Kostnadsnyttoanalys för mot skred och ras

Transkript

1 Kostnadsnyttoanalys för mot skred och ras För att beräkna skredrisk måste skredsannolikheten och skredkonsekvenserna vägas samman. I tre fallstudier har kostnadsnytto analys genomförts för utförande av preventiva åtgärder mot jordskred för olika bebyggda slänter mot vattendrag i Sverige med hänsyn av klimatförändringens inverkan. Metoden bedöms kunna tillämpas vid stabilitetsutredningar så att faktorerna klimatförändring, skredsannolikhet och skredkonsekvenser belyses, som sedan vägs mot åtgärds - kostnader samt den reducerade sannolikheten för skred efter dessa åtgärder. Statens geotekniska institut (SGI) har utvecklat en metodik för riskanalys för bebyggda slänter i finkornig jord vid ett förändrat klimat, Fallsvik m.fl. (2010). Arbetet har utförts på uppdrag av Länsförsäkringar. Utredningen har avgränsats till slänter som innehåller lager av lera och silt. Metodikens struktur framgår av översikten i Figur 1. Figur 1. Översikt av den utvecklade metodiken för kostnadsnyttoanalys för förebyggande åtgärder mot skred och ras till följd av förändrat klimat. Fallstudier För att spegla varierande lokala förhållanden har tre bebyggda slänter spridda över landet valts ut för fallstudier. De studerade slänterna är Högshall i Partille, utmed Säveån med jordlager av lera (Figur 2 och 3), kvarteret Orren i Lidköping, utmed Lidan med jordlager bestående av sand, siltig lera och lera, samt Årby i Borlänge, utmed Dalälven med jordlager av silt. I samtliga de tre fallstudierna åsyftades den preventiva åtgärden avschaktning av släntkrönet bli utförd. För att bilda underlag för kostnadsnyttoanalysen beräknades sannolikheten för skred före och efter föreslagen preventiv åtgärd med hjälp av punktskattningsmetoden, konsekvenserna vid ett eventuellt skred för liv, egendom och miljö och kostnaden för detta samt omfattningen av den avsedda avschaktningen och kostnaderna för denna. Underlag för beräkningarna var tidigare utförda stabilitetsberäk-

2 Tillämpning Valet av tre variabler innebär att antalet beräkningar med punktskattningsmetoden maximalt är 2 3 = 8 st. Dessa har även kompletterats med en stabilitetsberäkning baserad på medelvärden. Mellan parametrarna finns det ofta en uppenbar korrelation, d.v.s. de är delvis stokastiskt beroende. Eftersom det uppstår stora svårigheter med att bestämma korrelationskoefficienten i varje enskilt fall har detta inneburit att beräkningarna delats upp i två steg. Först har metoden använts för två av parametrarna specifikt och kombinationen av dem båda har ansetts utgöra rådande förhållanden för nästa parameters påverkan. Denna har sedan använts i ytterligare en beräkningsomgång tillsammans med den tredje parametern, erosionen. På detta vis har korrelationen mellan alla parametrar beaktats utan att korrelationskoefficienter har behövts tas fram. I praktiken innebär detta att 2 2 beräkningar genomförs med kombinationerna högt portryck - lågt vattenstånd, högt portryck högt vattenstånd, lågt portryck lågt vattenstånd och lågt portryck högt vattenstånd. I de fall där det funnits ett klart samband mellan nivån i vattendraget, portrycket i slänten och grundvattentrycket i ett eventuellt underliggande friktionslager har stabilitetsberäkningarna föranletts av en hydrogeologisk modellering för att fånga upp detta. I samtliga beräkningar hålls erosionsparametern då på sitt medelvärde. Därefter kompletteras de 2 2 beräkningarna med variationen i erosionsparametern