Zranitelnost v síťovém prostředí

Moderní společnost je mimořádně závislá na fungování sítí různých druhů. Pokud si odmyslíme mezilidské vztahy sítě sociální, které byly důležité vždy, tak jsme stále více navázaní na spolehlivost síťových systémů, jako jsou například různé produktovody, dopravní sítě nebo Internet a s ním spojené další aplikace využívající tok a sdílení informací.

Přímé náklady

Do hodnocení zranitelnosti zahrnujeme veškerou infrastrukturu. Vše lze vyčíslit v penězích a je tedy zřejmé, jaké škody by vznikly, pokud by se dané objekty poškodily nebo zničily. Přímé náklady zahrnují např. náklady na rekonstrukci, popřípadě na sanaci přilehlých sesuvných území, stabilizaci svahů, apod. U sítí jsou však důležité dopady omezení transportu, které se projeví mimo postižené místo.

Relativní hodnoty ceny výstavby jednotky délky komunikací na silniční síti Česka. Údaje pocházejí z tabulek stavebních prací ŘSD

Nepřímé náklady

Jedná se o ztráty vzniklé v důsledku omezení služeb, nejčastěji dodávky energií nebo omezení dostupnosti vlivem přerušení dopravní infrastruktury.

Týkají se omezení dopravy, které může mít různě velký dopad na provoz v celé síti, v závislosti na významu přerušeného úseku v rámci sítě. Patří sem ale také náklady na objízdné trasy (spotřeba paliva) apod. Není jednoduché je identifikovat a spočítat, ale mohou být i vyšší, než přímé náklady, zejména pokud je přerušen nějaký, z pohledu dopravy, významný úsek.

Ukázka významu přímých a nepřímých škod. V důsledku přerušení komunikace vlivem sesuvu je třeba vymezit objízdnou trasu. Zatímco náprava škod opravou silnice znamená přímé (stavební) náklady, výdaje na další palivo a čas pro objízdnou trasu jsou náklady nepřímé.

Současná doprava zboží se řídí potřebou just-in-time výroby, což znamená, že firmy mají jen minimální zásoby na skladech a sebemenší výpadky dodávky polotovarů nebo surovin mohou způsobit omezení až zastavení výroby. K tomu se ještě přidružuje fakt, že mnoho nadnárodních společností má výrobu rozmístěnou v různých státech. Dopady poškození jednoho uzlu se potom mohou projevit na druhém konci světa. Například v důsledku zemětřesení v březnu 2011 byla omezena výroba firmy Toyota, což se projevilo celosvětově.

Dopravní nehody, zejména ty, jejichž následkem se uzavře celá komunikace, jsou dalším faktorem snižujícím nabídku spojení, v podstatě fungování dopravní sítě.

Nepřímé dopady jsou velmi často podhodnoceny, pokud se vůbec finančně vyjadřují. Turner and Schuster (1996) uvádějí seznam nepřímých dopadů, mezi které zařadili např.: náklady na zpracování studií hodnotících příčiny sesuvu, snížení ceny nemovitostí následkem existence sesuvu v blízkosti budov, snížení výnosu území z rekreace, redukce daňových příjmů, snížení výnosů zemědělských plodin, dřevní hmoty v případě lesa aj. Z USA pochází několik případů, kdy se mezi nepřímé dopady sesouvání významně zařadily náklady na soudní řízení a odškodnění poškozených (Mc Leod et al, 2005).

Například přerušení dopravy znamená, že se mnoho lidí nedostane včas do zaměstnání, zboží nebude dodáno včas k zákazníkovi. Mnoho z těchto faktorů se však může následně zesílit a v podobě kaskády ovlivnit další osoby, sektory hospodářství apod. Je tudíž velmi obtížné, v případě nepřímých dopadů přerušení dopravy, odhadovat nepřímé ztráty.

Přerušení komunikace (červené kolečko) může mít dopad i na vzdálené oblasti dopravní sítě, které se mohou ocitnout bez spojení.

