ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 97
Transport
2013
Barbara Rymsza
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
OCENA WRALIWOCI TRANSPORTU
DROGOWEGO NA ZMIANY KLIMATU
PROGNOZOWANE DO KOCA XXI WIEKU
Rkopis dostarczono, maj 2013
Streszczenie: Przedstawiana praca ma na celu analiz przewidywanych zmian klimatu w odniesieniu do
transportu drogowego.
Przyjto zaoenie, e naley rozpatrywa jedynie te czynniki klimatu, które w wyniku oddziaywania na
elementy sektora transportu determinuj znaczce pogorszenie funkcjonowania sektora.
W pracy przedstawiono wraliwo drogowej infrastruktury transportowej na oddziaywanie zmian
klimatu, dekretujc stopie oddziaywania zgodnie z przyjt skal wraliwoci, oraz wyniki analizy
prognozowanych wartoci rednich charakteryzujcych zmiany klimatu urednione na terenie Polski.
Przeprowadzona w pracy analiza prognozowanych zmian klimatu pozwala na okrelenie istotnoci
oddziaywania tych zmian na drogow infrastruktur transportow.
Sowa kluczowe: infrastruktura transportowa, zmiana klimatu, strefy klimatyczne, adaptacja
1. WPROWADZENIE
Przedstawiana praca1 jest wynikiem bada i analiz przeprowadzonych w Polsce w celu
zidentyfikowania potencjalnych zmian klimatu, które mog wpywa na funkcjonowanie
transportu: drogowego, kolejowego, lotniczego i eglugi ródldowej [5÷7].
W niniejszym artykule zaprezentowano wyniki bada dotyczce wraliwoci transportu
drogowego na obecne i prognozowane oddziaywanie klimatu oraz wskazano kierunki
adaptacji transportu drogowego do tych zmian, zaprezentowano nowe podejcie do
problemu zmian klimatu w kontekcie adaptacji do zmian a nie przyczyn ich powstawania.
Moliwo realizacji usugi transportowej analizowano biorc pod uwag:
- infrastruktur transportow, w zakresie: projektowania i budowy, utrzymania
w sprawnoci technicznej oraz warunków remontu lub przebudowy budowli,
1
Artyku powsta w wyniku realizacji projektu KLIMADA "Opracowanie i wdroenie Strategicznego Planu
Adaptacji dla sektorów i obszarów wraliwych na zmiany klimatu" realizowanego przez Instytut Ochrony
rodowiska - PIB na zamówienie Ministra rodowiska i finansowanego przez Narodowy Fundusz Ochrony
rodowiska i Gospodarki Wodnej.
444
Barbara Rymsza
-
rodki transportu w zakresie: rozwiza materiaowo-konstrukcyjnych, warunków
uytkowania, stosowanego paliwa i materiaów eksploatacyjnych,
- warunki realizacji usugi; niezawodno, terminowo, bezpieczestwo oraz komfort
pasaerów i obsugi, nazywane dalej komfortem socjalnym.
W pracy przyjto zaoenie, e naley rozpatrywa jedynie te czynniki klimatu, które
determinuj znaczce pogorszenie usugi transportowej lub cakowicie uniemoliwiaj jej
realizacj. Z tego wzgldu wprowadzono uproszczony opis klimatu, który umoliwia
podjcie interdyscyplinarnej dyskusji na temat spodziewanych zmian klimatu i ich
oddziaywania na sektor transportu.
Przeanalizowano, na podstawie badan ankietowych, obecn wraliwo sektora
transportu na czynniki klimatyczne (wyniki bada ankietowych przeprowadzonych na
zlecenie Ministerstwa Infrastruktury, przedstawiono w pracy [1]) oraz przeprowadzono
symulacje majce na celu opracowanie scenariuszy zmian klimatu, w perspektywie do
roku 2090.
Wykorzystujc studia literaturowe na temat oddziaywania klimatu na obiekty
budowlane oraz scenariusze zmian klimatu opracowano ocen wraliwoci drogowej
infrastruktury transportowej, która moe stanowi podstaw do podejmowania dziaa
w zakresie adaptacji do prognozowanych zmian klimatu. Wykaz bibliografii stanowicej
podstaw opracowa [5 i 6] obejmuje blisko 200 pozycji (w tym: prace [2÷4, 8÷14] oraz
32 akty prawne i 67 norm).