och det slutliga antalet beräkningar blir 2 3, samt medelvärdesberäkningen. Utifrån de nio säkerhetsfaktorerna, som är resultatet från ovanstående beräkningar, tas medelförebyggande åtgärder ningar för respektive plats, SMHI:s klimatscenarier, Rossby Centre, SMHI (2006), samt bedömningar av erosionsförhållandena vid kommande förändrat klimat, Hultén m.fl. (2006). Skredsannolikhet För beräkning av skredsannolikhet har punktskattningsmetoden tillämpats, Sällfors (1990), varvid ett antal stabilitetsberäkningar har utförts. Vid varje sådan stabilitetsberäkning har faktorerna/parametrarna vattennivå i yttre vattendrag, portryck i jordlagren samt erosion längs vattenlinjen varierat. Punktskattningsmetoden är en statistisk metod, som utgår från att varje variabel finns beskriven med en fördelningsfunktion. Ett medelvärde och en standardavvikelse bestäms varpå fördelningen approximeras med två extremvärden; medelvärdet ± standardavvikelsen. Dessa extremvärden utgör stabilitetsanalysernas indata. De brottstadieberäkningar som Figur 2 och 3. Tätbebyggelse ovanför lerslänt mot Säveån vid Högshall i Partille. Foto: Karin Lundström, SGI. Foto: Karin Lundström, SGI. gjorts inom ramen för detta projekt behandlar de tre ovan nämnda parametrarnas påverkan på brottsannolikheten; erosion, portryck och nivå i yttre vattendrag. Victoria Svahn, civ ing V, C00, Tekn lic, Doktorand i Geoteknik, Chalmers / SGI Jan Fallsvik, civ ing V, L75, SGI Stefan Falemo, civ ing Riskhantering, L08, SGI

3 värde och standardavvikelse fram. Därefter kan brottsannolikheten bestämmas för en rad potentiella fördelningar. Den mest relevanta fördelningsfunktionen för stabilitetsberäkningar har vi bedömt vara lognormalfördelningen. Exempel på beräkning av skredsannolikhet Högshall är ett mindre bostadsområde i Partille kommun beläget i Jonsereds västra utkant mellan Säveån och Jonseredsvägen. En fördjupad stabilitetsutredning utfördes på uppdrag av Partille kommun av SWECO VBB (2006) för slänterna ner mot Säveån i området, och resultatet visade på en otillfredsställande stabilitet. Området kring Säveån karaktäriseras av slänter bildade genom vattnets erosion genom jordlagren, vilka domineras av lera. Portrycks- och grundvattenförhållandena har studerats inom området vid ett flertal tillfällen, bland annat av Berntson (1983). Genom jordprofilen förekommer en hydrodynamisk nedåtriktad strömning, och grundvattentrycket i friktionsjorden regleras av vattennivån i Säveån. Portryckssituationen blir därmed mycket speciell för området, med en i de övre och undre jordlagren hydrostatisk portrycksfördelning anpassad i övre och undre begränsningen till de där rådande grundvattentrycken. Portrycksförhållanden Portrycksprofilen i slänten har modellerats i datorprogrammet Geostudio 2007 SEEP/W för att bättre kunna ta hänsyn till samspelet mellan portryck, vattenstånd och grundvattentryck i friktionslagret som regleras av Säveån. Inledningsvis har modellen och dess randvillkor kalibrerats mot dagens rådande portrycks- och grundvattenförhållanden. Efter kalibrering har klimatförändringens bedömda variationer i nederbörd och vattenstånd lagts på, och de på detta vis beräknade portrycken har sedan använts vid stabilitetsberäkningarna. I Tabell 1 sammanfattas variablernas min- respektive maxvärden samt de Tabell 1. Sammanställning av parametrarnas min- respektive max samt framräknat extremvärde. Parameter Min Max Antagen Medel- Standard- Extremvärden fördelnings- värde avvikelse funktion Erosion 