OCENA WRA LIWO CI TRANSPORTU DROGOWEGO NA ZMIANY KLIMATU PROGNOZOWANE DO KO CA XXI WIEKU

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 97 Transport 2013 Barbara Rymsza Instytut Badawczy Dróg i Mostów OCENA WRA LIWO CI TRANSPORTU DROGOWEGO NA ZMIANY KLIMATU PROGNOZOWANE DO KO CA XXI WIEKU R kopis dostarczono, maj 2013 Streszczenie: Przedstawiana praca ma na celu analiz przewidywanych zmian klimatu w odniesieniu do transportu drogowego. Przyj to za o enie, e nale y rozpatrywa jedynie te czynniki klimatu, które w wyniku oddzia ywania na elementy sektora transportu determinuj znacz ce pogorszenie funkcjonowania sektora. W pracy przedstawiono wra liwo drogowej infrastruktury transportowej na oddzia ywanie zmian klimatu, dekretuj c stopie oddzia ywania zgodnie z przyj t skal wra liwo ci, oraz wyniki analizy prognozowanych warto ci rednich charakteryzuj cych zmiany klimatu u rednione na terenie Polski. Przeprowadzona w pracy analiza prognozowanych zmian klimatu pozwala na okre lenie istotno ci oddzia ywania tych zmian na drogow infrastruktur transportow. S owa kluczowe: infrastruktura transportowa, zmiana klimatu, strefy klimatyczne, adaptacja 1. WPROWADZENIE Przedstawiana praca 1 jest wynikiem bada i analiz przeprowadzonych w Polsce w celu zidentyfikowania potencjalnych zmian klimatu, które mog wp ywa na funkcjonowanie transportu: drogowego, kolejowego, lotniczego i eglugi ródl dowej [5 7]. W niniejszym artykule zaprezentowano wyniki bada dotycz ce wra liwo ci transportu drogowego na obecne i prognozowane oddzia ywanie klimatu oraz wskazano kierunki adaptacji transportu drogowego do tych zmian, zaprezentowano nowe podej cie do problemu zmian klimatu w kontek cie adaptacji do zmian a nie przyczyn ich powstawania. Mo liwo realizacji us ugi transportowej analizowano bior c pod uwag : - infrastruktur transportow, w zakresie: projektowania i budowy, utrzymania w sprawno ci technicznej oraz warunków remontu lub przebudowy budowli, 1 Artyku powsta w wyniku realizacji projektu KLIMADA "Opracowanie i wdro enie Strategicznego Planu Adaptacji dla sektorów i obszarów wra liwych na zmiany klimatu" realizowanego przez Instytut Ochrony rodowiska - PIB na zamówienie Ministra rodowiska i finansowanego przez Narodowy Fundusz Ochrony rodowiska i Gospodarki Wodnej.

