[논문 리뷰] NDSHA: robust and reliable seismic hazard assessment

G. F. Panza|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 09.

Seismic Performance and Analysis참고 문헌 29인용 수 7

한 줄 요약

NDSHA는 지진 지반운동을 소스 함수와 그린 함수의 텐서 곱으로 모델링하여 전체 지진원, 경로 및 현장 효과를 포함하는 물리 기반의 지진 위험 평가 방법을 제시한다. 경험적 감쇠 모델에 의존하지 않으며, 이탈리아와 네팔의 최근 지진으로 검증된 바 있어 안정적이고 보수적인 위험 추정을 제공한다.

ABSTRACT

The Neo-Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA) method reliably and realistically simulates the suite of earthquake ground motions that may impact civil populations as well as their heritage buildings. The modeling technique is developed from comprehensive physical knowledge of the seismic source process, the propagation of earthquake waves and their combined interactions with site effects. NDSHA effectively accounts for the tensor nature of earthquake ground motions formally described as the tensor product of the earthquake source functions and the Green Functions of the pathway. NDSHA uses all available information about the space distribution of large magnitude earthquake, including Maximum Credible Earthquake (MCE) and geological and geophysical data. It does not rely on scalar empirical ground motion attenuation models, as these are often both weakly constrained by available observations and unable to account for the tensor nature of earthquake ground motion. Standard NDSHA provides robust and safely conservative hazard estimates for engineering design and mitigation decision strategies without requiring (often faulty) assumptions about the probabilistic risk analysis model of earthquake occurrence. If specific applications may benefit from temporal information the definition of the Gutenberg-Richter (GR) relation is performed according to the multi-scale seismicity model and occurrence rate is associated to each modeled source. Observations from recent destructive earthquakes in Italy and Nepal have confirmed the validity of NDSHA approach and application, and suggest that more widespread application of NDSHA will enhance earthquake safety and resilience of civil populations in all earthquake-prone regions, especially in tectonically active areas where the historic earthquake record is too short.

연구 동기 및 목표

• 인간과 문화유산 구조물에 영향을 주는 지반운동을 현실적으로 시뮬레이션할 수 있는 지진 위험 평가 방법을 개발하기 위해.
• 스칼라 경험적 감쇠 모델의 한계를 극복하기 위해. 이는 제약이 많고 지반운동의 텐서 성격을 忽시하기 때문이다.
• 불확실한 확률적 지진 발생 모델에 의존하지 않고도 구조물 설계 및 완화를 위한 안정적이고 보수적인 위험 추정을 제공하기 위해.
• 단기 지진 기록이 짧은 지역에서 지질학적, 지물리학적, 역사적 지진 데이터를 통합하여 종합적인 위험 평가를 수행하기 위해.
• 특정 응용을 위해 필요할 경우 다스케일 지진성 모델과 구글베르크-리히터 법칙을 활용하여 시간에 따라 변화하는 위험 모델링을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• NDSHA는 지반운동을 지진원 함수와 전파 경로의 그린 함수의 텐서 곱으로 모델링한다.
• 지진원 과정, 파동 전파 및 현장의 국지적 영향에 대한 전면적인 물리적 지식을 활용하여 지반운동 성분을 시뮬레이션한다.
• 지질학적 및 지물리학적 데이터를 바탕으로 공간적으로 분포된 대규모 지진, 특히 최대 신뢰할 수 있는 지진(MCE)을 포함하여 모델링한다.
• 지반운동의 텐서 표현을 완전히 반영한 결정론적 파동 전파 시뮬레이션에 의존함으로써 스칼라 경험적 감쇠 모델을 피한다.
• 시간에 따라 변화하는 응용을 위해, 다스케일 지진성 프레임워크 내에서 구글베르크-리히터 법칙을 적용하여 모델링된 원천에 발생 빈도를 할당한다.
• 지진 발생에 대한 확률적 가정 없이도 원천, 경로 및 현장 효과 간의 물리적 일관성을 유지함으로써 보수적인 위험 추정을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지반운동의 텐서 성격을 더 잘 반영하기 위해 지진 위험 평가는 어떻게 개선될 수 있는가?
• RQ2 스칼라 경험적 감쇠 모델은 지진 위험 분석에서 어떤 한계를 가지며, 이를 어떻게 극복할 수 있는가?
• RQ3 NDSHA와 같은 물리 기반 방법이 기존의 확률적 접근보다 더 신뢰성 있고 보수적인 위험 추정을 제공할 수 있는가?
• RQ4 NDSHA는 지진 기록이 짧은 지역, 예를 들어 지각운동 활성 지역에 적용되었을 때 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ5 NDSHA는 시민 기반 인프라와 문화유산 건물의 지진 대비 능력 및 안전성을 어느 정도 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• NDSHA는 경험적 감쇠 모델에 의존하지 않고 지반운동의 전면적인 텐서 성격을 모델링함으로써 안정적이고 보수적인 지진 위험 추정을 제공한다.
• 지질학적, 지물리학적, 역사적 지진 데이터를 효과적으로 통합하여 대규모 지진, 특히 최대 신뢰할 수 있는 지진(MCE)을 모델링한다.
• 최근 이탈리아와 네팔의 파괴적인 지진 관측 결과는 NDSHA 접근법이 실제 사례에서 유효함을 확인한다.
• NDSHA는 지진 발생에 대한 확률적 가정 모델에 대한 가정을 제거함으로써 위험 평가의 불확실성을 감소시킨다.
• NDSHA의 적용은 지진 기록이 짧은 지각운동 활성 지역에서 특히 지진 안전성과 복원력을 향상시킨다.
• 다스케일 지진성 모델과 구글베르크-리히터 법칙과의 통합을 통해 결정론적 및 시간에 따라 변화하는 위험 평가를 모두 지원한다.