Vintermodellen Anna Arvidsson NVF Stykkishólmur, Island 2014-06-11
Varför startades utvecklingen av Vintermodellen? Det har sen 1970-talet funnits samhällsekonomiska kalkyler för att beräkna kostnaderna om en gammal väg ersätts av en ny. Senare har också kalkylmodeller utvecklats för att beräkna nytta och kostnad för att förbättra en befintlig väg. I slutet av 1990-talet började man diskutera om man inte göra kalkyler för fler områden. Framför allt kände man ett behov av att kalkylerna också borde omfatta beläggningsunderhåll, vinterväghållning och kanske också grusvägsunderhåll. Strax därefter började utvecklingen av Vintermodellen
Vad kan den användas till? Vintermodellen är ett verktyg där man kan studera hur den samhällsekonomiska kostnaden ökar eller minskar om man ändrar strategi eller åtgärdstyp inom vinterväghållningen. ex. om man plogar och saltar en väg oftare eller mer sällan än dagens driftregler, eller om man börjar/slutar salta vissa vägar. 1. Man kan studera hur nuvarande driftregler fungerar. Vad händer då med samhällsnyttan om man ökar eller minskar startkriterier eller åtgärdstider? Eller om man övergår från plogning och saltning till plogning, hyvling och sandning. 2. Jämföra nyttan med att investera i en ny väg eller förbättra en gammal genom utföra bättre vinterväghållning.
Hur togs den fram? Observationsplats 1998-1999 1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 Limskogen X X Spjutmosjön X Brånan X X Stadsberget X X Österböle X Alunda X X Lohällen X X Grinda X X Hägernäs X X Vimmerby X X Eriksmåla X X
Dessutom togs det fram modeller för: Hur bränsleförbrukningen varierar med hastighet och rullmotstånd på olika väglag Hur saltet påverkar kostnaden för korrosionen på bilplåt och elektronik Hur utsläpp av luftföroreningar och klimatgaser påverkas av bränsleförbrukning och körsträcka (ingår i miljöeffekter) Hur vegetationen intill vägen påverkas av att salt lämnar vägen och hamnar i terrängen (ingår i miljöeffekter) Vad olika typer av åtgärder kostar
Kostnader och värderingar av: Hur olyckor med olika skadeföljd värderas Hur restid värderas Kostnad för bensin och diesel Bedömning av korrosionskostnaden Värderingar av utsläpp av luftföroreningar och klimatgaser Bedömning av kostnaden för vegetationsskador och åtgärdskostnader och allt är inlagt i Vintermodellen
Nya Regler Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering Restidskostnader Olyckskostnader Fordonskostnader Miljökostnader Väghållarkostnader Trafikantkostnader Total vinterkostnad
Allmänt om definitioner Framkomlighet: Medelhastighet per timme (km/h) Flöde: antal fordon per timme Fordon: Personbilar, lastbilar utan släp (inkl. bussar), lastbilar med släp Klimatzoner: Södra Sverige: Mellersta Sverige: Nedre Norra Sverige: Övre Norra Sverige: 15 november 15 mars 15 oktober 15 april 1 oktober 30 april 1 oktober 30 april Regelverk för 5 standardklasser
Allmänt om definitioner Väderbeskrivningar från VViS ca 800 stationer i Sverige Temperaturer (luft, yt, daggpunkt), RH, nederbörd typ & mängd, vindhastighet & riktning HR1 - Halka på grund av måttlig rimfrostutfällning HR2 - Halka på grund av kraftig rimfrostutfällning HT - Halka på grund av att fuktiga/våta vägbanor fryser till HN - Halka på grund av regn eller snöblandat regn på kall vägbana HS - Halka på grund av litet snöfall S - Snöfall D - Snödrev
Olika typer av väglag 18 olika typer av väglag: Torr barmark (Torr barmark med mittsträng av snö/is) Fuktig barmark (Fuktig barmark med mittsträng av snö/is) Våt barmark (Våt barmark med mittsträng av snö/is) Tillfälliga väglag: Rimfrost eller Tunn is Stabila väglag: Packad snö eller Tjock is Lösa väglag: Lös snö eller Snömodd Spårslitage med barmark i spåren och packad snö/tjock is utanför spåren och lös snö/snömodd utanför spåren och övriga is/snöväglag utanför spåren Spårslitage med tunn is i spåren och packad snö/tjock is utanför spåren och lös snö/snömodd utanför spåren och övriga is/snöväglag utanför spåren