2. OCENA WRALIWOCI TRANSPORTU DROGOWEGO
W celu przeprowadzenia analizy oddziaywania klimatu na sektor transportu drogowego
zaproponowano Umowne Kategorie Klimatu (UKK) oraz skal wraliwoci sektora
transportu na oddziaywania klimatu (tab. 1 i 2). Uproszczony sposób opisu klimatu i jego
oddziaywania na sektor transportu umoliwi wykazanie, które czynniki maj istotny
wpyw na funkcjonowanie sektora, a które jako mniej wane mona w tak ogólnej analizie
– pomin.
Tablica 1
Umowne Kategorie Klimatu (UKK) o istotnym wpywie na sektor transportu
L.p.
UKK
Opis czynników skadajcych si na dan kategori
1.
Mróz
bardzo niska temperatura, przemarzanie gruntu, pokrywa lodowa
na ciekach wodnych, gooled
2.
nieg
intensywne opady przy niskiej temperaturze powietrza, zamiecie
niene, pokrywa niena, gradobicie
3.
Deszcz
intensywne opady deszczu w dodatniej temperaturze powietrza,
wystpowanie powodzi lub podtopie
4.
Wiatr
bardzo silny wiatr i wyadowania atmosferyczne (sztorm,
huragan, trba powietrzna), rónice cinienia atmosferycznego,
turbulencja
Ocena wraliwoci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do …
445
c.d. tablicy 1
5.
Upa
bardzo wysoka temperatura, usonecznienie
6.
Mga
zjawiska ograniczajce widzialno, mga, niska podstawa chmur,
py wulkaniczny
Tablica 2
Skala wraliwo
ci sektora transportu na oddziaywania klimatu
Stopie
0
Warunki
neutralne
1
utrudniajce
2
ograniczajce
3
uniemoliwiajce
Charakterystyka oddziaywania
warunki korzystne lub obojtne
warunki utrudniajce funkcjonowanie, wystpuj
odczuwalne utrudnienia w funkcjonowaniu sektora
warunki bardzo uciliwe, obok utrudnie
wystpuj szkody, które powoduj ograniczenia w
funkcjonowaniu sektora
warunki uniemoliwiajce funkcjonowanie
wskazanego elementu sektora
Moliwo realizacji usugi transportowej, w kontekcie obecnie obserwowanego
oddziaywania klimatu, okrelono na podstawie analizy bibliografii oraz bada
ankietowych i przedstawiona w tab. 3.
Tablica 3
Zakres oddziaywania UKK na transport drogowy
L.p.
UKK
Infrastruktura
rodek
transportu
Komfort
socjalny
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Mróz
nieg
Deszcz
Wiatr
Upa
Mga
2
3
3
3
2
1
2
1
1
2
1
0
2
2
1
1
2
2
3. PROGNOZOWANE ZMIANY KLIMATU
Uznano, e urzdzenia transportowe (w zakresie: rozwiza materiaowokonstrukcyjnych, warunków uytkowania, stosowanego paliwa i materiaów
eksploatacyjnych) oraz komfort socjalny (w zakresie warunków realizacji usugi,
niezawodnoci, terminowoci, bezpieczestwa oraz komfortu pasaerów, obsugi i cargo)
mona dostosowa do zmieniajcych si warunków na bieco. Natomiast adaptacj do
zmian klimatu naley sukcesywnie wprowadza przede wszystkim w odniesieniu do
infrastruktury transportowej, która jest budowana na dugi okres funkcjonowania (np. 100
lat).
446
Barbara Rymsza
Polska jest krajem o klimacie umiarkowanym. Sposób uwzgldniania oddziaywania
klimatu na infrastruktur transportow okrelaj normy budowlane (m.in. Eurokody).
Zawieraj one tzw. zaczniki krajowe, w których s opisane strefy klimatyczne odnonie
do obcienia niegiem i wiatrem, gbokoci przemarzania gruntu, temperatury powietrza
(latem i zim) i opadu deszczu (por. tab. 4).
Przyjte w normach strefy klimatyczne oraz wartoci parametrów okrelajcych
oddziaywanie klimatu na obiekty budowlane s wynikiem wieloletnich obserwacji
klimatu. W niniejszej pracy posuyy one take do wytypowania 8 regionów
referencyjnych (obszary A÷H pokazano na rys. 1), które umoliwiaj syntetyczne
przedstawienie wybranych parametrów i uatwiaj ledzenie prognozowanych zmian.
