Παραδοτέο 5.2 Συνολική αξία των στοιχείων του οδικού δικτύου που είναι εκτεθειμένα στο σεισμικό κίνδυνο

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ» ΔΡΑΣΗ «ΑΡΙΣΤΕΙΑ ΙΙ» ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ Ολοκληρωμένο σύστημα για την αποτίμηση και τη διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης αστικών και υπεραστικών οδικών δικτύων Παραδοτέο 5.2 Συνολική αξία των στοιχείων του οδικού δικτύου που είναι εκτεθειμένα στο σεισμικό κίνδυνο Κωδικός έργου 4359 Ακρωνύμιο έργου Πρωτεύον επιστημονικό πεδίο RETIS-RISK 05. Engineering 2: Civil and Architecture, Mechanical, Naval and Aerospace, Other Δικαιούχος Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ) Ονοματεπώνυμο κύριου ερευνητή Αναστάσιος Σέξτος

2 RETIS - RISK RETIS-RISK Παραδοτέο 5.2 «Συνολική αξία των στοιχείων του οδικού δικτύου που είναι εκτεθειμένα στο σεισμικό κίνδυνο» Συγγραφείς: Αναστάσιος Σέξτος Ιωάννης Κοιλανίτης Ημερομηνία Παράδοσης: 31/5/2015 2

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΞΙΑΣ Γενικά Δείκτης Κοινωνικο-οικονομικής Αξίας Δείκτης Χωρικής Αξίας Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας 7 3. ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ.9 4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΒΕΛΤΙΣΤΟΥ ΣΧΗΜΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΔΙΑ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΔΕΙΚΤΩΝ ΑΞΙΑΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΣΤΗΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι Μεταφορές αποτελούν έναν τομέα μεγάλης σημασίας για την κοινωνία και την οικονομία καθώς εξυπηρετούν την ανάγκη των πολιτών για πρόσβαση σε υπηρεσίες και αγαθά, συντελούν στην οικονομική ανάπτυξη και συμβάλλουν στη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας (Ευρωπαϊκή Επιτροπή, 2011). Είναι χαρακτηριστικό το γεγονός ότι στην Ευρωπαϊκή Ένωση ο τομέας των μεταφορών αντιπροσωπεύει συνολικά πάνω από 1 τρισ. ευρώ, δηλαδή περισσότερο από το 10% του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος, απασχολεί περισσότερα από 10 εκατ. άτομα, ενώ απορροφά το 40% των επενδύσεων που πραγματοποιούνται από τα κράτη-μέλη. Τα οδικά δίκτυα αποτελούν μια εξαιρετικά σημαντική οικονομική και ιδιαίτερα παραγωγική δραστηριότητα που εντάσσεται στον τομέα των Μεταφορών. Πλήθος μελετών αποδεικνύουν με σαφήνεια, ότι η εξέλιξη της κονωνικο-οικονομικής ανάπτυξης είναι άμεσα συνδεδεμένη με την αναβάθμιση του τομέα των μεταφορών και ιδιαίτερα των οδικών, μιας και αυτές, σε σύγκριση με τις υπόλοιπες, καλύπτουν ευκολότερα τη ζήτηση για μετακινήσεις προσώπων και εμπορευμάτων. Στη χώρα μας δε, το μεταφορικό έργο των οδικών μεταφορών, λόγω των μεγάλων προβλημάτων του σιδηροδρομικού δικτύου, είναι αρκετά υψηλότερο από ό,τι σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Η εμπειρία από ισχυρούς σεισμούς έδειξε ότι ένα οδικό δίκτυο μπορεί να είναι ιδιαίτερα τρωτό καθώς αποτελείται από στοιχεία που μπορεί να υποστούν μεγάλες βλάβες μετά από έναν σεισμό. Τα στοιχεία αυτά είναι γεωτεχνικά (σήραγγες, πρανή) και δομικά στοιχεία (γέφυρες, άνω διαβάσεις). Η Σεισμική Διακινδύνευση (Seismic Risk) είναι ο τομέας της σεισμικής μηχανικής που ασχολείται με την αποτίμηση των απωλειών εξαιτίας των πιθανών μελλοντικών σεισμικών διεγέρσεων. Στο παραδοτέο 5.1 παρουσιάστηκε μια μεθοδολογία για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης των υπεραστικών οδικών δικτύων βάσει σεισμικών σεναρίων με συγκεκριμένη περίοδο επαναφοράς. Σύμφωνα με τη μεθοδολογία αυτή για κάθε σεισμικό σενάριο δημιουργείται μία ομάδα χαρτών κατανομής του μέτρου έντασης. Σημειώνεται ότι κάθε χάρτης κατανομής του μέτρου έντασης αντιπροσωπεύει τη σεισμική επικινδυνότητα της υπό μελέτη περιοχής λόγω μίας σεισμικής πηγής για δεδομένη περίοδο επαναφοράς. Στη συνέχεια, κάθε χάρτης κατανομής του μέτρου έντασης συνδυάζεται με τις καμπύλες τρωτότητας των κρίσιμων στοιχείων του δικτύου, υπολογίζεται η κατανομή των βλαβών στο δίκτυο και δημιουργούνται τα αντίστοιχα σενάρια κυκλοφορίας. Κάθε σενάριο κυκλοφορίας αντιστοιχεί σε μία διαφοροποίηση των συνθηκών λειτουργίας του δικτύου σε σχέση με τις συνθήκες ομαλής (πριν τον σεισμό) λειτουργίας του (Carturan et al. 2013). Στα πλαίσια της μεθοδολογίας που παρουσιάστηκε στο παραδοτέο 5.1 η διαφοροποίηση αυτή των συνθηκών λειτουργίας του δικτύου αποτυπώνεται μέσω του υπολογισμού του συνολικού κυκλοφοριακού κόστους δηλαδή του πρόσθετου κόστους λόγω της αύξησης του χρόνου ταξιδιού των μετακινήσεων σε όλο το δίκτυο. To συνολικό κυκλοφοριακό κόστος όπως αυτό ορίστηκε στο παραδοτέο 5.1 αποτελεί μόνο ένα τμήμα των οικονομικών επιπτώσεων της διαφοροποίησης στις συνθήκες λειτουργίας του δικτύου. Επιπλέον, υπάρχει και μία σειρά πρόσθετων επιπτώσεων που δεν είναι εύκολο να αποτιμηθούν με οικονομικούς όρους. Η συνεκτίμηση όλων των επιπτώσεων των 4

