별 가중치를 현실적으로 산정하는 과정이 향후 반드시 필요하다. 선행연구들에 의하면 상수도시설에 지진이 발생하였을 경우, 인프라의 구조적 피해 뿐만아니라 수리적인 공급성의 문제가 발생되지만 궁극적으로는 음용에 적합한 신뢰성 있는 수질기준에 맞는 물공급이 되어야 인프라의 적정기능을 회복하였다고 볼 수 있다. 따라서 중규모 지진에 의한 피해가 발생가능한 국내의 경우 수리적 공급성 뿐만아니라 수질적 공급안전성을 포함한 분석이 수행된 본 연구가 보다 현실적인 결과라 평가할 수 있다.

본 연구에서 제안한 다양한 사회기반인프라의 공급성능 중 수질적 공급특성을 고려한 종합위험도평가 방법론은 지진 발생시 상수관망의 파손으로 인한 수질 악화 문제 예방이 가능하며, 수질 오염을 고려한 종합적인 복구 계획을 통해 우선 복구지역 선정 등 효율적인 복구 작업이 가능하도록 한다. 향후 고도화된 연구를 통해 도시 설계 시 수질 관리와 재난 대비를 동시에 고려한 지속 가능한 인프라 개선이 가능할 것으로 기대된다.