This is an HTML version of an attachment to the Official Information request 'Brougham St upgrade carbon emission modelling'.

Sensitivity: General 
NZUP BROUGHAM STREET IMPROVEMENTS PROJECT 
TECHNICAL  MEMORANDUM  7:    PROJECT  IMPACTS  ON  CLIMATE  CHANGE  AND  AIR 
QUALITY 
Context 
SH76  Brougham  Street  corridor  improvements  form  part  of  the  Government’s  $6.8  bil ion  New  Zealand  Upgrade 
Programme that aims to get New Zealand cities moving, save lives and boost productivity.  The improvements have 
been developed as part of a business case process for the wider Brougham-Moorhouse area developed by Waka 
Kotahi and Christchurch City Council.  
A multimodal transport plan is recommended for Brougham Street to enhance the operation and performance of the 
corridor, making it more efficient, reliable, and safe for all users. This includes a traffic management strategy to make 
optimal  use  of  the  available  road  space,  together  with  a  range  of  other  interventions  to  improve  safety,  enhance 
access and prioritise more efficient travel modes and freight.     
In the process of seeking endorsements and approvals of the recommended plan, the project team has prepared a 
series of briefing notes on specific areas of concern to inform the process and decision makers. They are intended to 
complement the Business Case Report and deliverables as well as provide input into communications materials that 
Waka Kotahi may develop to inform stakeholders.  
Purpose of this briefing note 
This briefing note outlines how the proposed NZUP Brougham Street improvements would help reduce greenhouse 
gas (GHG) emissions, honouring/ in line with the Government’s commitment to lowering greenhouse gas emissions, 
as specified in the Climate Change Response (Zero Carbon) Amendment Act 2019. 
It recognises that Climate Change should be addressed in terms of both; mitigation of project impacts on the climate 
and adaptation of the transport system to possible climate change impacts.  
The  primary  focus  of  this  note  is  on  Climate  Change  mitigation  measures.  The  concern  of  adaptation  has  been 
considered in greater detail in earlier business case work. 
Strategic Context 
Transport is a leading contributor to GHG emissions as well as one of the fastest growing sources. It accounts for 
under the Official Information Act 1982
about 20% of all GHG emissions in New Zealand, with 90% of these from land transport. Most land transport GHG 
emissions come from light vehicles in our fastest growing urban areas such as Christchurch. 
The  Government  Policy  Statement  on  Land  Transport  2021  (GPS)  has  climate  change  as  one  of  four  strategic 
priorities. The GPS is clear that investment decisions need to:  

support the rapid transition to a low carbon transport system

contribute to a resilient transport sector that reduces harmful emissions

give effect to the emissions reduction target the Climate Change Commission recommended to Cabinet
Projects managed or funded by Waka Kotahi must “give effect to” or be “consistent with” the GPS 21.  
Released 
Toitu Te Taiao - Waka Kotahi’s Sustainability Action Plan sets out Waka Kotahi’s vision for a low carbon, safe and 
healthy land transport system. The implementation of this action plan is part of how Waka Kotahi will deliver on the 
outcomes of the GPS. Other substantive change is ahead, including the Climate Adaptation Act.   
The following figure shows the different sources of emissions from transport projects. 



Sensitivity: General 
 
 
 
Project Context 
Although  the  NZUP  Brougham  Street  project  has  not  been  developed  with  the  primary  purpose  of  reducing  GHG 
emissions, it is expected to contribute to Climate Change mitigation through measures aimed at: 
•  using existing infrastructure rather than constructing new infrastructure 
•  increasing transport choices and encouraging the use of alternative modes including new pedestrian and 
cyclist crossing, bus infrastructure improvements, and priority lanes for buses and high occupancy vehicles 
•  improving  traffic  management  and  reducing  congestion  including  bus  priority  measures,  managed  lanes, 
carpooling, traffic signal optimisation and parking management 
•  improving freight travel efficiency  
•  measures to improve the safety for pedestrians, cyclists and other modes.  
 
Avoid – Shift – Improve framework  
A high-level review of the recommended plan has been undertaken using the internationally recognised Avoid – Shift 
– Improve framework1.  This is included in Waka Kotahi’s Sustainability Action Plan, Toitū Te Taiao as an approach 
for supporting emissions reduction. The review indicates that the plan performs better than other scenarios with no 
NZUP investments
 
under the Official Information Act 1982
Released 
 
1 The A-S-I approach was initially developed in the early 1990s in Germany and first officially mentioned 1994 in the 
report of the German parliament´s Enquete Commission. The approach serves as a way to structure policy 
measures to reduce the environmental impact of transport and thereby improve the quality of life in cities 


