Vegingeniørenes bruk av vær- og klimadata

Transkript

1 Vegingeniørenes bruk av vær- og klimadata Harald Norem Geoteknikk og skred, TMT

2 Problemstillinger som blir behandlet Bruk av vind- og nedbørsmålinger for planlegging av høyfjellsveger og boligområder Vær- og klimamålinger for varsling av skred Sammenheng mellom klima og strategi for vinterdrift

3 Vindmålinger presentert i hovedplanen for Rv15 Strynefjellsvegen, 1967

4

5 Vindroser basert på kuling og nedbør NV 30% 20% N NØ NV 30% 20% N NØ 10% 10% V 0% Ø V 0% Ø SV SØ SV SØ S S Kulingvindrose: nov - apr, T 1 C, V 10,8 m/s, observasjoner med og uten nedbør. Snøfallsvindrose: T 1 C, V 5 m/s med samtidig nedbør 5

6 Poengberegning for vindforhold og snøfall Samler de viktigste informasjonene i en vindrose Tar hensyn til forskjellig terskelverdier for drivsnø med og uten nedbør Finner de vindretningene som N gir et vesentlig bidrag til drivsnøen Antall poeng pr. registrering gir uttrykk for gjennomsnittlige NV 30% 20% 10% NØ vindstyrker V 0% Ø P ( V 5) + ( V ) sektor = 9 med nedbør uten nedbør SV S SØ Veger og drivsnø Kurs på Grotli april

7

8

9 Plassering av hus

10 Plassering av hus

11

12

13

14 Værforhold som utløser skred Stor nedbørsintensitet i form av snø Sterk vind med snøakkumulasjon i lesider Brå temperaturstigning / soloppvarming Stor vanntilgang i form av regn / smeltevann

15 Kritisk nedbørsmengde for flomskred (Sandersen et al 1996) 20 1,2 18 Nedbør i prosent av årsnedbør P=0,72*MAP Kritisk nedbør: Sandersen et al Reduksjonsfaktor 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Reduksjonsfaktor Timer fra start på nedbørsområde 0

16 Maksimal døgnnedbør i forhold til årsnedbøren, Sandersen, NGI 18,0 Maksimal døgnnedbør(100 års returperiode) i prosentvis andel av årsendbør 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 y = -2E-10x 3 + 3E-06x 2-0,01x + 17,951 R 2 = 0,8525 6,0 4,0 2,0 0,0 y = 217,26x -0,4435 R 2 = 0, Årsnedbør

17 Sammenheng mellom akkumulert nedbør og kritisk nedbørsintensitet Nedbørintensitet når skredet blir utløst, mm/h Min. intensitet, i c (mm/h) Akkumulert nedbør (mm) Forslag til Y-akse Nedbør + snøsmelting pr. døgn Nedbør+ snøsmelting pr. 3 timer Nedbør + snøsmelting pr. time Forslag til X-akse Grunnvannstilstand Markvannstilstand Effektiv akkumulert nedbør RA eff = krd 1 + k 2 RD k 10 RD 10 Der RDn er summen av nedbør og snøsmelting for hver av de ti foregående dagene, og k=reduksjonsfaktoren pr. døgn.

18 35 Forslag til kritiske terskelverdier for flomskred Terskelverdi for tre timer nedbør og snøsmelting (mm) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Akkumulert, effektiv nedbør i % av MAP MAP=1600 og 2000 mm MAP=1200 mm MAP=800 mm MAP=400 mm

19 Scandinavian guidelines for selecting the standard for the winter maintenance Salting, std A Salting, std B Salting, std C Sanding Climate Trunk roads National roads Regional roads Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

20 Existing strategies for friction control Salting Warm wetted sand method Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

21 Effectiveness of salt/warm wetted sand relatedto temperatures and precipitation 2 Salt should be used with caution Precipitation (mm WE/h) 1 Salt should be avoided Salt is efficient Climates favourable/ not favourable for salt Road surface temperature ( o C) Precipitation (mm WE/h) 0,5 Warm wetted sand is favourable No need for gritting All gritting methods have limited effects and duration Climates favourable/ not favourable for warm wetted sand Road surface temperature ( o C) Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

22 Definition of the climatic parameters describing whether salt or warm wetted sand are favourable/not favourable Winter severity Index Hours with road surface temperatures <-8 o C/total number of hours Winter Stability Index Number of 24 hour periods with temperatures below - 1 o C and less than 3mm precipitation in 6hrs/total number of days Winter Instability Index Number of fluctuations around 0 o C/total number of days Road surface temperature ( o C) hours 8 hours Hours Accummulated precipitation (mm WE/h) Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

23 Characteristic climates described by the parameters 2 Nearly daily variations around 0 o C No realistic combination of the two parameters Winter Instability Index, Winst 1 Longer periods with temperatures above 0 o C Great variations in the winter climate Very few winter situations Stable winter temperatures, but with precipitation several days Stable winters with road surface temp <-1 0 C and moderate precipitation 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Winter Stability Index, w stab Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

24 Dividing Sweden into 4 climatic zones Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

25 Monthly values for the winter indexes 0,6 Ratio of temperatures <_8 o C (Hrs <_8 o C/Total Hrs) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Number of 24 hrs periods favourable for warm wtted sand/days 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Severity Index Southern Sweden Central Sweden Lower Northern Sweden Upper Northern Sweden October November December January February Mars April Stability Index Southern Sweden Central Sweden Lower Northern Sweden Upper Northern Sweden Variations around zero degree (# +/-0o C/days) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Instability Index Southern Sweden Central Sweden Lower Northern Sweden Upper Northern Sweden October November December January February Mars April 0,1 0 October November December January February Mars April Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

26 Recorded accident data The analyses are based on recording of fatalities and severely injuries,1993/1997 The accidents are divided into five road surface conditions, and four climatic regions VTI have calculated the vehicle mileage for each road condition and for the four climatic regions Based on the data material, road accident frequencies related to climatic zones and road conditions are calculated Accident rates for fatalities and seriously injured (FSI). Central Sweden and maintenance classes A3 and A4 0,35 Accident rate, (FSI/mill veh.km) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Thin ice or rime Loose snow or slush Packed snow or thick ice Dry bare road Moist or wet road 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Ratio of vehicle mileage

27 Calculated accidents per mill. veh. km for driving on snow and ice covered roads Accumulated accidents for driving on snow and ice (FSI snow 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 A1+A2 A3+A4 B1+B2 SS CS LNS NNS 0 0,05 0,1Vær på veg, 0,15 Trondheim 2. november 0, ,25 0,3 Winter Severity Index, W sev

28 Recommendations for salt/warm wetted sand

29 Monthly values for the indexes 2 1,8 1,6 CS-Mar (0,07) Winter Instability Index, Winst 1,4 1,2 1 0,8 0,6 CS-Nov (0,03) UNS-Mar (0,25) CS-Jan (0,16) 0,4 UNS-Nov (0,23) 0,2 0 UNS-Jan (0,53) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Winter Vær på Stability veg, Trondheim Index, W2. stab november 2010 Sirwec2008 Prague Harald Norem, NTNU

30 Konklusjoner/Budskap Det er viktig å bare ta med de registreringene som gir ingeniørmessige problemer i analysene av klimadata. Det er ofte en fordel å etablere egne parametere for å utnytte registreringene best mulig og for å utvikle kritiske terskelverdier Det er ønskelig å innføre dimensjonsløse parametere for å kunne bruke resultatene for flere klimatyper