5 σεναρίων κυκλοφορίας - και κατ επέκταση των σεισμικών σεναρίων - προϋποθέτει μία πολυδιάστατη θεώρηση της κοινωνικής ευημερίας, η οποία περιλαμβάνει οικονομικές, κοινωνικές, κυκλοφοριακές και περιβαλλοντικές παραμέτρους και κριτήρια, που αποτυπώνουν τις επιπτώσεις του κάθε σεναρίου (Brown et al.2013). Στο παραδοτέο αυτό παρουσιάζεται μια επέκταση της μεθοδολογίας ώστε συμπεριληφθεί όλο το εύρος των επιπτώσεων ενός κυκλοφοριακού σεναρίου στη αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου. 2. ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΞΙΑΣ 2.1. Γενικά Το μέγεθος και η ένταση των επιπτώσεων ενός σεναρίου κυκλοφορίας συνδέονται άρρηκτα με το μέγεθος του εξυπηρετούμενου κυκλοφοριακού φόρτου. Ο τρόπος με τον οποίο εκδηλώνεται αυτή η επίδραση εξαρτάται τόσο από το είδος (κατηγορία) της επίπτωσης όσο και από τα κυκλοφοριακά μεγέθη (φόρτος, ταχύτητα), αλλά και τα χαρακτηριστικά της οδού και του περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικά μπορούν να αναφερθούν διάφορες μέθοδοι εκτίμησης διαφορετικών κατηγοριών επιπτώσεων όπως των εκπομπών αερίων (Gkatzoflias et al., 2007) και του κυκλοφοριακού θορύβου (Department of Transport & Welsh Office, 1988). Οι επιπτώσεις μιας μεταβολής των συνθηκών λειτουργίας ενός δικτύου μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε κοινωνικο-οικονομικές, χωρικές και περιβαλλοντικές. Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται επιπτώσεις που οφείλονται στην κυκλοφοριακή συμφόρηση, στις επιπλέον καθυστερήσεις στο δίκτυο και γενικά επιπτώσεις που έχουν οικονομικό αντίκτυπο και κόστος για την κοινωνία (Zhou et al. 2010, Cavalieri et al. 2012). Η δεύτερη κατηγορία επιπτώσεων αφορά στην αδυναμία πρόσβασης σε περιοχές ή κτίρια που είναι σημαντικό να είναι προσβάσιμα μετά από έναν σεισμό όπως νοσοκομεία, δημόσια κτίρια και αρχαιολογικοί χώροι (Song 2009, Du and Peeta 2014). Η σπουδαιότητα αυτής της κατηγορίας επιπτώσεων έγινε εμφανής και στον πρόσφατο σεισμό του Νεπάλ όπου σε ολόκληρες περιοχές η αρωγή βοήθειας ήταν αδύνατη εξαιτίας του κατεστραμμένου οδικού δικτύου. Τέλος στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις εντάσσονται επιπτώσεις όπως η αύξηση των εκπομπών αερίων, του κυκλοφοριακού θορύβου και γενικά η όχληση που δημιουργείται σε περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές (Dong et al., 2014). Προφανώς οι επιπτώσεις αυτής της κατηγορίας είναι ανάλογες του φόρτου που διέρχεται από περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές. Στα επόμενα κεφάλαια για κάθε μία από της παραπάνω κατηγορίες επιπτώσεων ορίζεται και ένα δείκτης επιπτώσεων. Οι δείκτες αυτοί αποτιμούν ποιοτικά τη σπουδαιότητα κάθε κατηγορίας επιπτώσεων σε σχέση με τις συνθήκες ομαλής λειτουργίας του δικτύου και μπορούν να πάρουν τιμές από 0 έως 1. Όσο σημαντικότερες είναι οι επιπτώσεις μιας κατηγορίας τόσο μικρότερος της μονάδας είναι ο σχετικός δείκτης. Τονίζεται ότι εξ ορισμού, σε συνθήκες ομαλής λειτουργίας του δικτύου (πριν το σεισμό και μετά το πέρας της περιόδου αποκατάστασης), όλοι οι δείκτες είναι ίσοι με τη μονάδα. Σύμφωνα με τα παραπάνω ορίζονται ο Δείκτης Κοινωνικοοικονομικής Αξίας (ΔΚΑ), ο Δείκτης Χωρικής Αξίας (ΔΧΑ) και ο Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας (ΔΠΑ) για την αποτίμηση των αντίστοιχων κατηγοριών επιπτώσεων. 5