Olika typer av väglag Olika modeller använder olika många väglag: Framkomlighetsmodellen och Fordonskostnadsmodellen 8 st Torr barmark Fuktig barmark Våt barmark Tillfälliga väglag: Rimfrost eller Tunn is Stabila väglag: Packad snö eller Tjock is Lösa väglag: Lös snö eller Snömodd Spårslitage med barmark i spåren Spårslitage med tunn is i spåren TB FB VB RIM/TUI PS/TJI LS/SM S(B) S(TUI)
Olika typer av väglag Olycksmodellen 5 st Torr barmark Fuktig barmark Våt barmark Tillfälliga väglag: Rimfrost eller Tunn is Stabila väglag: Packad snö eller Tjock is Lösa väglag: Lös snö eller Snömodd TB FB/VB RIM/TUI PS/TJI LS/SM
Olika typer av väglag Miljömodellen är det bara fyra väglagskategorier. Torr barmark Fuktig barmark Våt barmark Övriga väglagen
Väglagsmodellen 5 4 3 2 1 Körfältet uppdelat i fem ytor: 1. Körfältskant 2. Höger hjulspår 3. Mellan hjulspår 4. Vänster hjulspår 5. Vägmitt
Väglagsmodellen Beräknar väglaget halvtimme för halvtimme utifrån väderdata, trafik och väghållningsåtgärder Förebyggande halkbekämpning Kombikörning Plogning Sandning Hyvling/isrivning Nedslitning av packad snö/tjock is Kondensering Bortstänkning Upptorkning
Väglagsmodellen Snödjup (mm) Vatten (g/m 2 )
Relativ olyckskvot Olycksmodellen Beräknar olyckskvoter, olyckstyper och konsekvenser kopplade till olika väglag och dess varaktighet. Utifrån olycksrisker på barmark (olyckor/mfkm) räknas antalet olyckor ut uppdelade på barmark och vid snö/is Olyckskvot relativt torr barmark 40 35 30 25 20 15 1% 2 dygn Tunn is Lös snö Packad snö Olyckskvoten är 34 gånger högre på tunn is än på torr barmark 10 5 0 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% Varaktighet (TA/TAtot)
Framkomlighetsmodellen Restider och medelhastigheter beroende på väglag
Fordonskostnadsmodellen Beräknar bränsleförbrukning beroende av väglaget, men även korrosionen på grund av det salt som används för vinterväghållningsåtgärder. Bränsleförbrukningsmodellen Modellerar hur stor bränsleförbrukningen är för personbilar, lastbilar utan släp och lastbilar med släp beroende av väglag Korrosionsmodellen Korrosionskostnaden uppdelad i två kostnader: Karosseriplåt och elektronik
Miljömodellen Beräknar konsekvenserna från saltanvändning på den vägnära vegetationen. Weather Maintenance measures Winter road condition model Output Residual salt model Road surface condition Wind speed & direction Traffic Residual salt amount Traffic Roadside exposure Impact
Miljömodellen Miljömodellen beräknar saltexponeringen i vägens omgivning Beroende på miljö-komponentens sårbarhet beräknas omfattningen av skada Skadan värderas utifrån den areal som överskrider en förutbestämd toleransnivå Mer information om Miljömodellen: goran.blomqvist@vti.se
Mer information om Miljömodellen: goran.blomqvist@vti.se
Luftföroreningskostnader Utsläpp av CO 2, SO 2, HC och NO x
Modellen för väghållarkostnader I modellen för väghållarkostnader beräknas de direkta kostnaderna för vinterväghållningsåtgärderna.
Effekter Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning
Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering
Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering Restidskostnader Olyckskostnader Fordonskostnader Miljökostnader Väghållarkostnader
Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering Restidskostnader Olyckskostnader Fordonskostnader Miljökostnader Väghållarkostnader Trafikantkostnader
Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering Restidskostnader Olyckskostnader Fordonskostnader Miljökostnader Väghållarkostnader Trafikantkostnader Total vinterkostnad
Nya Regler Geografi Vägdata Trafikdata Regelverk Teknik Väder (VViS mm) Klimat Åtgärder Olycksrisk Skadeföljd Väglag Korrosion Miljöeffekter Olyckor Framkomlighet (hastighet, flöde) Restid Bränsleförbrukning Värdering Värdering Värdering Värdering Värdering Restidskostnader Olyckskostnader Fordonskostnader Miljökostnader Väghållarkostnader Trafikantkostnader Total vinterkostnad
En modell är alltid en förenkling av verkligheten och Vintermodellen klarar idag inte av att svara på alla frågor.
