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Verkehr

Schadstoffbelastung durch Motorabgase und Kraftstoffverdunstung

Straßenverkehrsbedingte Immissionen liefern nach wie vor den größten Beitrag zur Luftverschmutzung in unseren Städten. Der Gesetzgeber fordert deshalb z.B. für Straßenbauvorhaben Umweltverträglichkeitsuntersuchungen (UVU), die unter anderem Aussagen über die vorherrschende und die zu erwartende Schadstoffbelastung enthalten müssen.

Auch bei der Beurteilung von Maßnahmen zur Minderung verkehrsbedingter Schadstoffkonzentrationen - z.B. bei der Umsetzung der 39.BImSchV (39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes) - sind Prognosen der zu erwartenden Schadstoffimmissionen erforderlich.

Beispiele für Anwendungsbereiche:

  • Straßenplanung/-ausbau, Stichworte: Ortsumgehung, UVU, Tunnel, Brücken, Lärmschutzwände, Dämme
  • Ermittlung von Schwerpunkten bestehender Schadstoffbelastungen in Städten und Beurteilung von Minderungsmaßnahmen, Stichwort: 39.BImSchV/Luftreinhaltepläne.
  • Planung/Betrieb von Tiefgaragen, Parkhäuser sowie Tankstellen, Tank- und Rastanlagen in der Nachbarschaft von Wohn-, Erholungs- und Arbeitsbereichen
  • Planung neuer Wohn- oder Gewerbegebiete, die zusätzlichen Verkehr erzeugen
  • Planung/Ausbau von Schifffahrtsstraßen, Stichworte: Schleusen, Häfen, Sportboote
  • Planung/Ausbau von Flughäfen

Wie berechnen wir Schadstoffimmissionen?

Wir bieten Ihnen der jeweiligen Problemstellungen angepaßte Verfahren zur Prognose der durch den Verkehr verursachten Belastung der Luft mit Schadstoffen an. Zur ersten Einschätzung der Immissionssituation oder bei einfachen Verhältnissen (z.B. sehr geringe Verkehrsmengen und freie Ausbreitung) kommen einfache Verfahren zur Anwendung. Die Untersuchungen von Straßennetzen, komplexen Strömungsverhältnissen in Innenstadtbereichen, von Ausbreitungsverhältnissen in engen Tälern oder in Tunnelportalbereichen erfordern die Anwendung aufwendigerer Methoden.

Außerortsstraßen ohne oder mit lockerer Randbebauung

  • Abschätzung der Immissionen im Nahbereich einer Außerortsstraße ohne oder mit lockerer Randbebauung nach dem Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen (RLuS).
  • Emissions- und Immissionsberechnung mit dem Linienquellen-Modell PROKAS-V für Straßennetze. PROKAS ist konzipiert für Straßennetze mit Straßenkreuzungen, Brücken und Tunnelstrecken.
  • Ausbreitungsmodellierung mit dem Lagrange-Ausbreitungsmodell LASAT bei topographisch stark strukturiertem Gelände, ggfs. Berücksichtigung regionaler und lokaler Windsysteme (z.B. Kaltluftströmungen).

Straßen mit dichter Randbebauung, Innerortsbereiche

  • Abschätzung der Immissionen für Untersuchungspunkte in Straßen mit dichter Randbebauung (Straßenschluchten) mit PROKAS-B für definierte, charakteristische Randbebauungstypen. PROKAS-B basiert auf Ergebnissen von MISKAM (s.u.) für typisierte Bebauungsstrukturen.
  • Emissions- und Immissionsberechnung mit dem Linienquellen-Modell PROKAS-V für Straßennetze zur Ermittlung der Schadstoffvorbelastung und mit dem mikroskaligen Strömungs- und Ausbreitungsmodell MISKAM. MISKAM ist ein 3-dimensionales numerisches Modell zur Prognose von Windverteilungen und Schadstoffkonzentrationen in bebauten Gebieten. Die Gebäude und sonstige Strömungshindernisse werden in Form von rechtwinkligen Blockstrukturen simuliert.
  • Immissionsberechnung basierend auf Windkanalmessungen an maßstabsgetreuen physikalischen Modellen. Diese Ergebnisse können mit den Berechnungen des Programms PROKAS kombiniert werden.

Wasserstraßen

  • Abschätzung der schifffahrtsbedingten Lufschadstoffbelastung an Wasserstraßen mit dem von uns entwickelten Programmsystem LUWAS unter Berücksichtigung von Schleusen, Kanälen, Liege- und Wartestellen sowie 14 verschiedenen Schiffstypen.

Flughäfen

  • Ausbreitungsmodellierung mit dem Lagrange-Ausbreitungsmodell LASAT

Ermittlung der Verkehrssituationen (Mobile Messfahrten, Regressionsmodelle)

Für eine belastbare Immissionprognose ist die sachgerechte Ermittlung der Emissionen notwendig.

Eine der wichtigsten Eingangsinformation für die Emissionsberechnung stellen die Verkehrssituationen dar. Sie sind im Handbuch für Emissionsfaktoren (HBEFA) definiert. Häufig wird die Festlegung der Verkehrssituationen anhand des Gebiets- und Straßentyps, des Tempolimits, des Vorhandenseins von Lichtsignalanlagen sowie einer qualitativen Beschreibung des Verkehrsflusses lt. HBEFA durchgeführt. Die Genauigkeit hierbei ist z.T. von der Erfahrung des  Bearbeiters abhängig und kann damit subjektiv geprägt sein.