2 444 Barbara Rymsza - rodki transportu w zakresie: rozwi za materia owo-konstrukcyjnych, warunków u ytkowania, stosowanego paliwa i materia ów eksploatacyjnych, - warunki realizacji us ugi; niezawodno, terminowo, bezpiecze stwo oraz komfort pasa erów i obs ugi, nazywane dalej komfortem socjalnym. W pracy przyj to za o enie, e nale y rozpatrywa jedynie te czynniki klimatu, które determinuj znacz ce pogorszenie us ugi transportowej lub ca kowicie uniemo liwiaj jej realizacj. Z tego wzgl du wprowadzono uproszczony opis klimatu, który umo liwia podj cie interdyscyplinarnej dyskusji na temat spodziewanych zmian klimatu i ich oddzia ywania na sektor transportu. Przeanalizowano, na podstawie badan ankietowych, obecn wra liwo sektora transportu na czynniki klimatyczne (wyniki bada ankietowych przeprowadzonych na zlecenie Ministerstwa Infrastruktury, przedstawiono w pracy [1]) oraz przeprowadzono symulacje maj ce na celu opracowanie scenariuszy zmian klimatu, w perspektywie do roku Wykorzystuj c studia literaturowe na temat oddzia ywania klimatu na obiekty budowlane oraz scenariusze zmian klimatu opracowano ocen wra liwo ci drogowej infrastruktury transportowej, która mo e stanowi podstaw do podejmowania dzia a w zakresie adaptacji do prognozowanych zmian klimatu. Wykaz bibliografii stanowi cej 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 WRA LIWO CI TRANSPORTU DROGOWEGO W celu przeprowadzenia analizy oddzia ywania klimatu na sektor transportu drogowego zaproponowano Umowne Kategorie Klimatu (UKK) oraz skal wra liwo ci sektora transportu na oddzia ywania klimatu (tab. 1 i 2). Uproszczony sposób opisu klimatu i jego oddzia ywania na sektor transportu umo liwi wykazanie, które czynniki maj istotny wp yw na funkcjonowanie sektora, a które jako mniej wa ne mo na w tak ogólnej analizie pomin. Tablica 1 Umowne Kategorie Klimatu (UKK) o istotnym wp ywie na sektor transportu L.p. UKK Opis czynników sk adaj cych si na dan kategori 1. Mróz 2. nieg 3. Deszcz 4. Wiatr bardzo niska temperatura, przemarzanie gruntu, pokrywa lodowa na ciekach wodnych, go oled intensywne opady przy niskiej temperaturze powietrza, zamiecie nie ne, pokrywa nie na, gradobicie intensywne opady deszczu w dodatniej temperaturze powietrza, wyst powanie powodzi lub podtopie bardzo silny wiatr i wy adowania atmosferyczne (sztorm, huragan, tr ba powietrzna), ró nice ci nienia atmosferycznego, turbulencja

3 Ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do Upa bardzo wysoka temperatura, us onecznienie 6. Mg a zjawiska ograniczaj ce widzialno, mg a, niska podstawa chmur, py wulkaniczny Skala wra liwo ci sektora transportu na oddzia ywania klimatu Stopie Warunki Charakterystyka oddzia ywania 0 neutralne warunki korzystne lub oboj tne 1 utrudniaj ce warunki utrudniaj ce funkcjonowanie, wyst puj odczuwalne utrudnienia w funkcjonowaniu sektora 2 ograniczaj ce warunki bardzo uci liwe, obok utrudnie wyst puj szkody, które powoduj ograniczenia w funkcjonowaniu sektora 3 uniemo liwiaj ce warunki uniemo liwiaj ce funkcjonowanie wskazanego elementu sektora c.d. tablicy 1 Tablica 2 Mo liwo realizacji us ugi transportowej, w kontek cie obecnie obserwowanego oddzia ywania klimatu, okre lono na podstawie analizy bibliografii oraz bada ankietowych i przedstawiona w tab. 3. Zakres oddzia ywania UKK na transport drogowy Tablica 3 L.p. UKK Infrastruktura rodek transportu Komfort socjalny 1. Mróz nieg Deszcz Wiatr Upa Mg a PROGNOZOWANE ZMIANY KLIMATU Uznano, e urz dzenia transportowe (w zakresie: rozwi za materia owokonstrukcyjnych, warunków u ytkowania, stosowanego paliwa i materia ów eksploatacyjnych) oraz komfort socjalny (w zakresie warunków realizacji us ugi, niezawodno ci, terminowo ci, bezpiecze stwa oraz komfortu pasa erów, obs ugi i cargo) mo na dostosowa do zmieniaj cych si warunków na bie co. Natomiast adaptacj do zmian klimatu nale y sukcesywnie wprowadza przede wszystkim w odniesieniu do infrastruktury transportowej, która jest budowana na d ugi okres funkcjonowania (np. 100 lat).