6 Υπενθυμίζεται ότι κάθε σενάριο κυκλοφορίας αναλύεται σε Ν φάσεις βάσει του σταδιακού ανοίγματος διαφόρων τμημάτων του δικτύου. Οι συνθήκες λειτουργίας του δικτύου άρα και οι τιμές των δεικτών επιπτώσεων μεταβάλλονται κατά τη μετάβαση από τη μία φάση στην επόμενη. Στα υποκεφάλαια 2.2 έως 2.4 παρουσιάζεται ο τρόπος υπολογισμού των τριών δεικτών αξίας για κάθε φάση της περιόδου αποκατάστασης Δείκτης Κοινωνικο-οικονομικής Αξίας Ο Δείκτης Κοινωνικο-οικονομικής Αξίας (ΔΚΑ) χρησιμοποιείται για να περιγράψει την αύξηση του κόστους μεταφοράς προϊόντων και προσώπων, την διατάραξη των παραγωγικών δραστηριοτήτων, τη μείωση της αποδοτικότητας των επιχειρήσεων καθώς και τη μείωση στην τουριστική κίνηση. Ο δείκτης βασίζεται στην προσέγγιση του Goodwin για το επιπλέον οικονομικό κόστος λόγω συμφόρησης (Goodwin, 2004) και στην παραδοχή ότι όλες οι κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις οφείλονται στην αύξηση του χρόνου μετακίνησης. Η τιμή του δείκτη σε κάθε φάση της περιόδου αποκατάστασης δίνεται από τη σχέση: ΔΚΑ i = n tot j =1 (V j0 t j0 ) n tot (V ji j =1 t ji ) (1) όπου ΔKΑ j : ο Δείκτης Κοινωνικοοικονομικής Αξίας κατά τη φάση i της περιόδου αποκατάστασης εκφρασμένος ανά μονάδα χρόνου n tot : ο συνολικός αριθμός των τμημάτων του δικτύου V j0 : Κυκλοφοριακός φόρτος στο τμήμα του δικτύου j σε συνθήκες ομαλής λειτουργίας του δικτύου t j0 : Χρόνος μετακίνησης τμήμα του δικτύου j σε συνθήκες ομαλής λειτουργίας του δικτύου V ji : Κυκλοφοριακός φόρτος στο τμήμα του δικτύου j κατά τη φάση i t ji : Χρόνος μετακίνησης τμήμα του δικτύου j κατά τη φάση i Σημειώνεται ότι στον παρονομαστή του κλάσματος της σχέσης 1 ο όροι που αντιστοιχούν σε τμήματα του δικτύου που κατά τη φάση i είναι κλειστά λαμβάνονται μηδενικοί Δείκτης Χωρικής Αξίας Ο Δείκτης Χωρικής Αξίας (ΔΧΑ) χρησιμοποιείται για να αποδώσει τις επιπτώσεις που έχει η απώλεια πρόσβασης σε σημεία ιδιαίτερου ενδιαφέροντος. Ως σημεία ιδιαίτερου ενδιαφέροντος νοούνται κτίρια και περιοχές στα οποία είναι σημαντικό να είναι εφικτή η πρόσβαση μετά από ένα σεισμό όπως για παράδειγμα εγκαταστάσεις υγείας, εγκαταστάσεις εκπαίδευσης, εγκαταστάσεις ενέργειας, αναπτυξιακές ζώνες, τόποι τουριστικού 6