Tablica 4
Przykadowe strefy klimatyczne i miejscowo
ci zlokalizowane na ich terenie
Strefy klimatyczne
i miejscowo
ci zlokalizowane na ich terenie
T > [oC]
PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1:
-26
-28
-30
-32
-34
-34
Oddziaywania na konstrukcje.
Szczecin
Olsztyn
Oddziaywania termiczne
Pozna
eba Subice Wa-wa
Elblg Zamo
Suwaki
(okres zimowy T=Tmin)
Wrocaw
Kraków
T < [oC]
PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1:
34
36
38
40
40
Oddziaywania na konstrukcje.
Olsztyn,
Szczecin
Oddziaywania termiczne
Warszawa Subice
Suwaki
Hel
eba
(okres letni T=Tmax)
ód
,
Kielce
Pozna
Kraków
Wrocaw
Norma normy
PN-86/B-02015 Obcienia
budowli - Obcienia zmienne
rodowiskowe - Obcienie
temperatur
I dla pory zimowej: cay obszar kraju Tmin = -24oC
II dla pory letniej: cay obszar kraju Tmax = 27oC
Strefa I
Strefa II
Strefa III
Strefa IV
Koszalin,
Gdask,
Pozna
Suwaki
Jelenia Góra
Olsztyn
Biaystok
Zakopane
Wrocaw,
Rzeszów
Warszawa
Strefa I
Strefa II
Strefa III Strefa IV Strefa V
PN-EN 1991-1-3 Eurokod 1: Zielona
Gdask,
Koszalin
Olsztyn
Oddziaywania na konstrukcje. Góra
Kielce
Wrocaw Pozna
Zakopane
Obcienie niegiem
Kraków, Suwaki
Jelenia
Warszawa
Biaystok
Rzeszów
Góra
Strefa I
Strefa II
Strefa III
PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1: Warszawa, Pozna,
Jelenia
Góra
Oddziaywania na konstrukcje. Kielce, Wrocaw,
Koszalin
Zakopane
Oddziaywania wiatru
Suwaki, Olsztyn,
Gdask
Wabrzych
Biaystok
hz=0,80 m
hz=1,0 m
hz=1,2 m
hz=1,4 m
PN-81/B-03020 Grunty
Gdask, Olsztyn
Koszalin
Biaystok
budowlane. Posadowienie
Jelenia Góra
Pozna
Zakopane
Suwaki
bezporednie budowli.
Warszawa,
Wrocaw
Kielce
Rzeszów
PN-80/B-02010 Obcienia
w obliczeniach statycznych –
Obcienie niegiem
Ocena wraliwoci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do …
447
Rys. 1. Obszary referencyjne przyjte do opisu stref klimatycznych na terenie Polski [5]
Dla regionów referencyjnych Zespó ICM z Uniwersytetu Warszawskiego wyznaczy,
prognozowane do 2090 r., wartoci wybranych 16 parametrów.
Baza danych scenariusza zmian klimatu zostaa opracowana na podstawie.
- danych obserwacyjnych za okres od 1951 do 2011 r.;
- symulacji obejmujcych lata od 1970 do 2098 r. (wyniki projektu EU ENSEMBLES),
- dla pól o rozdzielczoci przestrzennej 25 x 25 km.
W celu wygenerowania danych sucych do oceny przewidywanych zmian klimatu,
istotnych dla sektora transportu, przyjto zaoenie, e analiza obejmuje:
- sze 20-letnich przedziaów czasowych: 1971÷1990, 1991÷2010, 2011÷2030,
2031÷2050, 2051÷2070 i 2071÷2090;
- wartoci parametrów, które s redni roczn z okresów 20-letnich przypisano do roku
koczcego dane dwudziestolecie, które okrelono, jako: 1990, 2010, 2030, 2050,
2070, 2090;
- osiem regionów referencyjnych i teren caej Polski;
- ocen zmiany parametrów charakteryzujcych poszczególne Umowne Kategorie
Klimatu: UKK-Mróz, UKK-nieg, UKK-Deszcz, UKK-Wiatr, UKK-Upa, (UKKMga nie podlegaa ocenie z powodu braku parametrów oceny w programach
symulacyjnych);
- dane wygenerowano w postaci wartoci redniej oraz jako percentyl 90.
Przeprowadzone symulacje umoliwiy ledzenie zmian parametrów opisujcych
448
Barbara Rymsza
poszczególne UKK. W niniejszej pracy zaprezentowano jedynie przykadowe wyniki. Na
rys. 2.÷6. przedstawiono graficzn interpretacj zmiany temperatury powietrza, okresu
zalegania niegu na gruncie oraz opadów deszczu.
