이 프로젝트의 목표는 철도의 지반공학적 자산(geotechnical assets)을 기후 변화에 적응시키는 것과 관련된 비용과 편익을 연구하는 것임. 지반공학적 안정성은 크게 기후 상태에 의해 영향을 받는데, 특히 강우와 온도의 변화는 토양의 습도에 영향을 미침. 영국에 대한 기후 변화의 추정치에 의하면, 미래에 더 잦은 집중강우와 지속되는 가뭄이 발생할 것임. 이러한 타입의 극한적인 날씨와 이러한 상태의 결합은 토양의 안정성과 그로 인해 철도 인프라에 부정적인 영향을 미침. 철도공사(Network Rail, NR)가 직면하고 있는 위기는 이렇게 증가한 위험과 비용을 적절하고 효과적으로 관리하는 것임. 여기에는 부정적 영향의 위험을 줄이기 위해 조치를 취하는 것이, 손상과 교란의 증가를 반복적으로 다루는 것보다 더 비용 대비 효과적인지 고려하는 것이 포함됨.

이 프로젝트는 철도공사의 지원으로 수행되었고, 철도공사는 모델 개발에 대한 자문과 데이타를 제공하였음. 철도공사의 지반공학 전문가들과의 논의에 따라 이 프로젝트의 중점은 앵글리아(Anglia) 지역에서 가뭄이 점토에 미치는 영향에 주어졌음. 철도공사의 앵글리아 경로는 영국에서 가장 건조한 지역에 위치해있고, 이 지역은 미래에 더 심각하고 더 지속되는 가뭄을 겪을 것으로 예상됨. 강우량이 적은 기간에(특히 고온과 결합되어) 토양의 습도는 많이 감소하여 점토와 같은 취약한 토양이 상당한 수축하게 됨. 이로 인해 그 토양 위에 있는 인프라는 불안정하게 되고, 안전 및 성능 기준을 유지하기 위해 보수작업을 수행하거나 속도 제한을 필요로 하게 됨. 이는 이 지역에서 점차 문제가 되고 있으며, 철도공사는 이 문제와 잠재적 해결책에 대해 알고 싶어함. 

이 프로젝트는 또한 다른 철도공사의 적응 및 위험 평가 연구 - 예를 들어, TRaCCA 프로그램(내일의 철로 및 기후 변화 적응: Tomorrow's Railway and Climate Change Adaptation)과 2008년의 기후변화에 관한 법(Climate Change Act)에 대한 대응으로 제출된 환경, 식량 및 시골지역 부(Department for the Environment, Food and Rural Affairs, DEFRA)를 위한 적응 보고서 - 와 궤를 같이 하고 있음. 기후 변화가 토양의 습도에 미치는 영향은 산사태의 증가로 이어지는데, 이 이슈는 이 보고서에서 강조되긴 하지만 그 상관관계에 대한 명확한 증거가 아직 없음. 토공(earthwork)의 건조는 기후 변화로 인해 매우 부정적인 영향을 가질 것으로 예측되나, 현재까지 이 분야에서의 연구는 건조(desiccation)보다는 집중 강우의 영향에 더 중점을 두어왔음.

재투자 프로젝트는 철도공사로 하여금 토양의 습도 손실(soil moisture deficit, SMD)과 토공의 파괴 간에 상관관계와, 취약한 토공을 안정화하기 위해 주요 작업을 수행하는 것이 비용 대비 더 효과적인지 또는 사건이 발생했을 때 재건 작업을 수행함으로 철로를 지속적으로 재조정하는 것이 나은지 더 잘 이해할 수 있도록 하는 목적을 가지고 있음. 이 프로젝트는 연구 기간에 걸쳐 기초 기후 데이타(1961년부터 1990년까지)와 미래의 기후 추정치를 사용하여 점진적 경제성 지표(Incremental Economic Indicator: 초기의 경비 증가에 대한 전체 생애 비용의 절감 비율)를 계산하였음.

구체적인 프로젝트 목적은 다음과 같음:

- 적합한 연구 지역을 선정하고 이 지역에 대한 데이타를 수집함.

- 토공의 파괴로 인한 지체 및 유지관리의 가능성과, 이 가능성이 기후 변화로 인해 어떻게 변화할 것인지를 추정함.

