P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J 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 praca1 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.

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 2090.

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 bardzo niska temperatura, przemarzanie gruntu, pokrywa lodowa na ciekach wodnych, go�oled

2. �nieg intensywne opady przy niskiej temperaturze powietrza, zamiecie �nie�ne, pokrywa �nie�na, gradobicie

3. Deszcz intensywne opady deszczu w dodatniej temperaturze powietrza, wyst�powanie powodzi lub podtopie�

4. Wiatr bardzo silny wiatr i wy�adowania atmosferyczne (sztorm,

huragan, tr�ba powietrzna), ró�nice ci�nienia atmosferycznego, turbulencja

Ocena wra�liwo�ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do … 445

�

c.d. tablicy 1 5. Upa� bardzo wysoka temperatura, us�onecznienie

6. Mg�a zjawiska ograniczaj�ce widzialno�, mg�a, niska podstawa chmur, py� wulkaniczny

Tablica 2

Skala wraliwoci 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

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.

Tablica 3

Zakres oddzia�ywania 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. Mg�a 1 0 2

3. PROGNOZOWANE ZMIANY KLIMATU

Uznano, �e urz�dzenia transportowe (w zakresie: rozwi�za� materia�owo-konstrukcyjnych, 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).

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 miejscowoci zlokalizowane na ich terenie

Norma normy Strefy klimatyczne i miejscowoci zlokalizowane na ich terenie

PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1: Oddzia�ywania na konstrukcje. Oddzia�ywania termiczne (okres zimowy T=Tmin)

T > [oC]-26 -28 -30 -32 -34 -34

�eba S�ubice Szczecin Pozna� Wa-wa Kraków

Elbl�g Olsztyn Zamo� Wroc�aw

Suwa�ki

PN-EN 1991-1-5 Eurokod 1: Oddzia�ywania na konstrukcje. Oddzia�ywania termiczne (okres letni T=Tmax)

T < [oC]34 36 38 40 40

Hel �eba Olsztyn, Suwa�ki Kielce Kraków

SzczecinWarszawa �ód, Wroc�aw

S�ubice Pozna�

PN-86/B-02015 Obci��enia budowli - Obci��enia zmienne �rodowiskowe - Obci��enie temperatur�

I dla pory zimowej: ca�y obszar kraju Tmin = -24oC

II dla pory letniej: ca�y obszar kraju Tmax = 27oC

PN-80/B-02010 Obci��enia w obliczeniach statycznych – Obci��enie �niegiem

Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Koszalin, Pozna� Wroc�aw, Warszawa

Gda�sk, Olsztyn Rzeszów

Suwa�ki Bia�ystok

Jelenia Góra Zakopane

PN-EN 1991-1-3 Eurokod 1: Oddzia�ywania na konstrukcje. Obci��enie �niegiem

Strefa I Strefa II Strefa III Strefa IV Strefa V Zielona Góra Wroc�aw Jelenia Góra

Koszalin Pozna� Warszawa

Gda�sk, Kielce Kraków, Rzeszów

Olsztyn Suwaki Bia�ystok

Zakopane

PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1: Oddzia�ywania na konstrukcje. Oddzia�ywania wiatru

Strefa I Strefa II Strefa III Warszawa, Pozna�, Kielce, Wroc�aw, Suwa�ki, Olsztyn, Bia�ystok

Koszalin Gda�sk

Jelenia Góra Zakopane Wa�brzych

PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpo�rednie budowli.

hz=0,80 m hz=1,0 m hz=1,2 m hz=1,4 m Koszalin Pozna� Wroc�aw

Gda�sk, OlsztynJelenia Góra Warszawa, Rzeszów

Bia�ystok Zakopane Kielce

Suwa�ki

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: 1971÷1990, 1991÷2010, 2011÷2030,

2031÷2050, 2051÷2070 i 2071÷2090; - 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

448 Barbara Rymsza

poszczególne UKK. W niniejszej pracy zaprezentowano jedynie przyk�adowe 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: - nast�pi ocieplenie, wyra�one wzrostem �redniej temperatury dobowej T oraz

zmniejszeniem liczby dni ch�odnych, np. o Tmin < -20oC (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 [oC], wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto� �rednia)

Ocena wra�liwo�ci 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� �nie�n�, wyznaczona dla obszaru Polski i 8 regionów referencyjnych (warto� �rednia)

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)

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.

Ocena wra�liwo�ci transportu drogowego na zmiany klimatu prognozowane do … 453

�

4. 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.

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�-padziernik 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 0239-8575.

3. Kotowski A., Kamierczak 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 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 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 1980.

9. S�y� D.: Retencja i infiltracja wód deszczowych, Politechnika Rzeszowska 2008, ISBN: 978-83-7199-477-7.

10. 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 2011.

14. �ura�ski J.A., Sobolewski A.: Obci��enie �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