7 ενδιαφέροντος, μεθοριακοί σταθμοί και τερματικοί σταθμοί. Ο δείκτης αυτός εξετάζει τη δυνατότητα σύνδεσης (συνδεσιμότητα) και όχι το φόρτο και το χρόνο μετακίνησης. Ο τύπος υπολογισμού του Δείκτη Χωρική Αξίας στηρίζεται στην υπόθεση ότι η απώλεια της λειτουργικότητας μέρους του οδικού δικτύου σε μία περιοχή στην οποία υπάρχουν σημεία ιδιαίτερου ενδιαφέροντος μειώνει τη δυνατότητα πρόσβασης προς τα σημεία αυτά. Απώλεια λειτουργικότητας σε ένα τμήμα του δικτύου θεωρείται ότι υπάρχει είτε όταν το τμήμα αυτό είναι κλειστό στην κυκλοφορία (λόγω βλάβης σε ένα ή περισσότερα κρίσιμα) είτε όταν ξεπεραστεί η χωρητικότητα του (λόγω ανακατανομής του φόρτου κυκλοφορίας στο δίκτυο). Σύμφωνα με τα παραπάνω για κάθε ζώνη κυκλοφορίας ορίζεται ο συντελεστής προσβασιμότητας ως: γ ki = L ko L ki L ko (2) γ ki : συντελεστής προσβασιμότητας στην κυκλοφοριακή ζώνη k για τη φάση i της περιόδου αποκατάστασης L k0 : το συνολικό μήκος του οδικού δικτύου στην κυκλοφοριακή ζώνη k L ki : το μήκος των τμημάτων της κυκλοφοριακής ζώνης k που κατά τη φάση i παρουσιάζουν απώλεια λειτουργικότητας Για τον υπολογισμό του Δείκτη Χωρικής Αξίας εκτός από τα τμήματα που παρουσιάζουν απώλεια λειτουργικότητας χρειάζεται και ο αριθμός των σημείων ενδιαφέροντος ανά ζώνη κυκλοφορίας προκειμένου ζώνες με περισσότερα σημεία ενδιαφέροντος να έχουν μεγαλύτερη βαρύτητα στον τύπο υπολογισμού. Είναι προφανές ότι μόνο οι κυκλοφοριακές ζώνες που περιέχουν σημεία ενδιαφέροντος συνυπολογίζονται στην απώλεια χωρικής αξίας. Σύμφωνα με τα παραπάνω ο ΔΧΑ δίνεται ως: ΔΧΑ i = S k=1 S k=1 N k (γ ki N k ) (3) όπου: ΔΧΑ j : ο Δείκτης Χωρικής Αξίας κατά τη φάση i της περιόδου αποκατάστασης εκφρασμένος ανά μονάδα χρόνου γ ki : συντελεστής προσβασιμότητας στην κυκλοφοριακή ζώνη k για τη φάση i της περιόδου αποκατάστασης Ν k : ο συνολικός αριθμός των σημείων ενδιαφέροντος στην κυκλοφοριακή ζώνη k S: ο συνολικός αριθμός των κυκλοφοριακών ζωνών που περιέχουν σημεία ενδιαφέροντος 2.4. Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας Η ανακατανομή του φόρτου κυκλοφορίας μετά από έναν σεισμό μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του κυκλοφοριακού φόρτου σε περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές. Περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές είναι οι περιοχές οι οποίες επηρεάζονται αρνητικά από την αύξηση των εκπομπών αερίων, του κυκλοφοριακού θορύβου και της διέλευσης 7