Sensitivity: General 
 
under the Official Information Act 1982  
 
 
Avoid  measures  aim  to  avoid  or  reduce  the  need  to  travel,  or  the  time  or  distance  travelled  by  car,    The  main 
interventions in this approach are of a regulatory and planning nature, to integrate land use and transport planning. 
Shift measures focus on shifting the mode of travel from the most energy consuming and polluting urban transport 
mode (i.e., cars) towards more environmentally friendly modes such as walking and cycling and public transport. A 
shift to higher occupancy vehicles (HOV) will also reduce the number of Single Occupant Vehicles (SOVs). 
Released 
And finally, the Improve measures which focus on vehicle and fuel efficiency as well as on the optimisation of the 
transport system operations. 
The A-S-I approach follows a hierarchy where “avoid” measures should be prioritised, followed by “shift” and finally 
the “improve” measures. 
It is clear that a broad response is necessary both in terms of the type and size of interventions. 
The proposal for Brougham Street along with the wider business case is aligned with the ASI framework. 

Sensitivity: General 

A shift to more sustainable modes through the provision of improved infrastructure for walking, cycling, and
priority lanes

Improvements to the efficiency of public transport, freight and cars by encouraging higher occupancy vehicles.
Effect of the Project on Enabled Emissions 
Traffic modelling 
Traffic modelling has been used to predict the effects of this NZUP project on greenhouse gas and other emissions 
for the future year of 2028.  The citywide CAST model considers how traffic patterns will change with the project, with 
a Paramics microsimulation model looking at the detailed operation of Brougham Street.  The traffic volumes and trip 
patterns used by the Paramics model come directly from the CAST model.  This allows for the wider network effects 
to be captured by the CAST model whilst the detailed operation of the Brougham Street corridor is covered by the 
Paramics model. 
The following scenarios were modelled for the 2028 forecast year: 

Existing Situation – the current layout of Brougham Street, with two general traffic lanes in each direction;

Converted Lane – with one managed lane and one general traffic lane in each direction;

Added Lane – with one managed lane and two general traffic lanes in each direction
The CAST modelling of the Added Lane scenario considered how the network would operate with the existing split 
between SOV and HOV use i.e. operation of the network on opening of the project, as well as a scenario with a shift 
from SOV to HOV.  This shift would come about as the improvements for HOV’s on Brougham Street will encourage 
ridesharing, with a shift from single occupant vehicles.  Additional complementary measures to encourage HOV’s and 
discourage SOV’s will be required to achieve a significant shift away from SOV’s. 
The Added Lane scenario includes a number of safety improvements along the corridor, including right turn arrows, 
protected pedestrian movements at intersections, grade separation of the existing Collins/Simeon signalised crossing 
(with removal of these signals) and a new signalised pedestrian east of Waltham Road.  The provision of right turn 
arrows  and  providing  right  turn  arrows  reduce  the  amount  of  green  time  available  for  through  movements  on 
Brougham  Street.    However,  the  extra  capacity  provided  by  the  added  lane  means  that  the  green  time  along 
Brougham Street can be reduced without impacting on Brougham Street capacity.  As a result, the existing level of 
service can be maintained for vehicles in the general traffic lanes whilst improving it for HOVs. 
Traffic emissions modelling 
Both SATURN (the transportation modelling suite used by CAST) and Paramics have built-in pollution modules, which 
calculate emissions.  These calculations are relatively sophisticated, taking account  of travel speeds,  acceleration 
and deceleration rates, idling time, primary and secondary stops, vehicle weight, etc.  The resulting emissions have 
been calibrated against Waka Kotahi’s and Auckland Council’s Vehicle Emissions Prediction Model2 (VEPM) to adjust 
them to the New Zealand vehicle fleet composition expected in 2028. 
The following polluting emissions are reported from the modelling: 
under the Official Information Act 1982

Carbon Dioxide CO2

Carbon Monoxide CO

Oxides of Nitrogen (NOx)

Particulate matter (PM10)
Summary Modelling Outcomes 
The  CAST  model  predicted  that  the  Converted  Lane  scenario  would  result  in  faster  travel  times  along  Brougham 
Released 
Street for HOV’s, due to a lessening of congestion in the managed lane.  This attracts more HOV’s to the corridor to 
benefit from the faster travel times.  For vehicles not able to use the managed lane, higher levels of congestion are 
expected  in  the  single  general  traffic  lane,  resulting  in  slower  travel  times.    With  the  reduced  capacity  and  slower 
travel times, SOV’s reroute to alternative parallel routes.  Overall, there is a decrease in the number of vehicles on 
Brougham Street, with the displaced vehicles taking alternative routes. 
2 VEPM 6.1 