4 446 Barbara Rymsza Polska jest krajem o klimacie umiarkowanym. Sposób uwzgl dniania oddzia ywania klimatu na infrastruktur transportow okre laj normy budowlane (m.in. Eurokody). Zawieraj one tzw. za czniki krajowe, w których s opisane strefy klimatyczne odno nie do obci enia niegiem i wiatrem, g boko ci przemarzania gruntu, temperatury powietrza (latem i zim ) i opadu deszczu (por. tab. 4). Przyj te w normach strefy klimatyczne oraz warto ci parametrów okre laj cych oddzia ywanie klimatu na obiekty budowlane s wynikiem wieloletnich obserwacji klimatu. W niniejszej pracy pos u y y one tak e do wytypowania 8 regionów referencyjnych (obszary A H pokazano na rys. 1), które umo liwiaj syntetyczne przedstawienie wybranych parametrów i u atwiaj ledzenie prognozowanych zmian. Tablica 4 Przyk adowe strefy klimatyczne i miejscowo ci zlokalizowane na ich terenie Norma normy PN-EN Eurokod 1: Oddzia ywania na konstrukcje. Oddzia ywania termiczne (okres zimowy T=T min ) PN-EN Eurokod 1: Oddzia ywania na konstrukcje. Oddzia ywania termiczne (okres letni T=T max ) PN-86/B Obci enia budowli - Obci enia zmienne rodowiskowe - Obci enie temperatur PN-80/B Obci enia w obliczeniach statycznych Obci enie niegiem PN-EN Eurokod 1: Oddzia ywania na konstrukcje. Obci enie niegiem PN-EN Eurokod 1: Oddzia ywania na konstrukcje. Oddzia ywania wiatru PN-81/B Grunty budowlane. Posadowienie bezpo rednie budowli. Strefy klimatyczne i miejscowo ci zlokalizowane na ich terenie T > [ o C] eba S ubice Szczecin Pozna Olsztyn Wa-wa Elbl g Zamo Wroc aw Kraków Suwa ki T < [ o C] Olsztyn, Szczecin Hel eba Suwa ki Warszawa S ubice Kielce ód, Pozna Kraków Wroc aw I dla pory zimowej: ca y obszar kraju T min = -24 o C II dla pory letniej: ca y obszar kraju T max = 27 o C Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Koszalin, Pozna Gda sk, Suwa ki Jelenia Góra Wroc aw, Olsztyn Rzeszów Bia ystok Zakopane Warszawa Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Strefa V Zielona Góra Koszalin Gda sk, Kielce Olsztyn Wroc aw Pozna Jelenia Warszawa Kraków, Suwaki Zakopane Bia ystok Góra Rzeszów Strefa I Strefa II Strefa III Warszawa, Pozna, Kielce, Wroc aw, Suwa ki, Olsztyn, Bia ystok Koszalin Gda sk Jelenia Góra Zakopane Wa brzych h z =0,80 m h z =1,0 m h z =1,2 m h z =1,4 m Gda sk, Olsztyn Koszalin Pozna Jelenia Góra Bia ystok Zakopane Suwa ki Wroc aw Warszawa, Rzeszów Kielce

5 Ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do 447 Rys. 1. Obszary referencyjne przyj te do opisu stref klimatycznych na terenie Polski [5] Dla regionów referencyjnych Zespó ICM z Uniwersytetu Warszawskiego wyznaczy, prognozowane do 2090 r., warto ci wybranych 16 parametrów. Baza danych scenariusza zmian klimatu zosta a opracowana na podstawie. - danych obserwacyjnych za okres od 1951 do 2011 r.; - symulacji obejmuj cych lata od 1970 do 2098 r. (wyniki projektu EU ENSEMBLES), - dla pól o rozdzielczo ci przestrzennej 25 x 25 km. W celu wygenerowania danych s u cych do oceny przewidywanych zmian klimatu, istotnych dla sektora transportu, przyj to za o enie, e analiza obejmuje: - sze 20-letnich przedzia ów czasowych: , , , , i ; - warto ci parametrów, które s redni roczn z okresów 20-letnich przypisano do roku ko cz cego dane dwudziestolecie, które okre lono, jako: 1990, 2010, 2030, 2050, 2070, 2090; - osiem regionów referencyjnych i teren ca ej Polski; - ocen zmiany parametrów charakteryzuj cych poszczególne Umowne Kategorie Klimatu: UKK-Mróz, UKK- nieg, UKK-Deszcz, UKK-Wiatr, UKK-Upa, (UKK- Mg a nie podlega a ocenie z powodu braku parametrów oceny w programach symulacyjnych); - dane wygenerowano w postaci warto ci redniej oraz jako percentyl 90. Przeprowadzone symulacje umo liwi y ledzenie zmian parametrów opisuj cych

