본 연구는 극한 기후 현상에 따른 도시 핵심 인프라의 취약성이 증가하고 있다는 문제의식에서 출발하여, 전력–수자원 시스템 간 상호의존성을 고려한 회복탄력성 강화 프레임워크를 제안한다. 대규모 도시 인프라를 분석하는 데 있어 데이터 부족 및 보안상의 제약이 존재함을 고려하여, 공공 지리 정보 및 통계 자료를 활용해 서울 수도권 지역을 대상으로 전력망과 상수도 공급망 간의 복합적인 상호의존성을 모사하는 합성 네트워크를 구축하였다. 본 연구에서는 핵심 수자원 인프라 노드에 대한 전력 공급을 우선적으로 보장하고, 단절점과 같은 구조적 네트워크 취약성을 최소화하기 위해 계층적 다목적 탐욕 알고리즘을 개발하여 분산전원의 최적 배치를 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 총 92개의 분산형 전원 자원을 전략적으로 배치함으로써 전력망 내 11개의 핵심 단절점이 제거되었으며, 전력망의 평균 매개 중심성은 약 20 % 감소하고 평균 군집 계수는 5.9 % 증가하는 등 네트워크 회복탄력성이 유의미하게 향상되었다. 또한 전력망의 30 %가 손실되는 극한 재난 시나리오 하에서, 상수도 시설의 생존율은 기존 시스템 대비 7.7 % 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 물리적 설비 강화 중심의 기존 접근 방식과 더불어, 네트워크 위상 최적화를 병행하는 전략이 도시 에너지 및 수자원 공급 안정성 확보에 필수적임을 시사한다. 본 연구에서 제안한 프레임워크는 제한된 자원을 도시 인프라 운영을 위해 효율적으로 배분하기 위한 데이터 기반 의사결정 지원 도구로서, 향후 기후 불확실성에 대비한 도시 전력–수자원 인프라 구축 및 정책 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

This study addresses the increasing vulnerability of critical urban infrastructure to extreme climate events by proposing a framework for enhancing the resilience of interdependent power and water systems. Recognizing a limited data availability and access in analyzing large-scale urban infrastructure, we constructed a synthetic network for the Seoul Metropolitan Area using public geographic and demographic data to model the functional interdependency between power grids and water supply networks. A hierarchical multi-objective greedy algorithm was developed to optimize the placement of distributed generation, prioritizing power supply to critical water infrastructure. As a result, the articulation points which represent nodes whose removal disconnects the network into multiple connected components are identified. The results demonstrated that significant improvements in system resilience can be made by strategically deploying 92 distributed generation units. With this, 11 critical articulation points were eliminated, the betweenness centrality of the power grid were reduced by 20 %, and the clustering coefficient by 5.9 %. Furthermore, under an extreme climate event scenario involving a 30 % loss of the power grid, the power supply rate of water facilities during failure events improved by 7.7 % compared to the existing system. The study findings indicate that securing stable urban energy and water supply requires not only a physical reinforcement of infrastructure is needed, but also network topological optimization approach. The proposed framework provides a quantitative, date-driven analysis for future water-power infrastructure operational decisions to allocate limited resources efficiently, thereby enhancing urban infrastructure resilience against climate extremes.

요약문
ABSTRACT
1. 서 론
2. 연구방법
    2.1 네트워크 토폴로지 (Network topology) 기반취약성 분석
    2.2 분산전원 배치 시나리오
3. 결과 및 고찰
    3.1 분산전원 배치 시나리오 결과
    3.2 네트워크 토폴로지 지표를 통한 분산전원 배치전후 비교
    3.3 전력망 고장률에 따른 수도시설 전력 공급 유지비율 비교
    3.4 도시 물-에너지 인프라의 구조적 회복탄력성향상 방안
4. 결 론
사 사
References

• 박제량(홍익대학교 건설환경공학과) | Jeryang Park (Department of Civil and Environmental Engineering, Hongik University)
• 한승희(고려대학교 에너지환경대학원 에너지환경정책기술학과) | Seunghee Han (Department of Energy and Environmental Policy and Technology, Korea University)
• 김여원(고려대학교 에너지환경대학원 에너지환경정책기술학과, 고려대학교 융합에너지공학과) | Yeowon Kim (Department of Energy and Environmental Policy and Technology, Korea University, Department of Integrative Energy Engineering, Korea University) Corresponding author