- 파괴의 결과로 인해 철도공사에 부과되는 비용을 계산함.

- 파괴의 위험을 줄이기 위한 적합한 적응 기술을 파악함.

- 적응 기술을 수행하는 것과 관련된 비용을 추정함.

- 세 곳의 사례 연구 지역에 대해 반복적인 파괴를 다루는 것과 비교해서 적응을 위한 점진적 경제성 지표를 계산함.

이 프로젝트는 철도의 지반공학적 자산을 기후 변화에 적응시키는 것의 비용-편익을 계산하기 위한 방법을 개발하였고, 이를 서술하기 위해 세 곳의 사례 연구를 수행하였음. 이 사례 연구의 결과는 기후 변화에 적응하기는 것이 비용 대비 더 효과적인지, 아니면 사건이 발생했을 때 보수와 속도 제한을 하는 현재의 정책이 더 적합한지에 대한 지표를 제공함.

이 프로젝트는 철도의 지반공학적 자산을 기후 변화에 적응하기 위한 비용-편익 비율의 지표를 제공하는 목적을 가지고 있음. 따라서, 이 프로젝트의 범위는 집중된 범위를 가지고, 많은 가정을 하였음. 그 범위의 핵심적인 제약은 다음과 같음:

- 토공의 파괴 매커니즘으로 건조만이 연구되었음; 집중강우나 날씨 외적인 요소들의 영향은 고려되지 않았음.

- 비용-편익 연구에서 철도공사에 직접적인 비용만이 사용되었음; 운영사의 훈련 비용, 고객에 대한 비용, 간접적 비용(예를 들어, 명성을 잃음), 비금전적 비용(예를 들어, 환경 영향)은 포함되지 않았음.

- 방법론은 앨글리아 경로 및 세 곳의 사례연구 지역에 대한 데이타를 사용하여 개발되었음. 따라서, 이 방법론이 일반적이라 할지라도, 여기에서 도출된 결과 및 상관관계는 다른 경로나 지역에 적용되지 않을 수도 있음.

- 분석 기간은 2010년에서 2070년까지였음.

이 보고서의 구성은 다음과 같음:

- 제 2장은 지반공학적 자산이 토양의 습도에 의해 어떻게 영향을 받는지, 기후 변화가 토양의 습도와 토공의 파괴에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 배경 정보를 제공함.

- 제 3장은 방법론에 대한 개관을 제시하는데, 여기에는 사례 연구의 선정과 데이타 수집이 포함됨.

- 제 4장에서 7장까지는 분석과 여러 다른 모델에 입력요소로 사용된 데이타를 서술함: 제 4장은 입수된 기후 정보와, 미래의 토양 습도 손실을 추정하기 위해 이 정보가 어떻게 사용되었는지를 서술함; 제 5장은 역사적 파괴 데이타에 대한 분석과, 이 데이타가 토양의 습도 손실과 지역의 특징과 어떻게 관련있는지를 요약함; 제 6장은 인프라 손상과 지체 비용의 관점에서 파괴의 결과를 계산하는 것에 중점을 둠; 제 7장은 파괴의 위험을 줄이기 위한 방안과 그 비용을 파악함.

- 제 8장은 비용 모델의 개발과 모델이 근거하고 있는 가정에 대해 요약함.

- 제 9장은 사례 연구에 대한 계산 결과와, 교통량과 복원 생애에 대한 민감도를 제공함.

- 제 10장은 프로젝트 결과 및 모델의 개발에 대한 추가적인 부분을 논의함.

이 방법론을 개발하기 위해 많은 가정이 이루어졌음. 이는 이 분야에서 현재 상태의 지식이 충분치 않고, 데이타의 가용성이 부족하기 때문임. 이러한 내용은 아래에서 논의됨.

- 기후의 불확실성: 날씨는 자연적으로 변동적이며, 한 지역에 대한 정확한 날씨를 예측하는 것은 불가능함. 그러나, 이러한 변동성은 그 지역의 평균 기후를 중심으로 하여 특정 범위 안에 있음. 따라서, 특정 시간대 안에서 발생하는 특정 온도나 강우의 확률을 추정하는 것은 가능함. 이러한 평균 기후와 변동성의 범위가 변화하고 있음. 영국은 전지구적 기후 모델(UKCP09)에 근거한 국가적 기후 추정치를 가지고 있는데, 이 데이타가 이 모델에서 사용되었음.