0 m 2 m Triangulär 1 m 0,42 m E+ 1,42 E- 0,58 Vattenstånd +12,0 m +15,5 m Triangulär +13,75 0,71 W+ 14,5 W-13 Nederbörd +25 m +25,9 m Skev triangulär +25,4 0,2 N+ 25,6 N- 25,2 Tabell 2. Säkerhetsfaktorer före (1) respektive efter åtgärd (2). Parametrarna W, N och E representerar vattendragets nivå, nederbördens påverkan på portrycket samt erosion. Säkerhetsfaktor 1 Säkerhetsfaktor 2 W+N+E+ 0,996 1,104 W+N+E- 1,005 1,113 W+N-E+ 1,008 1,065 W+N-E- 1,019 1,075 W-N+E+ 1,025 1,104 W-N+E- 1,030 1,106 W-N-E+ 1,039 1,098 W-N-E- 1,046 1,106 Medelvärden 1,011 1,060 extremvärden som användes i framtagandet av brottsannolikheten. Nederbördens inverkan har modellerats genom en höjning av grundvattenytan i slänten, därför representeras parametern av plushöjder. Tillämpade parameterkombinationer Nio stabilitetsberäkningar av slänten utfördes med kombinationer av parametrarnas extremvärden enligt Tabell 2. Säkerhetsfaktorerna återspeglar släntens ursprung- liga geometri men med förhöjda portrycksförhållanden orsakade av klimatförändringen. Därefter beräknades nya säkerhetsfaktorer, för samma kombinationer av parametrar, men efter åtgärd. För exemplet Högshallsområdet avsågs åtgärden avschaktning av släntkrön och säkerhetsfaktorer efter denna åtgärd finns redovisade i Tabell 2. Brottsannolikheten, d.v.s. att säkerhetsfaktorn < 1, togs fram utifrån ett antagande om att säkerhetsfaktorerna är lognormalfördelade. Sannolikheten för den ursprungliga slänten blev 16 % vilken sänktes till ~ efter åtgärd. Andra parametrar som varierar Det bör poängteras att i de genomförda fallstudierna har endast vattenstånd i nedanförliggande vattendrag, portrycksförhållanden och framtida erosion beaktats, och då med hänsyn till klimatförändringens inverkan. Utöver dessa faktorer finns givetvis en rad andra faktorer som kan variera, dels i dagens klimat, dels p.g.a. klimatförändringarnas påverkan exempelvis de olika jordlagrens skjuvhållfasthet, friktionsvinkel och densitet, varierande yttre laster etc. Vid kommande stabilitetsutredningar kan även dessa faktorer analyseras vid kostnadsnyttoanalys. Skredkonsekvenser Konsekvensbedömningen är den del av riskanalysen som behandlar följderna av ett skred. Syftet med konsekvensbedömningen är att uppskatta vilka skador ett skred kan leda till och värdet av dessa. Konsekvensbedömningen baseras på avgränsning i riskzoner, inventering av riskobjekt och värdering av konsekvenser. Som riskzon valdes en trolig skredutbredning. Konsekvensernas omfattning baserades på information om byggnaders läge och värde, demografin (som beskriver var människor bor och vistas), trafikströmmar på gator och vägar samt andra typer av riskobjekt, exempelvis industrier, 36

4 SWEDISH SOCIETY OF CIVIL AND STRUCTURAL ENGINEERS Vi söker dig som vill jobba med Stötvågsmätningar Integritetstester CAPWAP- & WEAP-analyser Propile Webb-baserade informationssystem gå till arbetsplatser, butiker, ledningar, samlingssalar, värdefull miljö, deponier, markföroreningar etc. Fastigheter värderades genom att räkna om taxeringsvärdet till marknadsvärde. För byggnader och annan egendom inom riskzonen antogs hela det ekonomiska värdet gå förlorat. Konsekvensvärdering Värdet av ett statistiskt liv erhölls från en betalningsvillighetsstudie av Persson m.fl. (2001) och nuvärdesberäknades med hjälp av prisbasbelopp för de olika åren. Värdet anses motsvara den summa som en stor population tillsammans är beredd att betala för att eliminera en risk, som orsakar ett slumpmässigt