Autorinnen und Autoren: Herr CHOE Hyun-joon, Generalinspektor, Herr KIM Sang-hye, leitender Prüfer, Frau JEON Ju-won, Prüferin
1. Einleitung
Die ORKB Korea (Board of Audit and Inspection; BAI) prüfte die Koreanische Staatsbahn (KORAIL), um sie auf mögliche Gleisverwerfungen vorzubereiten, die durch starke Hitzewellen – das Markenzeichen globaler Erwärmung – verursacht werden können. Es erschien uns sinnvoll, die bei dieser Prüfung angewandten Prüfungsmethoden mit den INTOSAI-Mitgliedern und der Gemeinschaft der staatlichen Finanzkontrolle zu teilen, insbesondere da die Methoden die wissenschaftliche Analyse der Korrelation zwischen Luft- und Bahntemperaturen sowie die Simulation zukünftiger Temperaturszenarien beinhalteten.
2. Hintergrund
Seit 2000 kam es in Südkorea insgesamt zu sechs Zugentgleisungen oder technischen Problemen mit Eisenbahnstrecken, die sich alle auf Gleisen mit durchgehend verschweißten Schienen ereigneten. Es wurde festgestellt, dass diese Unglücke durch einen starken Temperaturanstieg der Gleise, der zu Verformungen durchgehend verschweißter Schienen führt, verursacht wurden.
Vor diesem Hintergrund wurde es notwendig, eine Norm für den Einsatz durchgehend verschweißter Schienen zu erstellen, welche die in Zukunft zu erwartenden Temperaturschwankungen berücksichtigt, um Gleisverwerfungen, Zugentgleisungen und sonstigen Risiken vorzubeugen.
3. Analysemethode und -ergebnisse
A. Analyse der Vorhersagen zukünftiger Lufttemperaturen
Das BAI analysierte Daten zu den Lufttemperaturen in den Szenarien des gemeinsamen sozioökonomischen Pfads (Shared Socioeconomic Pathway; SSP) SSP1–2.6 und SSP5–8.5(1) – bei denen es sich um im Sechsten Sachstandbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen der Vereinten Nationen prognostizierte Klimawandelszenarien für die voraussichtlichen globalen sozioökonomischen Veränderungen handelt –, um die Wiederkehrzeit der Temperaturen bzw. die Wahrscheinlichkeiten für das tatsächliche Auftreten der antizipierten Temperaturen in den antizipierten Szenarien zu berechnen. Das BAI verglich sie dann mit dem aktuellen Status quo.
Das BAI kam zu dem Schluss, dass die Wahrscheinlichkeit einer Lufttemperatur von 40 ℃ oder mehr (was einer Schienentemperatur von 60 ℃ oder mehr entspricht) im Szenario SSP5–8.5 im Jahr 2040 25,1-mal höher ist als momentan (siehe Tabelle 1).
[Tabelle 1] Vergleich der Wahrscheinlichkeiten einer Lufttemperatur von 40 ℃ oder mehr (Einheit: %, Jahr, Anzahl der Vervielfachungen)
Quelle: Die Berechnungen beruhen auf einer Analyse der Kangwon National University
Diese Analyse zeigte, dass die Tage, an denen die Schienentemperatur 60 ℃ oder mehr erreicht, im langfristigen SSP5–8.5-Szenario (2071–2100) aufgrund der klimatischen Veränderungen bis zu 30,2 % aller Sommertage ausmachen werden.
[Tabelle 2] Vorhersage der Anzahl an Tagen mit Schienentemperaturen von 60 ℃ oder mehr im Sommer (zwischen Juli und September) (Einheit: Anzahl an Tagen, %)
Quelle: Daten der Koreanischen Wetterbehörde und Analyse der Kangwon National University
B. Analyse der Korrelation zwischen Luft- und Schienentemperaturen in Korea
Um die zukünftigen Schienentemperaturen vorauszusehen, analysierte das BAI, wie in Tabelle 3 dargestellt, die Korrelation zwischen Luft- und Schienentemperaturen anhand der tatsächlichen Schienentemperaturen. Anschließend verglich es die Korrelation mit vier bestehenden Korrelationsgleichungen für die Luft- und Schienentemperatur und stellte fest, dass die von KORAIL verwendete Gleichung die zuverlässigste der vier ist.