Hiermit möchten wir Sie informieren, dass wir Ihnen in Kooperation mit der TU Dresden, Lehrstuhl Verkehrsökologie, auch die messtechnische Erfassung von Verkehrssituationen mittels „floa­ting car“-Methode anbieten können. Dabei schwimmt das Messfahr­zeug im Verkehrsfluss mit und misst - mit einem an­gebauten Peiseler-Messrad - in Sekundenschritten die zurück­ge­legte Wegstrecke und die momentane Ge­schwindigkeit. Daraus werden entsprechende hoch aufgelöste Fahrkurven (siehe Abb.1) erstellt. Im Allgemeinen erfolgt die Befahrung für ganze Straßennetze jeweils über den Zeitraum eines repräsentativen Werktages. Für jede Stunde des Tages (Tagesgang) liegen damit räumlich und Fahrtrichtung differenzierte In­formationen über die Verkehrssituationen und Fahrzeuggeschwindig­keiten vor.

Die emissionsseitige Auswertung der Fahrkurven kann entweder über Regressionsmodelle oder direkt mit dem mikroskaligen Emissionsmodell PHEM erfolgen. Die Modellierung mit PHEM (siehe Abb.2) stellt die derzeit genaueste Vorgehensweise dar und wird insbesondere im Rahmen von Detailuntersuchungen in Luftreinhalteplänen durchgeführt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 1: Beispiel für messtechnisch erfasste Fahrkurven

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 2: Beispiel für den mit PHEM berechneten zeitlichen Verlauf von NOx-Emissionen in Abhängigkeit von der Reisegeschwindigkeit (v) und des Beschleunigungsverhaltens (RPA) für zwei PKW-Emissionskonzepte

Regressionsmodelle leiten z.B. durch den Vergleich der in HBEFA für die einzelnen Verkehrssituationen ausgewiesenen kinematischen Kenngrößen Reisegeschwindigkeit und RPA mit den messtechnisch erfassten Werten sowie deren Korrelation mit den NOx-Emissionsfaktoren eine zutreffende Verkehrssituation für die jeweiligen Straßenabschnitte ab.

Liegen Daten zu den realen mittleren Reisegeschwindigkeiten vor (z.B. Floating Car Data FCD) kann durch den Vergleich mit den in HBEFA 3.2 ausgewiesenen Reisegeschwindigkeiten der Verkehrssituationen sowie deren Korrelation mit den NOx-Emissionsfaktoren eine zutreffende Verkehrssituation für die jeweiligen Straßenabschnitte entsprechend der Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt der TU Dresden (Schmidt et al., 2014) ableiten. Dies stellt derzeit das nach mobilen Messfahrten (siehe oben) bestmögliche Vorgehen bzgl. Festlegung der Verkehrssituationen dar.

Für weitere Auskünfte steht Ihnen Hr. Dr. Düring (ingo [dot] duering [at] lohmeyer [dot] de) gern zur Verfügung.

Kennzeichenerfassungen

Für eine belastbare Emissionsbestimmung ist die Kenntnis der Zusammensetzung der Fahrzeugflotte notwendig. Bei detaillierten Emissionsberechnungen und/oder Wirkungsuntersuchungen sind Kennzeichenerfassungen notwendig. Diese Leistung bieten wir Ihnen auf Basis von Videoaufzeichnungen und automatischer Analyse dieser Aufzeichnungen unter enger Abstimmung mit den zuständigen Behörden und unter Wahrung des Datenschutzes an.

Für weitere Auskünfte steht Ihnen Hr. Dr. Düring (ingo [dot] duering [at] lohmeyer [dot] de) gern zur Verfügung.

Schritte bis zu den KFZ-Abgasimmissionen

Für eine Immissionprognose müssen in einem ersten Schritt die Emissionen bestimmt werden. Hierzu fließen u.a. die Verkehrsmenge, die Emissionsfaktoren und das charakteristische Fahrverhalten ein:

  • Verkehrsmenge (DTV/LKW-Anteil)

 

  • Emissionsfaktoren

Bestimmung streckenbezogener Emissionsfaktoren auf der Grundlage des charakteristischen Fahrverhaltens (Verkehrssituation) auf den betrachteten Straßenabschnitten, standardisierter oder regionalisierter Fahrzeugflottenzusammensetzungen sowie unter Verwendung der fahrzeugspezifischen Emissionsfaktoren des "Handbuchs für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs". (UBA/INFAS, 2010)

  • Charakteristisches Fahrverhalten

Als Zwischenergebnis erhält man die Emissionen der betrachteten Schadstoffe in [mg Schadstoff /(ms)]

Mit der

  • zeitliche Verteilung der Emissionsdichten der betrachteten Schadstoffe

 

  • der Ausbreitungsklassenstatistik

 

  • und der Vorbelastung

erhält man zusammen mit dem mathematischen Ausbreitungsmodell die gewünschten Immissionen.

Typische Ergebnisse der Immissionsrechnung sind:

  • Prognose der Jahresmittel- und 98-Perzentilwerte der Immission der untersuchten Luftschadstoffe
  • Punktbezogene oder flächenhafte Bewertung der Abgasimmissionen
  • Gesamtemission des betrachteten Straßennetzes
  • Immissionsbilanz durch Überlagerung mit Empfindlichkeitskriterien
  • Bewertung des Lufthygiene durch Luftbelastungsindex

Das folgende Bild zeigt als Beispiel die Stickoxid-Gesamtbelastung (Jahresmittelwert) in ein einem Straßenzug berechnet mit MISKAM.