6 448 Barbara Rymsza poszczególne UKK. W niniejszej pracy zaprezentowano jedynie przyk adowe wyniki. Na rys przedstawiono graficzn interpretacj zmiany temperatury powietrza, okresu zalegania niegu na gruncie oraz opadów deszczu. Analiza przewidywanych zmian klimatu wskazuje na to, e: - nast pi ocieplenie, wyra one wzrostem redniej temperatury dobowej T oraz zmniejszeniem liczby dni ch odnych, np. o T min < -20 o C (por. rys. 2. i 3.), - zmniejszy si okres zalegania pokrywy nie nej na gruncie (por. rys. 4.), - zwi ksz si opady, wyra one wzrostem maksymalnego opadu dobowego oraz liczb dni z opadami ekstremalnymi (por. rys. 5. i 6.), - oceniane parametry klimatu b d si charakteryzowa y du zmienno ci w odniesieniu do warto ci ekstremalnych. Rys. 2. rednia dobowa temperatura powietrza T [ o C], wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)

7 Ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do 449 Rys. 3. Liczba dni w roku z temperatur T min < -20 o C, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)

8 450 Barbara Rymsza Rys. 4. Liczba dni w roku z pokryw nie n, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)

9 Ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do 451 Rys. 5. Maksymalny opad dobowy [mm/d], wyznaczony dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto rednia)

10 452 Barbara Rymsza Rys. 6. Liczba dni w roku z opadem wi kszym ni 20mm, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów (percentyl 90) Zaprezentowane dane klimatyczne to efekt prognoz obarczonych b dem trudnym do oszacowania, z tego wzgl du nale y je traktowa, jako prognozy jako ciowe, a nie ilo ciowe.

11 Ocena wra liwo ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do WRA LIWO INFRASTRUKTURY DROGOWEJ NA ZMIAN KLIMATU Wynik analizy zmian klimatu wyra ono wra liwo ci drogowej infrastruktury transportowej i przedstawiono w tab. 5. Tabela 5 Negatywne oddzia ywanie prognozowanych zmian klimatu na infrastruktur drogow L.p. UKK Stopie wra liwo ci 1. Mróz 0 2. nieg 0 3. Deszcz 3 4. Wiatr 3 5. Upa 2 6. Mg a 0 Zaprezentowane wyniki wskazuj, e w perspektywie do ko ca XXI wieku s przewidywane zmiany klimatu polegaj ce na post puj cym ociepleniu, a to nie stanowi istotnego zagro enia w stosunku do trwa o ci i bezpiecze stwa obiektów infrastruktury drogowej. Najwi kszym zagro eniem mog by ekstremalne opady deszczu. Zatem nale y przeanalizowa wymagania dotycz ce budowy dróg na terenach wra liwych na d ugotrwa e i intensywne opady (na terenach, na których mog wyst pi podtopienia lub powodzie). wiat o mostów i przepustów na w/w terenach nale y sprawdzi na okoliczno wyst pienia d ugotrwa ych opadów ekstremalnych. Konieczna mo e by weryfikacja niwelety drogi na dojazdach do mostów, szczególnie w miejscach, w których podczas powodzi wyst powa a utrata przejezdno ci mostu w wyniku zalania dojazdów. Zagro one zalaniem mog by tak e tunele i podziemne przej cia dla pieszych. Odr bnym zagadnieniem s w tpliwo ci, co do poprawno ci prognoz dotycz cych wiatru, które nie przewiduj zmian w oddzia ywaniu wiatru. Jednocze nie obserwujemy coraz cz ciej wyst powanie bardzo silnego wiatru, który mo e stanowi zagro enie dla bezpiecze stwa mostowych obiektów wisz cych i podwieszonych. W odniesieniu do okresu zalegania pokrywy nie nej nale y bardzo ostro nie przyjmowa zapowied znacz cego skrócenia tego okresu. Mimo wyst puj cego ocieplenia klimatu, mog tak e wyst powa nie ne zimy i na to, szczególnie w klimacie Europy rodkowej, nale y by przygotowanym.