8 οχημάτων που προκαλούνται από την αύξηση του κυκλοφοριακού φόρτου στα τμήματα του δικτύου που διέρχονται από αυτές. Τέτοιες περιοχές μπορεί να είναι οι εθνικοί δρυμοί, τα προστατευόμενα οικοσυστήματα και οι περιοχές διέλευσης αρκούδας. Η Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας (ΔΠΑ) αποτιμά τις επιπτώσεις σε τέτοιες περιοχές λόγω της αλλαγής των συνθηκών λειτουργίας στο δίκτυο μετά από έναν σεισμό. Ο υπολογισμός του ΔΠΑ προϋποθέτει τον καθορισμό των περιβαλλοντικά κρίσιμων τμημάτων. Περιβαλλοντικά κρίσιμα τμήματα μπορεί να είναι τμήματα του δικτύου που διέρχονται από περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές ή και άλλα τμήματα ιδιαίτερου περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος. Ο καθορισμός των περιβαλλοντικά κρίσιμων τμημάτων πρέπει να γίνεται από κάποιον χρήστηφορέα διαχείρισης ή/και σχεδιασμού αντιπροσωπεύοντας τις προτεραιότητες για τη διασφάλιση του περιβάλλοντος. Θεωρείται ότι η αύξηση του κυκλοφοριακού φόρτου σε ένα οδικό τμήμα θα επιφέρει μια αντίστοιχη αύξηση των επιπτώσεων στο τμήμα αυτό. Σύμφωνα με τα παραπάνω ο Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας δίνεται ως: ΔΠΑ i = K k=1 l k K k=1 a l ki k (4) όπου: ΔΠΑ i : ο Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας κατά τη φάση i της περιόδου αποκατάστασης εκφρασμένος ανά μονάδα χρόνου α ki : o λόγος του κυκλοφοριακού φόρτου στο κρίσιμο τμήμα k κατά τη φάση i της προς το φόρτο στο ίδιο τμήμα κατά την κατάσταση ομαλής λειτουργίας του δικτύου l k : το μήκος του κρίσιμου περιβαλλοντικά τμήματος k K : ο συνολικός αριθμός των κρίσιμων περιβαλλοντικά τμημάτων Σε περίπτωση που η ανακατανομή του φόρτου οδηγεί στη μείωσή του σε κρίσιμα περιβαλλοντικά τμήματα είναι δυνατό να προκύψει ΔΠΑ μεγαλύτερος της μονάδας δηλαδή θετικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Κάτι τέτοιο όμως πρακτικά είναι απίθανο να συμβεί καθώς σε συνθήκες ομαλής λειτουργίας του δικτύου οι φόρτοι σε περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές είναι συνήθως χαμηλοί. 8

9 3. ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Οι τιμές των δεικτών ΔΚΑ, ΔΧΑ, και ΔΠΑ υπολογίζονται για όλες τις φάσεις στις οποίες αναλύεται ένα κυκλοφοριακό σενάριο. Η γραφική παράσταση των τιμών και των τριών δεικτών σε σχέση με το χρόνο αποτυπώνει στη σταδιακή μείωση των επιπτώσεων του σεισμού (ως σεισμός νοείται ένας χάρτης κατανομής της σεισμική έντασης με δεδομένη σεισμική πηγή και περίοδο επαναφοράς) στον οποίο αντιστοιχεί το συγκεκριμένο κυκλοφοριακό σενάριο. Σχήμα 1. Καμπύλη δεικτών ΔΚΑ, ΔΧΑ, και ΔΠΑ ενός κυκλοφοριακού σεναρίου H σπουδαιότητα των κοινωνικοοικονομικών, χωρικών και περιβαλλοντικών επιπτώσεων συνολικά για όλη την περίοδο αποκατάστασης ενός σεναρίου κυκλοφορίας δίνεται από τη σταθμισμένη τιμή των ΔΚΑ, ΔΧΑ, και ΔΠΑ για τις Ν φάσεις στις οποίες αναλύεται το κυκλοφοριακό σενάριο. Ο σταθμισμένος δείκτης κοινωνικοοικονομικής, χωρικής και περιβαλλοντικής αξίας (ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ αντίστοιχα) υπολογίζονται ως: ΣΔKΑ = ΣΔΧΑ = ΣΔΠΑ = N n=1 Ν n=1 Ν n=1 T n ΔΚΑ n T m T n ΔΧΑ n T m T n ΔΠΑ n T m (5) (6) (7) 9

10 Ν : συνολικός αριθμός των φάσεων στις οποίες αναλύεται το σενάριο κυκλοφορίας T n : διάρκεια φάσης n της περιόδου αποκατάστασης. T m : συνολική διάρκεια της περιόδου αποκατάστασης. Οι ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ υπολογίζονται και για τα Μ σενάρια κυκλοφορίας που συνδέονται με ένα σεισμικό σενάριο (παραδοτέο 5.1, κεφάλαιο 4). Έτσι για κάθε σεισμικό σενάριο δημιουργούνται Μ τριάδες σταθμισμένων δεικτών αξίας. Οι τριάδες αυτές απεικονίζονται σε τριγωνικά ιστογράμματα όπως αυτό του σχήματος 2. Οι κορυφές κάθε τριγώνου αντιστοιχούν στις τιμές που λαμβάνουν οι ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ για κάθε έναν από τους Μ σεισμούς/κυλοφοριακα σενάρια. Σχήμα 2. Ιστόγραμμα «Συνολικής Αξίας» για τα Μ κυκλοφορικά σενάρια ενός σεισμικού σεναρίου 10