dödsfall i populationen. För människor uppskattades dödligheten till 4 % utifrån ett antal tidigare inträffade svenska skred som kvoten mellan antal omkomna och antal närvarande. Kostnaden för trafikomledning till följd av skadad väg uppskattades med en schablonmetod från dåvarande Vägverket (2005). Metoden tar hänsyn till vägförlängning, avbrottstid och trafikmängd. Kostnader för räddningsinsats uppskattades utifrån faktiska kostnader vid skredet i Vagnhärad Kostnadsnyttoanalys Kostnadsnyttoanalys utfördes i syfte att undersöka om det är ekonomiskt lönsamt att vidta förebyggande åtgärder för att minska sannolikheten för skred. Genom kostnadsnyttoanalys kan kostnaden för att minska risken ställas i relation till minskningen av den förväntade branschens ledande kunskapskälla sedan mer än 50 år. TEMANUMMER ÅR Grundläggning 2-10 Husbyggnad Trä & Stål 3-10 Samhällsbyggnad 4-10 Geoteknik/Tunnelbyggnad 5-10 Husbyggnad Betong 6-10 Vatten och VA Välkommen som annonsör i byggbranschens kunskapsbank Samhällsbyggaren! Investera i framtiden annonsera idag! Kontakta Migge Sarrión, tel: , annons@samhallsbyggaren.se Prenumerera: SVR, , svr@svr.se Redaktionen: Lars Hamrebjörk, , redaktionen@samhallsbyggaren.se

5 skadekostnaden. Analysen ger ett mått på om de riskreducerande åtgärderna är lönsamma eller ej. Grundläggande för kostnadsnyttoanalys är att man tar utgångspunkt i en beslutssituation, där man kan formulera en nettonuvärdesfunktion där tecknet på denna anger lönsamheten eller önskvärdheten. Nyttofaktorer Nyttofaktorn (nuvärdesberäknade nyttor / nuvärdesberäknade kostnader) beräknades för att avgöra investeringens lönsamhet. Nyttofaktorn skall vara större än 1 för acceptans. Nollalternativet, d.v.s. att inte utföra någon åtgärd, ställdes mot åtgärden avschaktning av släntkrön som minskar sannolikheten för skred. Avschaktning innebär att man väljer att ta en åtgärdskostnad nu, mot att den förväntade årliga riskkostnaden minskar för kommande år. Andra alternativa preventiva åtgärder kan analyseras på samma sätt. Kostnadsberäkningarna för föreslagna åtgärder baserades på en schabloniserad kalkylmetod för markbyggnadskostnader, Geokalkyl (1991). Slutresultatet sammanställs i Tabell 3. Tidshorisont Åtgärden avschaktning är varaktig och medför inga kostnader för underhåll eller liknande. Om man tagit hänsyn till klimatförändringens inverkan under 50 år på de parametrar som används för att beräkna skredsannolikheten så blir beräkningsresultatet sannolikheten att det går ett skred under de följande 50 åren. Hur den årliga sannolikheten för skred varierar under dessa 50 år är ett komplext problem. Klimatförändringen bidrar till att sannolikheten för skred ökar med tiden genom en minskad släntstabilitet. Samtidigt minskar sannolikheten för att skredet har möjlighet att gå, eftersom det redan kan ha inträffat under ett av de föregående åren, och i så fall kan det inte inträffa igen inom Referenser Berntsson, J. (1983), Portrycksvariationer i leror i Göteborgsregionen. Statens geotekniska institut. Rapport 20. Linköping. Geokalkyl, Schabloniserad kalkylmetod för markbyggnadskostnader (1991)Bohm, H.,Henricsson, L., Jansson, K.