12 454 Barbara Rymsza Bibliografia 1. Ankieta Departamentu Polityki Transportowej i Spraw Mi dzynarodowych dotycz ca wp ywu ekstremalnych zjawisk pogodowych na funkcjonowanie transportu, rozes ana pismem nr MP-2ww-076-2/2010, wrzesie -pa dziernik 2010 r. 2. Graczyk M.: No no konstrukcji nawierzchni wielowarstwowych w krajowych uwarunkowaniach klimatycznych. Wydawnictwo IBDiM, Studia i materia y z. 63, Warszawa 2010, ISSN Kotowski A., Ka mierczak B., Dancewicz A: Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji, Studia z zakresu in ynierii nr 68, PAN, Komitet In ynierii Wodnej i L dowej, Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa 2010, ISBN Radzikowski M.: Stan techniczny nawierzchni sieci dróg krajowych na koniec 2011 r. Drogownictwo nr 7-8, 2012, s 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 wra liwo ci sektora transportu na zmiany klimatu. Wybór kluczowych elementów systemu transportu (infrastruktura, rodki transportu, warunki ruchu) szczególnie wra liwych na zjawiska klimatyczne wraz z ocen wp ywu. Maszynopis IBDiM, Warszawa, listopad 2010 r. 8. Sadowski M.: Rozk ad przestrzenny zapasu wody w pokrywie nie nej w Polsce. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Materia y Badawcze. Seria: Hydrologia i Oceanologia. Warszawa S y D.: Retencja i infiltracja wód deszczowych, Politechnika Rzeszowska 2008, ISBN: Wytyczne Ministra Spraw Wewn trznych w sprawie ubiegania si o dofinansowanie zada Projektu Os ona Przeciwosuwiskowa polegaj cych na naprawie, odbudowie, budowie, przeniesieniu, stabilizacji i ulepszeniu infrastruktury publicznej zniszczonej b d zagro onej przez ruchy osuwiskowe ziemi lub erozje brzegu morskiego. 11. Wytyczne Ministra Spraw Wewn trznych w sprawie zasad i trybu uruchamiania rodków bud etu pa stwa dla jednostek samorz du terytorialnego na zadania zwi zane z przeciwdzia aniem i usuwaniem skutków zdarze nosz cych znamiona kl sk ywio owych, zatwierdzone przez Ministra SWiA w dniu 3 lutego 2011 r. 12. Zasady i procedury ustalania szkód i szacowania strat spowodowanych zdarzeniami nosz cymi znamiona kl ski ywio owej oraz ubiegania si o dofinansowanie zada w asnych jednostek samorz du terytorialnego w zakresie remontów lub odbudowy uszkodzonych i zniszczonych obiektów budowlanych. Wydane przez Biuro do Spraw Usuwania Skutków Kl sk ywio owych Ministerstwa Spraw Wewn trznych i Administracji. 13. ura ski J.A., Gaczek. M.: Oddzia ywani klimatyczne na konstrukcje budowlane wed ug Eurokodu 1. Komentarz z przyk adami oblicze. Wydawnictwo ITB, Warszawa ura ski J.A., Sobolewski A.: Obci enie niegiem w Polsce. Prace Naukowe Instytutu Techniki Budowlanej, ITB, Warszawa THE ASSESSING OF THE SENSITIVITY OF ROAD TRANSPORT TO CLIMATE CHANGES PROGNOSE TO THE END OF THE 21 ST 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