11 Η μέση τιμή των ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ και για τους Μ σεισμούς ενός σεισμικού σεναρίου χρησιμοποιείται για την αποτίμηση των συνολικών επιπτώσεων του σεναρίου αυτού. Το εμβαδό των αντίστοιχων ιστογραμμάτων αποτελεί μία παράμετρο για την αποτίμηση της συνολικής αξίας του δικτύου υπό την έννοια ότι συντίθεται από τους δείκτες αξίας και των τριών κατηγοριών επιπτώσεων. Όσο μεγαλύτερο είναι το εμβαδόν τόσο μικρότερες είναι οι επιπτώσεις του σεισμικού σεναρίου στο δίκτυο. Σχήμα 3. Ιστόγραμμα «Συνολικής Αξίας» για τέσσερα βασικά σεισμικά σενάρια Η συνολική αξία του δικτύου, σε αντίθεση με το συνολικό κόστος δικτύου(παραδοτέο 5.1, κεφάλαιο 4), είναι ένας ποιοτικός δείκτης αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης του δικτύου που όμως αποτιμά όλο το εύρος των πιθανών επιπτώσεων ενός σεισμικού σεναρίου. 4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΒΕΛΤΙΣΤΟΥ ΣΧΗΜΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΔΙΑ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Η σεισμική διακινδύνευση ενός οδικού δικτύου μπορεί να μειωθεί μέσω της επιλογής ενός κατάλληλου σχήματος ενίσχυσης που προβλέπει την ενίσχυση κάποιων από τα κρίσιμα στοιχεία του (παραδοτέο 5.1-κεφάλαιο 6.4, Padgett et al. 2010, Chang et al. 2012). Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτίμηση των εναλλακτικών σχημάτων ενίσχυσης μέσω της εισαγωγής νέων (μειωμένων) καμπύλων τρωτότητας για όλα τα στοιχεία που ενισχύονται σύμφωνα με ένα σχήμα ενίσχυσης. Στη συνέχεια η μεθοδολογία επαναλαμβάνεται και όλα τα αποτελέσματα επαναϋπολογίζονται. Το ιστόγραμμα συνολικής αξίας του δικτύου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα εργαλείο επιλογής του βέλτιστου σχήματος ενίσχυσης. Δεδομένου ότι οι τιμές των τριών δεικτών αξίας που αποτυπώνονται στο ιστόγραμμα αναμένεται να αυξηθούν (μείωση των επιπτώσεων), το σχήμα ενίσχυσης που αντιστοιχεί στο μέγιστο εμβαδό είναι και το βέλτιστο υπό το πρίσμα των συνολικών 11

12 επιπτώσεων ενός σεισμικού σεναρίου. Έτσι η αύξηση της συνολικής αξίας μπορεί να αποτελέσει ένα πρόσθετο κριτήριο για την επιλογή του βέλτιστου σχήματος ενίσχυσης. Το κριτήριο αυτό είναι περισσότερο ποιοτικό και λιγότερο ποσοτικό σε σχέση με το συνολικό κόστος του δικτύου όμως (σε αντίθεση με το συνολικό κόστος δικτύου) λαμβάνει υπόψη του όλο το φάσμα των πιθανών επιπτώσεων ενός σεισμικού σεναρίου. Σχήμα 4. Αύξηση εμβαδού ιστογράμματος «Συνολικής Αξίας» για ένα σχήμα ενίσχυσης του οδικού δικτύου Σχήμα 5. Επιλογή βέλτιστου σχήματος ενίσχυσης βάσει του ιστογράμματος «Συνολικής Αξίας» 12