- 토양의 습도 손실(SMD) 계산: 이 모델에서 사용된 미래의 SMD 값은 단순한 물 균형(water balance) 접근방법을 사용하여 계산되었음. MORECS와 같은 더 복잡한 모델은 지질학, 식생 타입 등도 고려함. MORECS와 비교해 볼 때, 이 모델에서의 토양 건조는 봄에 지나치게 빨리 발생하였고, 가을에 너무 빨리 토양 습윤이 일어났음. 그리고 매우 건조한 여름에도 충분히 건조되지 않았음.

- SMD와 파괴의 상관관계: 토양의 습도는 토공 파괴의 유발인자로써 파악되었지만, 파괴에 영향을 미치는 다른 인자들(예를 들어, 지질구조, 사면 특성, 토공 상태, 이전의 날씨 상태 등)이 많이 있음. 이 연구에서, SMD와 파괴 간의 단순한 상관관계가 연구되었음. 그러나, 단순한 분석에서도, 다른 인자들이 포함된다는 것은 명확함. 핵심적인 것은 지질구조로써, 점토 지역과 토탄 지역 사이에는 차이점이 있음. 

- SMD의 변화: 점토 지역에 있어서, 상관관계는 절대적인 SMD 값이 아니라 SMD의 변화율과 관련이 있었음. 이는 가장 많은 양의 지체 및 유지관리가 발생하는 시기(봄)와 맞음.

- 비용: 지체, 다짐 및 적응 조치의 비용에 대해 평균 수치들이 사용되었음. 그 지역의 구체적 내용에 근거한 더 완벽한 비용 평가는 이러한 수치의 정확성을 증가시킬 것임.

건조에 취약한 철도의 토공을 안정화하는 것에 대한 비용 대비 효과성을 계산하기 위해 방법론이 개발되었음. 이러한 계산을 수행하는데 있어 미래의 기후, 토양의 습도 손실과 파괴 간의 상관관계, 지체 및 유지관리, 그리고 다짐, 지체와 토공의 안정화와 관련된 비용에 대해 많은 가정이 이루어졌음. 이 방법론은 앵글리아 경로 상에 있는 세 곳의 지역에서 시범적으로 사용되었는데, 한 지역은 토탄(peat) 토양이고, 다른 두 지역은 점토(London Clay) 토양임. 다음과 같은 결론이 도출되었음:

- 토탄 파괴는 일 년 내내 발생하지만, 토양의 습도 손실이 가장 높은 가을(특히, 오랜 기간 동안 토양의 습도 손실이 높았을 때)에 발생할 가능성 더 높음.

- 점토 파괴는 봄에 발생할 가능성이 높음(특히, 토양의 습도 손실이 급격하게 증가할 때).

- 앵글리아 경로에서 토양의 습도 손실과 지체를 야기하는 사건의 수 사이에는 상관관계가 있음.

- 토탄 토양에서 토양의 습도 손실과 온라인 철로 유지관리량 사이에는 상관관계가 있음.

- 점토 토양에서 토양의 습도 손실 증가비율과 온라인 철로 유지관리량 사이에는 상관관계가 있음.

- 유사한 지질학적 특성에도 불구하고, 웨스트 혼돈(West Horndon)- 던튼(Dunton) 지역에서의 상관관계는 해롤드우드(Harold Wood) - 브렌트우드(Brentwood) 지역에서의 상관관계보다 더 작음.

- 토양의 습도 손실 추정치에 의하면, 토양의 습도 손실은 미래에 세 지역 모두에서 유사한 비율로 증가할 것임.

- 주간(weekly) 토양 습도 손실의 평균 변화량에서 어떠한 미래 증가도 발견되지 않았음.

- 토양을 안정화하기 위해 작업을 수행하는 것은 비용 대비 효과적이지 않음.

- 향후 60년간 교통량이 50% 증가한다면, 이는 지체 비용을 약간 증가시키긴 하겠지만 비용 대비 효과적인 조치를 취하기에는 충분치 않음.

- 적응 조치의 생애를 20년까지 변화시키는 것은 교통이나 기후의 변동성보다 점차적 경제성 지표에 더 큰 영향을 미침.