[Tabelle 3] Simulation der Korrelation zwischen Luft- und Schienentemperaturen in Korea
| Durchgeführt von der: Kangwon National University, von April bis Juni 2023 Analyseumfang: Korrelation zwischen Luft- und Schienentemperaturen Analysemethode: Analyse der Korrelation zwischen Luft- und Schienentemperaturen anhand von Daten zu Luft- und Schienentemperaturen, die mit einem Thermoscanner für Schienen gemessen wurden, Vergleich vorhandener Korrelationsgleichungen für Luft- und Schienentemperaturen, wobei eine davon von KORAIL verwendet wurde, und Erarbeitung einer endgültigen Korrelationsgleichung für Luft- und Schienentemperaturen. |
[Grafik 1] Vergleich der Korrelationsgleichungen für Luft- und Schienentemperaturen
Quelle: Datenanalyse der Kangwon National University
C. Analyse der Veränderungen der Schienentemperaturen anhand von Klimawandelszenarien
In enger Zusammenarbeit mit der Chungnam National University und der Kangwon National University führte das BAI eine Simulation durch, bei der zukünftige Lufttemperaturen in die Schwankungsbreite möglicher zukünftiger Schienentemperaturen umgerechnet wurden, wobei die oben beschriebene Korrelationsgleichung des KORAIL zur Anwendung kam (siehe Tabelle 4).
[Tabelle 4] Simulation der künftigen Veränderungen der Schienentemperaturen aufgrund des Klimawandels
| Durchgeführt von der: Chungnam National University, von April bis Juni Analyseumfang: Veränderungen im Temperaturbereich, Durchschnittstemperatur und Solltemperatur der Schienen Analysemethode: Umrechnung der erwarteten zukünftigen Lufttemperatur in Schienentemperaturen unter Berücksichtigung der Wiederkehrwahrscheinlichkeit der erwarteten zukünftigen Lufttemperatur in den Szenarien SSP1–2.6 und 5–8.5 und Analyse der Veränderungen der Durchschnittstemperatur sowie der Solltemperaturen. Einschränkungen der Analyse: Die Schienentemperaturen schwanken je nach Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewölkung etc. Bei dieser Prüfung wurde jedoch nur die Lufttemperatur berücksichtigt. |
Diese Analyse zeigte, dass sich die derzeitige Schwankungsbreite der Schienentemperaturen, die 80 ℃ (-20–60 ℃) beträgt, um mindestens 3 ℃ (im Wiederkehrintervall von 50 Jahren im Szenario SSP1–2.6) oder höchstens 11,7 ℃ (im Wiederkehrintervall von 100 Jahren im Szenario SSP5–8.5) erweitern wird.
[Tabelle 5] Prognostizierte Schienentemperatur in SSP-Szenarien (Einheit: ℃)
Die Zahlen in Klammern zeigen die Veränderungen der Schienen- und Durchschnittstemperaturen im Vergleich zu den aktuellen Werten (Höchstwert: 80 ℃, Medianwert: 20 ℃).
Quelle: Datenanalyse der Kangwon National University
D. Analyse der Wahrscheinlichkeit von Gleisverwerfungen auf Hochgeschwindigkeitsstrecken anhand von Klimawandelszenarien
Das BAI analysierte, wie stark die Wahrscheinlichkeit von Gleisverwerfungen zunimmt, wenn die Schienentemperatur ansteigt (siehe Tabelle 5). Das Ergebnis zeigte, dass die Wahrscheinlichkeit von Gleisverwerfungen im Zeitraum 2071–2100 (langfristig) bis zu 0,2 % betragen wird (siehe Tabelle 6), wenn die Schienentemperaturen bis auf 73 ℃ ansteigen (Wiederkehrintervall von 100 Jahren, angewandt im Szenario SSP5–8.5). Daraus geht hervor, dass die derzeitige Sicherheitsnorm für Gleisverwerfungen nicht ausreicht, um auf den antizipierten Klimawandel vorbereitet zu sein.
[Tabelle 6] Prognostizierte Wahrscheinlichkeit von Gleisverwerfungen im SSP-Szenario (Einheit: ℃, %, Anzahl der Vervielfachungen)
Quelle: Datenanalyse der Chungnam National University
4. Prüfungsergebnis
Das BAI forderte den Vorsitzenden der Koreanischen Staatsbahn auf, die Sicherheit seines Schienennetzes zu erhöhen. Dies kann durch die Festlegung von Normen für den Temperaturbereich und die Gleiszieltemperaturen durchgehend verschweißter Schienen unter Berücksichtigung der Klimawandelszenarien erfolgen, um so das Gleisverwerfungsrisiko, das durch Spitzen in der Lufttemperatur verursacht werden kann, zu verringern. Diese Normen sollen dazu beitragen, die Verkehrssicherheit im ganzen Land zu erhöhen, indem sie die durch den Temperaturanstieg verursachten Risiken verringern und zu größerer Klimaresilienz führen.