13 5. ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΔΕΙΚΤΩΝ ΑΞΙΑΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΣΤΗΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η προτεινόμενη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε διεξοδικά στο παραδοτέο 5.1 αποτελείται από πέντε στάδια κάθε ένα από τα οποία περιλαμβάνει επιμέρους βήματα. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται ο τρόπος ενσωμάτωσης του υπολογισμού της συνολικής αξίας του δικτύου στα πλαίσια της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Η αποτίμηση της συνολικής αξίας προϋποθέτει τον υπολογισμό των τριών δεικτών που τη συνθέτουν (Δείκτης Κοινωνικο-οικονομικής Αξίας - ΔΚΑ, Δείκτης Χωρικής Αξίας - ΔΧΑ, Δείκτης Περιβαλλοντικής Αξίας - ΔΠΑ). Ο Δείκτης Κοινωνικο-οικονομικής Αξίας μπορεί να υπολογιστεί εφαρμόζοντας απευθείας τη σχέση 1 χωρίς να απαιτείται ο καθορισμός πρόσθετων δεδομένων πέραν αυτών που καθορίζονται κατά το πρώτο στάδιο της αρχικής μεθοδολογίας. Αντίθετα ο υπολογισμός του ΔΧΑ και του ΔΠΑ προϋποθέτει τον καθορισμό πρόσθετων δεδομένων. Τα δεδομένα αυτά εισάγονται κατά το πρώτο στάδιο της μεθοδολογίας και οι δείκτες υπολογίζονται κατ εφαρμογή των σχέσεων 3 και 4 χωρίς να απαιτείται περαιτέρω τροποποίηση της μεθοδολογίας. Πιο συγκεκριμένα για τον υπολογισμό του Δείκτη Χωρικής Αξίας χρειάζεται να καθοριστούν οι κυκλοφοριακές ζώνες που περιέχουν σημεία ενδιαφέροντος καθώς και ο αριθμός των σημείων ενδιαφέροντος ανά κυκλοφοριακή ζώνη (πρώτο στάδιο της προτεινόμενης μεθοδολογίας). Μετά την ανάλυση όλων των κυκλοφοριακών σεναρίων εφαρμόζεται η σχέση 3 και υπολογίζεται ο ΔΧΑ για κάθε φάση κάθε κυκλοφοριακού σεναρίου. Ο υπολογισμός του Δείκτη Περιβαλλοντικής Αξίας προϋποθέτει τον καθορισμό των περιβαλλοντικά κρίσιμων τμημάτων δηλαδή των τμημάτων του δικτύου που διέρχονται από περιβαλλοντικά ευαίσθητες περιοχές ή και άλλα τμήματα ιδιαίτερου περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος. Αυτό γίνεται κατά τη πρώτη φάση της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Ο ΔΠΑ υπολογίζεται μετά την ανάλυση όλων των κυκλοφοριακών σεναρίων σύμφωνα με τον τύπο 4. Στο σχήμα 6 παρουσιάζεται το λογικό διάγραμμα της μεθοδολογίας μετά την ενσωμάτωση των βημάτων που απαιτούνται για τον υπολογισμό των δεικτών αξίας του δικτύου και την απεικόνιση της συνολικής αξίας του υπό μορφή ιστογράμματος. Στο σχήμα αυτό τα βήματα που αποτελούν τροποποίηση/προσθήκη στην αρχική μεθοδολογία έχουν πλαίσιο από διακεκομμένη γραμμή. 13

14 Σχήμα 5. Τροποποίηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας με ενσωμάτωση του υπολογισμού της «Συνολικής Αξίας» του δικτύου 14

15 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο παραδοτέο 5.1 παρουσιάστηκε μια μεθοδολογία για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης των υπεραστικών οδικών δικτύων μέσω του υπολογισμού του συνολικού κόστους και της προσαρμοστικότητας του δικτύου βάσει σεισμικών σεναρίων με συγκεκριμένη περίοδο επαναφοράς. Το άμεσο κόστος λόγω των δομικών βλαβών στα κρίσιμα στοιχεία, το έμμεσο λόγω αύξησης του χρόνου των μετακινήσεων και η απώλεια λειτουργικότητας στο δίκτυο από αποτιμήθηκαν μέσω κατάλληλων παραμέτρων. Στο παραδοτέο αυτό παρουσιάζεται μια επέκταση της μεθοδολογίας ώστε συμπεριληφθεί όλο το εύρος των επιπτώσεων της αλλαγής των κυκλοφοριακών συνθηκών λόγω ενός σεισμού στην αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου. Οι επιπτώσεις ενός σεισμικού σεναρίου κατηγοριοποιήθηκαν σε κοινωνικο-οικονομικές, χωρικές και περιβαλλοντικές και ορίστηκαν οι Δείκτες Κοινωνικο-οικονομικής, Χωρικής και Περιβαλλοντικής Αξίας για την αποτίμηση των αντίστοιχων κατηγοριών. Στη συνέχεια προτάθηκαν οι σχέσεις υπολογισμού των δεικτών για κάθε φάση της περιόδου αποκατάστασης. Η γραφική παράσταση των τιμών και των τριών δεικτών σε σχέση με το χρόνο αποτυπώνει την εξέλιξη (σταδιακή μείωση) των επιπτώσεων λόγω ενός κυκλοφοριακού σεναρίου ή αλλιώς λόγω του αντίστοιχου χάρτη κατανομής του μέτρου έντασης. Οι μέσες τιμές των δεικτών για όλη την περίοδο αποκατάστασης (ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ αντίστοιχα) χρησιμοποιούνται για τη συνολική αξιολόγηση της λειτουργίας του δικτύου μέσω της απεικόνισης τους σε ένα ιστόγραμμα. Τέλος η μέση τιμή των ΣΔΚΑ, ΣΔΧΑ, και ΣΔΠΑ και για τους Μ σεισμούς ενός σεισμικού σεναρίου χρησιμοποιείται για την αποτίμηση των συνολικών επιπτώσεων του σεναρίου αυτού και πάλι με τη χρήση ενός ιστογράμματος. Το εμβαδό του ιστογράμματος αυτού αποτυπώνει την επίπτωση των τριών κατηγοριών επιπτώσεων συνολικά (όσο μεγαλύτερο είναι το εμβαδό τόσο μικρότερες οι επιπτώσεις) και ορίζεται ως ο «δείκτης συνολικής αξίας» του δικτύου. Η συνολική αξία του δικτύου είναι ένας ποιοτικός δείκτης αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης του δικτύου που όμως αποτιμά όλο το εύρος των πιθανών επιπτώσεων ενός σεισμικού σεναρίου και είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την αξιολόγηση εναλλακτικών σχημάτων ενίσχυσης του δικτύου. Ο υπολογισμός της συνολικής αξίας του δικτύου ενσωματώθηκε στη μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης οδικών δικτύων και ο δείκτης αυτός μαζί με το συνολικό κόστος του δικτύου και την προσαρμοστικότητα μπορούν να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιλογή του βέλτιστου σχήματος ενίσχυσης λόγω ενός σεισμικού σεναρίου. 15