McLeod et al., 2005 uvádějí několik příkladů z literatury, kdy byly nepřímé náklady odhadnuty. V roce 1983 došlo k sesuvu, který poškodil jak dálnici, tak železnici, přehradil vodní tok, což způsobilo zaplavení městečka Thistle. Přímé škody činily 200 mil. USD (po přepočítání na současné ceny k roku 2010 to činí dvojnásobek), nepřímé škody, vzniklé pouze železniční společnosti, byly odhadnuty na 150 mil USD. Zastavení provozu ovlivnilo firmy ze sektoru naftového, uranového a uhelného průmyslu. Bez zajímavosti není fakt, že v uvedených letech vznikalo v USA mnoho sesuvů, zřejmě jako důsledek mimořádně silného jevu El-Nino (Schuster and Highland, 2001). Reid and LaHusen (1998) popisují následky sesuvu v Severní Kalifornii z ledna 1997, který zničil tři budovy a zablokoval hlavní dálnici č. 50. Přímé náklady na znovuotevření dálnice činily 4,5 mil. USD, nepřímé dopady z uzavřené dálnice přesáhly 50 mil. USD.

Problematika hodnocení nepřímých dopadů je prozatím málo prozkoumána. Chybí metodiky výpočtu ztrát a zejména relevantní data, která by umožňovala srovnání mezi geografickými oblastmi a přírodními procesy. K dispozici jsou pouze odhady pro konkrétní případy. Gordon et al. (1998) uvádějí jako jednu z možností, jak odhadnout velikost nepřímých dopadů, dotazníkové šetření mezi společnostmi a firmami v postižené oblasti.

Příklad mapy potenciálních nepřímých nákladů, pokud dojde k přerušení dopravy. Jednotkou jsou v tomto případě počty automobilů. Vzhledem k naší znalosti složení dopravního proudu a průměrných nákladů na jednotku vzdálenosti pro každý druh vozidla, jsme schopni též kvantifikace. Údaje pocházejí z celostátního sčítání dopravy 2010. Jedná se o relativní údaje, kdy tmavší a silnější linie ukazují na vyšší intenzity.

Ekonomické dopady přerušení dopravy jsou snáze kvantifikovatelné pro železnice, než pro silnice. Důvodem je řízení dopravy na železnici, a tedy úplná znalost počtu vlaků a jejich nákladu, pro který je třeba zajistit přepravu. Mezi nepřímé dopady přerušení způsobených přírodními pohromami můžeme počítat též škody z dopravních nehod. Nejedná se přitom o následky nehod, kdy byla vozidla přímo zasažena například padajícím kamením (Budetta, 2002), ale o dopravní nehody, které se udály na objízdných trasách, případně v uzavírkách, pokud je v místě postižení zavedena kyvadlová doprava.

V práci Bíl et al. (2015) jsme se zaměřili na hodnocení síťových dopadů nejvýznamnějších přírodních pohrom, které postihly Českou republiku v letech 1997 a 2010. Výběr událostí jsme vymezili pouze počtem současně přerušených úseků silnic v jednotlivých krajích. Do výběru jsme navíc nezařadili události, které nezpůsobily výrazné přímé škody, což byl příklad obou významných orkánů (Emma a Kyrill).

Pro hodnocení dopadů jsme použili standardní a dříve publikované metody, jakými jsou absolutní a relativní počet poškozených úseků sítě, podíl funkční sítě před a po události (původně Chang and Nojima, 2001), počet izolovaných částí sítě, počet lidí, kteří zůstali bez spojení s hlavní síťovou komponentou, Index výkonu sítě (Network Efficiency Index, původně Yin and Xu, 2010). Též jsme vyvinuli nový síťový index, který vychází z předchozího indexu a bere do úvahy rozdílný počet obyvatel v uzlech sítě jako váhy. Takto můžeme do jisté míry simulovat dopady událostí na dopravní poptávku. Z pohledu krajských sítí v současném vymezení krajů, měla největší negativní dopad událost z července 1997. Nejvíce postiženou byla silniční síť v rozsahu dnešního Zlínského kraje (Bíl et al., 2015).

Vzhledem k tomu, že sesuvy mohou ohrozit plynulost dopravy, objevují se na portálu JSDI (a následně na www.rupok.cz) všechny informace o sesouvání v okolí i méně významných komunikací třetích tříd. Takové kompletní informační pokrytí je však k dispozici teprve od roku 2012. Jak jsme zjistili v rámci projektu TRISK (trisk.cdvinfo.cz), tak až do roku 2010 neexistoval celostátní přehled o sesouvání podél komunikací. Teprve v rámci zmíněného projektu jsme s kolegy z Centra dopravního výzkumu, v.v.i. započali se shromažďováním historických údajů přerušených komunikací vlivem přírodních procesů a vytvořili tak unikátní databázi, která v relativně kompletní podobě začíná rokem 1997 a aktualizuje se již automaticky online, z dat JSDI.