Analiza przewidywanych zmian klimatu wskazuje na to, e:
- nastpi ocieplenie, wyraone wzrostem redniej temperatury dobowej T oraz
zmniejszeniem liczby dni chodnych, np. o Tmin < -20oC (por. rys. 2. i 3.),
- zmniejszy si okres zalegania pokrywy nienej na gruncie (por. rys. 4.),
- zwiksz si opady, wyraone wzrostem maksymalnego opadu dobowego oraz liczb
dni z opadami ekstremalnymi (por. rys. 5. i 6.),
- oceniane parametry klimatu bd si charakteryzoway du zmiennoci
w odniesieniu do wartoci ekstremalnych.
Rys. 2. rednia dobowa temperatura powietrza T [oC], wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów
referencyjnych (warto rednia)
Ocena wraliwoci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do …
449
Rys. 3. Liczba dni w roku z temperatur Tmin < -20oC, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów
referencyjnych (warto rednia)
450
Barbara Rymsza
Rys. 4. Liczba dni w roku z pokryw nien, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów
referencyjnych (warto rednia)
Ocena wraliwoci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do …
Rys. 5. Maksymalny opad dobowy [mm/d], wyznaczony dla obszaru Polski i 8 regionów
referencyjnych (warto rednia)
451
452
Barbara Rymsza
Rys. 6. Liczba dni w roku z opadem wikszym ni 20mm, wyznaczona dla obszaru Polski
i 8 regionów (percentyl 90)
Zaprezentowane dane klimatyczne to efekt prognoz obarczonych bdem trudnym do
oszacowania, z tego wzgldu naley je traktowa, jako prognozy jakociowe, a nie
ilociowe.
Ocena wraliwoci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do …
453
4. WRALIWO INFRASTRUKTURY DROGOWEJ
NA ZMIAN KLIMATU
Wynik analizy zmian klimatu wyraono wraliwoci drogowej infrastruktury
transportowej i przedstawiono w tab. 5.
Tabela 5
Negatywne oddziaywanie prognozowanych zmian klimatu na infrastruktur drogow
L.p.
UKK
Stopie wraliwoci
1.
Mróz
0
2.
nieg
0
3.
Deszcz
3
4.
Wiatr
3
5.
Upa
2
6.
Mga
0
Zaprezentowane wyniki wskazuj, e w perspektywie do koca XXI wieku s
przewidywane zmiany klimatu polegajce na postpujcym ociepleniu, a to nie stanowi
istotnego zagroenia w stosunku do trwaoci i bezpieczestwa obiektów infrastruktury
drogowej.
Najwikszym zagroeniem mog by ekstremalne opady deszczu. Zatem naley
przeanalizowa wymagania dotyczce budowy dróg na terenach wraliwych na
dugotrwae i intensywne opady (na terenach, na których mog wystpi podtopienia lub
powodzie). wiato mostów i przepustów na w/w terenach naley sprawdzi na
okoliczno wystpienia dugotrwaych opadów ekstremalnych. Konieczna moe by
weryfikacja niwelety drogi na dojazdach do mostów, szczególnie w miejscach, w których
podczas powodzi wystpowaa utrata przejezdnoci mostu w wyniku zalania dojazdów.
Zagroone zalaniem mog by take tunele i podziemne przejcia dla pieszych.
Odrbnym zagadnieniem s wtpliwoci, co do poprawnoci prognoz dotyczcych
wiatru, które nie przewiduj zmian w oddziaywaniu wiatru. Jednoczenie obserwujemy
coraz czciej wystpowanie bardzo silnego wiatru, który moe stanowi zagroenie dla
bezpieczestwa mostowych obiektów wiszcych i podwieszonych.
W odniesieniu do okresu zalegania pokrywy nienej naley bardzo ostronie
przyjmowa zapowied
znaczcego skrócenia tego okresu. Mimo wystpujcego
ocieplenia klimatu, mog take wystpowa niene zimy i na to, szczególnie w klimacie
Europy rodkowej, naley by przygotowanym.
454
Barbara Rymsza
Bibliografia
1. Ankieta Departamentu Polityki Transportowej i Spraw Midzynarodowych dotyczca wpywu
ekstremalnych zjawisk pogodowych na funkcjonowanie transportu, rozesana pismem nr MP-2ww-0762/2010, wrzesie-pa
dziernik 2010 r.