16 7. ΒIΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ευρωπαική Επιτροπη, (2011). Λευκή Βίβλος, Χάρτης πορείας για έναν Ενιαίο Ευρωπαϊκό Χώρο Μεταφορών Για ένα ανταγωνιστικό και ενεργειακά αποδοτικό σύστημα μεταφορών. COM(2011) 144. Brown, N. J. K., Gearhart, J. L., Jones, D. A., & Nozick, L. K. (2013). Multi-Objective Optimization For Bridge Retrofit To Address Earthquake Hazards. In Winter Simulation Conference. Carturan, F., Pellegrino, C., Rossi, R., Gastaldi, M., & Modena, C. (2013). An integrated procedure for management of bridge networks in seismic areas. Bulletin of Earthquake Engineering, 11(2), doi: /s Cavalieri, F., Franchin, P., Gehl, P., & Khazai, B. (2012). Quantitative assessment of social losses based on physical damage and interaction with infrastructural systems, (June), doi: /eqe Chang, L., Peng, F., Elnashai, A. S., & Spencer, B. F. (2012). Bridge Seismic Retrofit Program Planning to Maximize Post-Earthquake Transportation Network Capacity. Journal of Infrastructure Systems, doi: /(asce)is Department of Transport & Welsh Office. (1988). Calculation of road traffic noise. London. Dong, Y., Frangopol, D. M., Saydam, D., Asce, S. M., Frangopol, D. M., Asce, D. M., & Saydam, D. (2014). Pre-Earthquake Multi-Objective Probabilistic Retrofit Optimization of Bridge Networks Based on Sustainability. Journal of Bridge Engineering, 19(6), -1. doi: /(asce)be Du, L., & Peeta, S. (2014). A Stochastic Optimization Model to Reduce Expected Post- Disaster Response Time Through Pre-Disaster Investment Decisions. Networks and Spatial Economics, 14(2), doi: /s Gkatzoflias, D., Kouridis, C., Ntziachristos, L. and Samaras, Z. (2007) COPERT 4: Computer programme to calculate emissions from road transport. User manual (Version 5.0). Emisia SA. Laboratory of Applied Thermodynamics, Aristotle University Thessaloniki and European Environment Agency. Online document. Accessed on April 9, Goodwin, P. (2004). The economic costs of road traffic congestion. ESRC Transport Studies Unit University College London, Rail Freight Group, 2004 Padgett, J. E., Dennemann, K., & Ghosh, J. (2010). Risk-based seismic life-cycle costbenefit (LCC-B) analysis for bridge retrofit assessment. Structural Safety, 32(3), doi: /j.strusafe Song, J. (2009). Rapid Stochastic Assessment of Post-hazard Connectivity and Flow Capacity of Lifeline Networks. 16

17 Zhou, Y., Banerjee, S., & Shinozuka, M. (2010). Socio-economic effect of seismic retrofit of bridges for highway transportation networks: a pilot study. Structure and Infrastructure Engineering, 6(1-2), doi: /