Vintermodellen Kalibrering och vidareutveckling av Vintermodellen Anna Arvidsson NVF Stykkishólmur, Island 2014-06-11
Syfte Göra vissa förbättringar som att ta hänsyn till snödjupet på vägen i Framkomlighetsmodellen Tillämpa Vintermodellen
Förbättringar och delmoment Förbättringar i Framkomlighetsmodellen ta hänsyn till snödjupet på vägen implementera snödjup i modellen
Snödjup Anpassat att beakta olika snödjup på de olika körfältsytorna 1 Körfältskant 2 Höger hjulspår 3 Mellan hjulspår 4 Vänster hjulspår 5 Vägmitt Beroende på väglag och klimatzon togs det fram nya korrektionsvärden för hastighetsreduktion beroende av mängden snö på vägen. Hypotes: Snön som påverkar en hastighetssänkning mest är snön mellan hjulspåren och i vägmitten (# 3 resp. # 5).
Snödjup Procentuella hastighetsminskningar relativt torr barmark för olika väglagstyper, klimatzoner & fordonstyper Korrektionsfaktorer (a k ) för hastighetsförändringarna Södra och Mellersta Nedre Norra Övre Norra Sverige Sverige Sverige Väglagstyp PB LBU LBS PB LBU LBS PB LBU LBS TB 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 FB 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 VB 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 RIM/TUI 0,91 0,91 0,91 0,93 0,93 0,93 0,94 0,94 0,94 PS/TJI 0,83 0,84 0,85 0,84 0,85 0,86 0,90 0,90 0,90 LS/SM 0,86 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,90 0,90 0,90 S(B) 0,92 0,92 0,92 0,93 0,94 0,94 0,95 0,95 0,95 S(TUI) 0,90 0,90 0,90 0,91 0,91 0,91 0,92 0,92 0,92
Snödjup v = v Torr Barmark a k b snödjup 100 där v hastigheten vid väglaget som ska beräknas v Torr Barmark hastigheten vid torr barmark a k korrektionsfaktor för hastighetsförändringen för väglaget b är en konstant för snödjup (2,0) snödjup snödjup är medelvärdet av snödjupet i cm för körfältsytorna mellan hjulspår och vägmitt
Snödjup Räkneexempel hastighetsnedsättning pga. snödjup Personbilar i Nedre Norra Sverige Medelhastighet: 96,3 km/h (torr barmark) Väglag: lös snö/snömodd (LS/SM). Medelvärdet av snödjupet för ytorna mellan hjulspåren och i vägmitten är 1,5 cm v LS = 96,3 0,87 2,0 1,5 SM 100 = 80,9 km/h
Förbättringar och delmoment Tillämpningskörningar + analyser
Tillämpningskörningar Vägen är två-fältig med en vägbredd på mellan 6 och 9 meter Hastighetsgränsen är 90 km/h Väglängden är 100 km Indata till Vintermodellen är: Väderinformation från VViS-station 1921 Urvalla dvs. Klimatzon Mellersta Sverige. 2006-10-15 2007-04-15 Övre Norra Sverige Nedre Norra Sverige Mellersta Sverige Södra Sverige