Je zřejmé, že pokud dojde k destrukci obytné budovy, bude výše ztrát na lidských životech záviset na aktuálním počtu osob nacházejících se v postiženém objektu v daném čase. Z uvedeného tedy plyne, že zranitelnost je časově proměnlivá (např. Van Westen et al., 2006). Podobně můžeme uvažovat i při hodnocení dopadů na dopravní sítě. Průběh intenzit dopravy má výrazný denní chod s dvěma maximy (dopoledne a odpoledne) a dvěma minimy (poledne a noční hodiny). Přerušení komunikace tedy bezprostředně postihne více řidičů, pokud k němu dojde v dopoledních hodinách, než v noci. V této souvislosti je ale nutné poznamenat, že důležité z pohledu nepřímých dopadů bude, zdali se informace o změně trasy dostane včas k těm řidičům a cestujícím, kteří by ji jinak měli v úmyslu využít následující den.

Typický průběh intenzity dopravy. Údaje pocházejí z výsledků průzkumu prováděného CDV na silnici I/57 mezi Krnovem a Opavou.

Zde se dostáváme k úvahám, které před mnoha lety rozpracoval Wardrop (1952) v podobě user-optimum principle. Pokud se na komunikaci objeví překážka, postihne především ty uživatele, kteří jsou právě na cestě a nemají již možnost změnit nebo přizpůsobit plán cesty. Pokud se však jedná o dlouhodobé nebo plánované přerušení dopravy, potom se lze na takový stav předem připravit.

Vlastní kapitolou je problematika přepravy nebezpečného materiálu (HazMat), kdy se musí snížit následky úniku nebezpečných látek do okolí. Proto se volí takové cesty a v takovou denní dobu, aby byly dopady na obyvatelstvo a životní prostřední co nejnižší. Týká se to také ostatních druhů dopravy (železniční, letecké) a přepravy surovin (plynovody, elektrická vedení)

Vlastní silnice jsou jako jedna ze složek významných sítí (lifelines) důležité v případě pohrom, kdy jsou využívány záchrannými týmy. Zprovoznění dopravní sítě je tedy v nejvyšším zájmu při podobných operacích. Jak bylo ukázáno již několikrát v minulosti, letecké mosty a letecké dopravní prostředky nejsou samy o sobě schopny zajistit obslužnost území. Z tohoto pohledu je síť komunikací, i provizorních, zcela zásadní podmínkou úspěšné reakce na nepříznivou událost.

Schematické znázornění faktu, že lokální hodnocení zranitelnosti musí být rozšířeno o síťové dopady v případech, kdy daným územím prochází nějaká komunikace. Takto se zvýší zranitelnost (náklady na poškození) buňky A o dopady omezení dostupnosti území za tímto místem.

Obr. Příklady rozpadů dopravních sítí a možnosti kvantifikace poškození těchto systémů

V podstatě platí, že všechny slepé úseky a slepé větve všech dopravních sítí jsou velmi zranitelné a je třeba počítat s alternativou přerušení jediné spojnice se zbytkem sítě.

Zranitelnost multimodálních sítí

Vedle hran jsou důležitou součástí dopravních systémů uzly. V případě multimodální dopravy se jedná o přestupní místa, nádraží a překladiště, kdy dochází ke změně dopravního módu. Pokud se tedy poškodí přestupní uzel, jsou ovlivněny všechny sítě, které z něj vycházejí. Kritickými místy jsou tedy přestupní body, které vyžadují náležitou ochranu.

Rozdíly mezi dopravními sítěmi

U přístavů a letišť jsou zásadní uzly, hrany se mohou měnit s velkou mírou volnosti. To znamená, že dopravní spojení je záležitostí aktuální potřeby nebo ekonomické efektivity. Uzly jsou však stabilní.

V případě silničních a ještě více železničních sítí, jsou jak hrany, tak uzly pevně svázány s geografickou polohou. Z toho plyne, že oba typy dopravních sítí mají značně odlišné vlastnosti. Zejména u letišť se lze setkat s tzv. bezškálovou sítí, kdy rozdíl mezi počty hran (spojů) mezi jednotlivými letišti může dosahovat i několik řádů. To je v případě silniční nebo železniční dopravy nemyslitelné.

V rámci sítí, jejichž hrany jsou dopravní komunikace, se potom výrazně liší doprava železniční od silniční především tím, že u ní existuje a je uplatňováno řízení dopravy. Jinými slovy, není možné vyjet na trať vlastním vlakem.