-E., Byggforsknings rådet, T7:1991, Stockholm. Persson, U., Norinder, A., Hjalte, K. & Gralén, K. (2001). The Value of a Statistical Life in Transport: Findings from a New Contingent Valuation Study in Sweden. Journal of Risk and Uncertainty. Vol 23 No 2, pp Sällfors, G., (1990), Punktskattningsmetoden, En statistisk metod användbar på geotekniska problem. Chalmers Tekniska Högskola, Geo hydrologiska forskningsgruppen, Meddelande nr 89, Göteborg. SWECO VBB (2006), Högshallsvägen, Partille, Stadsbyggnadskontoret, Partille kommun, Fördjupad stabilitetsutredning, PM Geoteknik, Göteborg , Uppdragsnummer Vägverket (2005). Fördjupning, Riskanalys vald vägsträcka, Publikation 2005:55. det specificerade skredriskområdet. Sannolikheten per år antas vara konstant över tiden: p(skred år a) = p(skred inom x år)/x Fallstudiernas resultat De utförda kostnadsnyttoanalyserna påvisar hur den så kallade nytto- p(skred inom 50 år ej åtgärd) p(skred inom 50 år åtgärd) faktorn och därmed samhällsnyttan av planerade förstärkningsåtgärder kan variera mellan olika slänter. Nyttofaktorn beräknas som nuvärdesberäknade nyttor av åtgärden dividerat med dess nuvärdesberäknade kostnader. Av de tre slänter som valdes ut visade sig två slänter, Högshallsvägen i Partille respektive Tabell 3. Sammanställning av kostnadsnyttoanalys för de studerade slänterna. Åtgärd avser avschaktning av släntkrön. Tidshorisonten 50 år användes. Kalkylräntan för liv var 2 % och för övriga kostnader 4 %. Högshallsvägen 0,16 1,00E-05 5,93 4,00E-04 0,348 17,05 Orren Årby 0,02 0,001 0,04 0,002 1,14 0,03 Nuvärde förv. skada ej åtgärd (Mkr) Nuvärde förv. skada åtgärd (Mkr) Nuvärde åtgärdskostnad (Mkr) Nyttofaktor

6 grundförstärkning - djupstabilisering - masstabilisering Årby i Borlänge kunna drabbas av jordskred med en viss sannolikhet beräknad med punktskattningsmetoden. Den tredje slänten, kvarteret Orren i Lidköping, hade en beräknad sannolikheten som blev noll, se Tabell 3. Slutsatser Kostnadsnyttoanalys bedöms kunna utföras vid kommande stabilitetsutredningar så att faktorerna klimatförändring, skredsannolikhet samt konsekvenser för såväl liv som egendom och miljö, belyses. Dessa faktorer kan sedan vägas mot åtgärdskostnader, eventuellt för flera alternativa preventiva åtgärder, samt den reducerade sannolikheten för skred efter dessa åtgärder. I utredningen baserades kostnadsnyttoanalyserna på underlaget från stabilitetsutredningar som utförts tidigare. Dessa utredningar ger emellertid inte (och hade när de utfördes inte till avsikt ge) tillräcklig och klar information om alla faktorer vilka bör utredas vid en kostnadsnyttoanalys som väger in klimatförändringen. Exempel på sådan saknad information är topografin över en större del av släntområdet än enbart längs avvägda beräkningssektioner, portrycks- och vattenståndsobservationer över längre tidsperioder, statistik över portrycksvariationer generellt i landet samt erosionsförhållanden vid framtida vattenflöden längs vattendrag med olika förhållanden avseende jordlager, klimat och topografi. Vid kommande utredningar bör även sådan information vägas in, dels genom utökade geotekniska och geohydrologiska undersökningar, dels genom ökad tillgång till mer detaljerad topografisk och klimatologisk information. Läs mer på Internet Fallsvik m.fl. (2010), Kostnadsnyttoanalys för förebyggande åtgärder mot skred och ras till följd av förändrat klimat: publikationer/varia/pdf/sgi-v603.pdf Hultén m.fl. (2006), Släntstabilitet i jord. Underlag för handlingsplan för att förutse och förebygga naturolyckor i Sverige vid förändrat klimat: pdf/sgi-v560-1.pdf Klimatscenarier SMHI/Rossby Centre: se/klimatdata/klimatscenarier/scenariodata Länsförsäkringsbolagens Forskningsfond: Författarens e-post jan.fallsvik@swedgeo.se victoria.svahn@swedgeo.se stefan.falemo@swedgeo.se