link to page 5 link to page 6 Sensitivity: General 
The CAST model predicts that the Added Lane scenario will draw vehicles to the Southern Motorway and Brougham 
Street to take advantage of the faster travel times along this corridor.  This applies particularly to HOV’s, which are 
expected to see time savings on the corridor with the managed lane.  Total travel times for all vehicles decrease (i.e. 
there is a drop in VHT), though total travel distance increases slightly as some vehicles travel further to access the 
improved  travel  times  on  the  corridor  (i.e. VKT  goes  up).    The  net result  is  more  vehicles  travelling  on  Brougham 
Street with fewer vehicles on the routes parallel to Brougham Street. 
With  a  shift  away  from  SOV’s,  there  is  a  general  reduction  in  traffic  volumes  across  the  entire  Christchurch  road 
network.  The higher speed limit on Brougham Street relative to the surrounding local roads means that there is less 
of a reduction on Brougham Street, as vehicles reroute to Brougham Street. 
Unlike the CAST model, which has the same total number of vehicles travelling through the network, the number of 
vehicles in the Paramics model changes between scenarios as it only includes the Brougham Street corridor (and not 
the parallel routes that vehicles can reroute from or to).  This means that in the Added Lane scenarios, which see an 
increase in the traffic volume along the corridor (as well as entering or leaving the corridor at side roads), the emission 
results are for more vehicles than in the Do Nothing and Converted Lane scenarios. 
The Converted Lane scenario operates very poorly, with very high levels of congestion and delay on the single general 
traffic lane and side roads (with vehicles are blocked by queuing vehicles on Brougham Street). 
The Converted Lane scenarios both see reductions in congestion.  Retaining the existing 60 kph speed limit does 
produce faster travel times, but this is at the expense of safety for all road users and poor co-ordination of the traffic 
signals (resulting in an inefficient “green wave” progression along Brougham Street). 
Reducing the speed limit to 50 kph loses some of the travel time savings, but it does allow for better co-ordination of 
the traffic signals and improved safety for all road users (especially for vulnerable uses walking or cycling along/across 
the corridor). 
Emissions Modelling Results 
Carbon Dioxide (CO2) 
The predicted CO2 emissions across the Greater Christchurch area calculated by the CAST model are reported in 
Table 1, whilst those generated along the Brougham Street corridor from the Paramics model are in Table 2.  Both of 
these tables report the hourly emissions during each modelled period, which have also been combined to generate 
daily emissions. 
Table 1: Hourly and daily CO2 emissions in tonnes across Greater Christchurch (CAST model 2028) 
Daily 
Scenario 
AM 
IP 
PM 
Daily 
Change 
Do Nothing 
236.6 
186.9 
278.7 
2,879.1 
Converted Lane 
237.2 
186.9 
279.6 
2,882.2 
+0.1%
under the Official Information Act 1982
Added Lane – No Shift from SOV 
236.9 
187.1 
279.6 
2,883.3 
+0.1%
Added Lane – Shift from SOV 
205.8 
164.9 
240.0 
2,517.8 
-12.5%
The Converted Lane scenario shows a slight increase in CO2 emissions in both peak periods compared to the existing 
situation due to increased congestion in the general traffic lane on Brougham Street and drivers travelling further to 
avoid that congestion.  There is no difference in the IP period, when the reduction to a single general traffic lane has 
less effect due to lower traffic volumes.  On a daily basis, there is a 0.1% increase in CO2 emissions for the Converted 
Lane scenario. 
Released 
For the Added Lane scenario, without any shift from SOV to HOV there is a slight increase in CO2 emissions in each 
of the modelled time periods as drivers travel further to take advantage of the faster travel times and lower congestion 
on Brougham Street.  This results in 0.1% more CO2 emissions across the Greater Christchurch area. 
Given the small extent of the project relative to the entire road network in Greater Christchurch, it is not surprising 
that the difference in CO2 emissions is very small without a wider programme of measures to encourage people out 
of SOV’s (and private vehicles). 

link to page 6 link to page 6 link to page 6 Sensitivity: General 
 
With an increase in HOV use across Christchurch, CO2 emissions are predicted to decrease, generally in line with 
the decrease in the number of private vehicles travelling on the network.  The decrease in CO2 will be slightly less 
than the decrease in private vehicles, as the remaining vehicles (including trucks) will reroute to faster routes with the 
general lowering in congestion across the network. 
Table 2: Hourly and daily CO2 emissions in tonnes along Brougham Street corridor (Paramics model 2028) 
Scenario 
AM 
IP 
PM 
Do Nothing 
6.2 
5.2 
6.7 
Converted Lane 
7.6 
5.1 
8.2 
Added Lane – 60 kph 
5.0 
4.9 
7.4 
Added Lane – 50 kph 
6.2 
6.1 
6.7 
 
