地震シナリオにおける都市給水システムのレジリエンス

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20555 (2022) この記事を引用

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給水システムに対する脅威の数と強度は増大しています。 地震などの自然災害は、特に老朽化したインフラを備えた給水ネットワーク (WDN) にさまざまな種類の損害を引き起こしています。 この論文では、地震の危険にさらされた既存の配水ネットワークの回復力を調査します。 確率的流れに基づく圧力駆動需要水力モデルと組み合わせた地震発生モデルを調査し、既存の WDN に適用します。 合計 27 の地震シナリオと 2 つの修復戦略がシミュレーションされました。 分析では、圧力、漏水需要、給水能力、影響を受ける人口などの水力学的回復力の指標を調査しました。 結果は、一部の地震シナリオでは節点圧力が公称圧力を下回り、ゼロに達することを示しています。 漏洩需要は地震後数時間以内に 10 m3/s 以上に達する可能性があります。 たとえば、6.5M の地震の場合、給水能力は最低 40% に低下し、影響を受ける人口は最大 90% に達します。 この調査では、シミュレートされた WDN 内の脆弱性が強調表示され、定量化されます。 ここで概説したツールは、(1) 最終的に公共水道の安全計画をより適切に知らせるのに役立ち、(2) この種の危険が発生する前に軽減/修復するための事前の戦略を準備することができるアプローチを示しています。

配水ネットワーク (WDN) は重要インフラ (CI)1 です。 WDNは、人々の幸福と持続可能な経済に不可欠なシステム、設備、技術、サービスなどで構成されています。 WDN は、重大な損害やサービスの中断を引き起こす可能性のある幅広い脅威に直面しています。 これらの脅威には、インフラの老朽化、自然災害、人為的災害が含まれます。 WDN は、レイアウトと機能は似ていますが、サイズ、場所、脆弱性が異なります。 したがって、水道事業者は WDN の回復力を高め、そのような脅威を克服するための戦略を実施し、カスタマイズされた水安全計画 (WSP) を開発しています。

地震、干ばつ、火災、ハリケーン、洪水、暴風雨などの自然災害は、WDN、特に老朽化したインフラストラクチャを使用する WDN に広範囲の被害を引き起こしています。 研究者らは、水道システムなどの重要なインフラに対する自然災害の余波を推定する方法を提案している。 以前の研究では、パイプの漏れや破損などの被害が報告されています。 処理プラント、ポンプ、貯水池、タンクの故障。 停電; 水質の損失、供給物や施設へのアクセスの減少。 システム担当者に対するその他の悪影響2、3、4。 汎米保健機関 (PAHO)5 は、自然災害が水道システムに与える可能性のある被害を調査した結果、WDN にとって最も破壊的な可能性があるのは地震であると報告しました。 その理由は、(1) 地震は火災、停電、WDN 資産や施設の構造破壊などの連鎖的な被害を引き起こす、(2) WDN コンポーネントは地震の減衰がより激しく、被害が起こりにくい地下に埋設されているためです。検出および修復6,7。

たとえば、19068 年に 1 分間続いたサンフランシスコの大地震では、数千本のパイプが破壊され、火の流れが不足し、その結果火災が 3 日間続き、800 人が死亡し、大規模な物的損害が発生しました。 1995 年の阪神淡路大震災 9 では、4,000 本以上の配管が損傷し、100 万人以上の人々が水道サービスを利用できなくなりました。 サンフェルナンド地震とノースリッジ地震10により、数十の水道本管が損傷し、水道サービスが数週間にわたって失われました。 最近の地震では、耐震材料や耐震技術が進歩したにもかかわらず、WDN に重大な被害が生じています。 2014 年のナパ南部地震は、WDN の脆弱性をさらに明らかにしました。 150 件を超える水道本管の破損が報告され、地震後の 6 つの大規模な火災で消火活動に必要な水の量が消防士に不足した11。 カーター 12 は、水道管の破損によるカビの発生が、揺れそのものよりも大きな被害をもたらすのではないかとの懸念を強調した。 2016 年の熊本地震は、地震の脅威に対する WDN の脆弱性を最近思い出させたもう一つの出来事です。 地震により数日間断続的に断水が発生した13。