Tillämpningskörningar Körning Åtgärd Standardklass Startkriterium Åtgärdstid ÅDT Nr Väg Drift 1 Kombi, saltad väg 1 1 1 cm snö 2 timmar 16 000 2 Kombi, saltad väg 2 2 1 cm snö 3 timmar 16 000 3 Kombi, saltad väg 2 2 1 cm snö 3 timmar 8 000 4 Kombi, saltad väg 3 3 1 cm snö 4 timmar 8 000 5 Kombi, saltad väg 3 3 1 cm snö 4 timmar 2 000 6 Plogning, osaltad väg 4 4 2 cm snö 5 timmar 2 000 7 Kombi, saltad väg 3 3-2 cm snö 4 timmar 8 000 8 Kombi, saltad väg 3 3-2 cm snö 4 timmar 2 000 9 Kombi, saltad väg 3 3-- 2 cm snö 5 timmar 2 000 10 Plogning, osaltad väg 4 4-3 cm snö 5 timmar 2 000 11 Kombi, saltad väg 1 2 1 cm snö 3 timmar 16 000 12 Kombi, saltad väg 2 3 1 cm snö 4 timmar 8 000 13 Plogning, osaltad väg 3 4 2 cm snö 5 timmar 2 000 14 Kombi, saltad väg 2 3-2 cm snö 4 timmar 8 000
Kostnad (Mkr) Kostnad/ÅDT (tkr) Resultat för de totala kostnaderna 900 800 700 600 500 400 60 50 40 Åtgärder Miljö, luft Miljö, salt Korrosion Bränsle Restid Olyckor Kostnad/ÅDT (tkr) 30 300 20 200 100 10 0 1 2 3 4 5 6 Plog 7 8 9 10 Plog Tillämpningskörning 11 12 13 Plog 14 0
Jämförelser Körning Nr 1 & 11 3 & 12 3 & 14 5 & 13 8 & 13 9 & 13 6 & 10 Åtgärd Standardklass Väg Drift Start Tid ÅDT Kombi, saltad väg 1 1 1 cm snö 2 tim 16 000 Kombi, saltad väg 1 2 1 cm snö 3 tim 16 000 Kombi, saltad väg 2 2 1 cm snö 3 tim 8 000 Kombi, saltad väg 2 3 1 cm snö 4 tim 8 000 Kombi, saltad väg 2 2 1 cm snö 3 tim 8 000 Kombi, saltad väg 2 3-2 cm snö 4 tim 8 000 Kombi, saltad väg 3 3 1 cm snö 4 tim 2 000 Plogning, osaltad väg 3 4 2 cm snö 5 tim 2 000 Kombi, saltad väg 3 3-2 cm snö 4 tim 2 000 Plogning, osaltad väg 3 4 2 cm snö 5 tim 2 000 Kombi, saltad väg 3 3-- 2 cm snö 5 tim 2 000 Plogning, osaltad väg 3 4 2 cm snö 5 tim 2 000 Plogning, osaltad väg 4 4 2 cm snö 5 tim 2 000 Plogning, osaltad väg 4 4-3 cm snö 5 tim 2 000
Jämförelse mellan 1 & 11 Vägstandardklass 1 Driftstandardklass sänks från 1 till 2 ÅDT 16000 Kombikörning på saltad väg Startkriterium 1 cm snö Åtgärdstid 2 timmar resp. 3 timmar
Olyckor Restid Bränsle Korrosion Miljö, salt Miljö, luft Åtgärder Summa Förändring % Skillnad i kostnader (tkr) Jämförelse mellan tillämpningskörning 1 & 11 200 150 164,5 118,0 100 50 0-50 -100 33,9-5,3 0,0-12,7-3,9-58,5 Åtgärdstid 2 till 3 tim ÅDT 16000 Kombikörning 1% 0% -1% 0,19% 0,01% -0,01% 0% -0,01% 0,02% -2% -3% -4% -2,75% -5% -6% -4,90%
Jämförelse mellan 6 & 10 Vägstandardklass 4 Driftstandardklass 4 sänks till 4- ÅDT 2000 Plogning på osaltad väg Startkriterium 2 resp. 3 cm snö Åtgärdstid 5 timmar
Olyckor Restid Bränsle Korrosion Miljö, salt Miljö, luft Åtgärder Summa Förändring % Skillnader i kostnader (tkr) Jämförelse mellan tillämpningskörning 6 & 10 100 80 89,9 85,9 60 40 20 0-20 29,8-2,0 0,0 0,0-1,5 Startkriteriet 2 till 3 cm snö ÅDT 2000 Plogad väg -40-30,4 2% 1% 0% -1% -2% -3% -4% -5% -6% 0,42% 0,04% -0,03% 0% 0% -0,02% -4,66% 0,08%
Slutsatser Fördelning av de totala kostnaderna (medel 14 körningar) 0,3% Åtgärder 0,1% Salt 8,5% Korrosion 7,9% Luft 13,9% Olyckor 7,7% Bränsle 61,5% Restid
Slutsatser Kostnaderna för samhället ökar vid sänkt driftstandard kombi plog kombi till plogning 1 2 2 3 2 3-4 4-3 4 3-4 3-- 4 - startkriterium (cm) -- startkriterium & åtgärdstid (h)
Tak! Tack! Takk! Kiitos! anna.arvidsson@vti.se