2. Graczyk M.: Nono konstrukcji nawierzchni wielowarstwowych w krajowych uwarunkowaniach
klimatycznych. Wydawnictwo IBDiM, Studia i materiay z. 63, Warszawa 2010, ISSN 0239-8575.
3. Kotowski A., Ka
mierczak B., Dancewicz A: Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji, Studia
z zakresu inynierii nr 68, PAN, Komitet Inynierii Wodnej i Ldowej, Instytut Podstawowych
Problemów Techniki, Warszawa 2010, ISBN 978-83-89687-53-1.
4. Radzikowski M.: Stan techniczny nawierzchni sieci dróg krajowych na koniec 2011 r. Drogownictwo nr
7-8, 2012, s. 231-243.
5. Rymsza B: Opracowanie podstaw adaptacji sektora transportu do zmian klimatu. Maszynopis IBDiM,
Warszawa, sierpie 2012 r.
6. Rymsza B.: Opracowanie podstaw adaptacji sektora budownictwa do zmian klimatu. Maszynopis IBDiM,
Warszawa, sierpie 2012 r.
7. Rymsza B.: Opracowanie wska
ników wraliwoci sektora transportu na zmiany klimatu. Wybór
kluczowych elementów systemu transportu (infrastruktura, rodki transportu, warunki ruchu) szczególnie
wraliwych na zjawiska klimatyczne wraz z ocen wpywu. Maszynopis IBDiM, Warszawa, listopad
2010 r.
8. Sadowski M.: Rozkad przestrzenny zapasu wody w pokrywie nienej w Polsce. Instytut Meteorologii
i Gospodarki Wodnej. Materiay Badawcze. Seria: Hydrologia i Oceanologia. Warszawa 1980.
9. Sy D.: Retencja i infiltracja wód deszczowych, Politechnika Rzeszowska 2008, ISBN: 978-83-7199477-7.
10. Wytyczne Ministra Spraw Wewntrznych w sprawie ubiegania si o dofinansowanie zada Projektu
„Osona Przeciwosuwiskowa” polegajcych na naprawie, odbudowie, budowie, przeniesieniu, stabilizacji
i ulepszeniu infrastruktury publicznej zniszczonej bd
zagroonej przez ruchy osuwiskowe ziemi lub
erozje brzegu morskiego.
11. Wytyczne Ministra Spraw Wewntrznych w sprawie zasad i trybu uruchamiania rodków budetu
pastwa dla jednostek samorzdu terytorialnego na zadania zwizane z przeciwdziaaniem i usuwaniem
skutków zdarze noszcych znamiona klsk ywioowych, zatwierdzone przez Ministra SWiA w dniu
3 lutego 2011 r.
12. Zasady i procedury ustalania szkód i szacowania strat spowodowanych zdarzeniami noszcymi znamiona
klski ywioowej oraz ubiegania si o dofinansowanie zada wasnych jednostek samorzdu
terytorialnego w zakresie remontów lub odbudowy uszkodzonych i zniszczonych obiektów budowlanych.
Wydane przez Biuro do Spraw Usuwania Skutków Klsk ywioowych Ministerstwa Spraw
Wewntrznych i Administracji.
13. uraski J.A., Gaczek. M.: Oddziaywani klimatyczne na konstrukcje budowlane wedug Eurokodu 1.
Komentarz z przykadami oblicze. Wydawnictwo ITB, Warszawa 2011.
14. uraski J.A., Sobolewski A.: Obcienie niegiem w Polsce. Prace Naukowe Instytutu Techniki
Budowlanej, ITB, Warszawa 2009.
THE ASSESSING OF THE SENSITIVITY OF ROAD TRANSPORT
TO CLIMATE CHANGES PROGNOSE TO THE END OF THE 21ST CENTURY
Abstract: The present document aims to analyze expected climate changes with reference to road transport,
as well as inland navigation. The assumption was made that only the climate factors which are responsible
for the deterioration of elements of transport sector should be taken into consideration. The present paper
presents the susceptibility of transport infrastructure to the impact of climate changes. Moreover, it attributes
the impact level to the proposed susceptibility scale and to the analysis results of forecasted mean values that
characterize the averaged climate changes in Poland. The analysis of expected climate changes conducted in
the study allow determining the significance of their impact on road transport infrastructure.
Keywords: transport infrastructure, climate change, climate zones, adaptation