Barbara Rymsza
Instytut Badawczy Dróg i MostówOCENA 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,
- 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,
c.d. tablicy 1 5. Upa bardzo wysoka temperatura, usonecznienie
6. Mga zjawiska ograniczajce widzialno , mga, niska podstawa chmur, py wulkaniczny
Tablica 2 Skala wra liwoci sektora transportu na oddziaywania klimatu
Stopie Warunki Charakterystyka oddziaywania 0 neutralne warunki korzystne lub obojtne 1 utrudniajce warunki utrudniajce funkcjonowanie, wystpuj
odczuwalne utrudnienia w funkcjonowaniu sektora 2 ograniczajce
warunki bardzo uciliwe, obok utrudnie wystpuj szkody, które powoduj ograniczenia w
funkcjonowaniu sektora 3 uniemoliwiajce 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. Mróz 2 2 2 2. nieg 3 1 2 3. Deszcz 3 1 1 4. Wiatr 3 2 1 5. Upa 2 1 2 6. Mga 1 0 2
3. PROGNOZOWANE ZMIANY KLIMATU
Uznano, e urzdzenia transportowe (w zakresie: rozwiza materiaowo-konstrukcyjnych, 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).
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 miejscowoci zlokalizowane na ich terenie
Norma normy i miejscowoci zlokalizowane na ich terenie Strefy klimatyczne
PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1: Oddziaywania na konstrukcje. Oddziaywania termiczne (okres zimowy T=Tmin)
T > [oC] -26 -28 -30 -32 -34 -34 eba Subice Szczecin Pozna Wa-wa Kraków Elblg Olsztyn Zamo Wrocaw Suwaki PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1: Oddziaywania na konstrukcje. Oddziaywania termiczne (okres letni T=Tmax)
T < [oC] 34 36 38 40 40 Hel eba Olsztyn, Suwaki Kielce Kraków Szczecin Warszawa ód, Wrocaw Subice Pozna 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 = 27
o
C PN-80/B-02010 Obcienia
w obliczeniach statycznych – Obcienie niegiem
Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Koszalin, Pozna Wrocaw, Warszawa Gdask, Olsztyn Rzeszów Suwaki Biaystok Jelenia Góra Zakopane PN-EN 1991-1-3 Eurokod 1: Oddziaywania na konstrukcje. Obcienie niegiem
Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Strefa V Zielona Góra Wrocaw Jelenia Góra Koszalin Pozna Warszawa Gdask, Kielce Kraków, Rzeszów Olsztyn Suwaki Biaystok Zakopane PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1: Oddziaywania na konstrukcje. Oddziaywania wiatru
Strefa I Strefa II Strefa III Warszawa, Pozna, Kielce, Wrocaw, Suwaki, Olsztyn, Biaystok Koszalin Gdask Jelenia Góra Zakopane Wabrzych PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezporednie budowli. hz=0,80 m hz=1,0 m hz=1,2 m hz=1,4 m Koszalin Pozna Wrocaw Gdask, Olsztyn Jelenia Góra Warszawa, Rzeszów Biaystok Zakopane Kielce Suwaki
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, (UKK-Mga nie podlegaa ocenie z powodu braku parametrów oceny w programach symulacyjnych);
- dane wygenerowano w postaci wartoci redniej oraz jako percentyl 90.
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)
Rys. 3. Liczba dni w roku z temperatur Tmin < -20oC, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)
Rys. 4. Liczba dni w roku z pokryw nien, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)
Rys. 5. Maksymalny opad dobowy [mm/d], wyznaczony dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)
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.
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.
Bibliografia
1. Ankieta Departamentu Polityki Transportowej i Spraw Midzynarodowych dotyczca wpywu ekstremalnych zjawisk pogodowych na funkcjonowanie transportu, rozesana pismem nr MP-2ww-076-2/2010, wrzesie-padziernik 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., Kamierczak 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 wskaników 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: 978-83-7199-477-7.
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.