The Paramics modelling of the Converted Lane scenario shows an increase in CO2 emissions in both peak periods, 
due to the increased congestion in the single general traffic lane.  In the IP period, these emissions are slightly less 
than for the existing situation, although across the day there is a 9% increase in CO2 emissions. 
Modelling of the Added Lane (60 kph) scenario shows significant reductions in CO2 emissions in the AM period, a 
smaller reduction in the IP period and a small increase in the PM period.  On a daily basis, the Added Lane (60 kph) 
scenario shows a 4% reduction in CO2 emissions along the corridor. 
Despite the slower speeds in the Added Lane (50 kph) scenario, peak period (AM and PM periods) CO2 emissions 
are practically identical to those for the existing situation (Do Nothing scenario).  CO2 emissions increase in the IP 
period, resulting in a 10% daily increase. 
Note that both of the Added Lane Scenarios have many more vehicles travelling along or across the corridor (a 20% 
increase on the Do Nothing and Converted Lane scenarios).  So although total CO2 emissions increase in the 50 kph 
scenario, the emissions per vehicle decrease compared to the existing situation. 
Other Harmful Emissions 
Daily emission totals for the other reported pollutants are summarised in Table 3 for the wider Christchurch area and 
Table 4 along the Brougham Street corridor. 
Table 3: Daily CO, NOx and PM10 emissions in kg across Greater Christchurch (CAST model 2028) 
Scenario 
CO 
NOx 
PM10 
Do Nothing 
10,281 
5,983 
323 
Converted Lane 
10,322 
5,999 
324 
Added Lane – No Shift from SOV 
10,299 
5,990 
324 
under the Official Information Act 1982
Added Lane – Shift from SOV 
8,803 
5,211 
279 
 
Similarly to the outcomes reported for the CO2 emissions, Table 3 shows that without a shift away from SOV’s, there 
will be a very small increase CO, NOx and PM10 emissions across Christchurch as a result of the slight increase in 
VKT under the Added Lane scenario.  Reducing the number of SOV’s will have the effect of proportionally reducing 
CO, NOx and PM10 emissions. 
Table 4: Daily CO, NOx and PM10 emissions in kg along Brougham Street corridor (Paramics model 2028) 
Released 
Scenario 
CO 
NOx 
PM10 
Do Nothing 
155 
91 
5.0 
Converted Lane 
149 
88 
4.5 
Added Lane – 60 kph 
149 
85 
4.0 
Added Lane – 50 kph 
161 
98 
4.9 
 


Sensitivity: General 
 
The Paramics model predicts a similar pattern of outcomes for the Added Lane (60 kph) scenario, with decreases in 
all harmful pollutants.  With the lower speed limit, emissions of CO and NOx are predicted to be higher than in the 
existing situation, but the better co-ordination of the traffic signals at 50 kph results in less stop/start activity, producing 
a reduction in PM10 emissions with the reduced braking requirements. 
 
 
Effect of the Project on Construction Emissions  
The project mostly involves use of/re-purposing of existing infrastructure, rather than constructing new infrastructure.  
Therefore,  construction  emissions  are  not  a  significant  component  of  the  project,  with  the  exception  of  the  grade 
separated pedestrian/cycle crossing  at Collin  St Simeon St.  A GHG emissions  estimate carried out for the NZUP 
programme assessed the construction emissions of a proposed grade separated pedestrian cyclist overpass crossing 
at Collins/Simeon. The assessment estimated embodied emissions associated with the consumption of materials in 
the construction, such as steel and cement. 
The result of the CIPA assessment for embodied emissions is summarised in table below 
 
under the Official Information Act 1982
Conclusions 
The primary focus of this note is on assessing how the NZUP Brougham Street proposed improvements are likely to 
Released 
impact on greenhouse gas (GHG) emissions and local air quality.  
The recommended option (with Added Lane scenario - with one HOV Lane and two General Traffic Lanes with 50 
km/h speed limit) shows the effectiveness of the managed lane in achieving less traffic congestion, carbon 
reduction and other related benefits, such as reduced travel delay, greater use of carpool, buses and alternative 
modes, improved safety, and enhanced economic activity.  

Sensitivity: General 
For the recommended option, there are reduced adverse environmental effects across the peak periods due to more 
HOVs  using  Brougham  Street  and  the  more  efficient  operation  of  the  corridor.    This  will  assist  in  meeting  carbon 
emissions reduction targets and aid climate change mitigation efforts.  
This  is  because  of  the  reduced  number  of  vehicles  and  passengers  in  the  general  traffic  lanes  and  because  the 
proportion  of  passengers  using  the  HOV  modes  (which  are  both  better  environmentally  and  travel  faster  than  the 
SOVs) is greater.  
If the improvements for higher occupancy vehicles, buses and active modes on Brougham Street are supported by 
complementary measures from regional and local partners, much greater reductions in CO2 emissions are possible 
than could be achieved by this project in isolation, furthering local, regional and national climate change goals. 
under the Official Information Act 1982
Released